建筑抗震概念設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-10 18:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 防線的抗側(cè)力構(gòu)件在強(qiáng)烈地震作用下遭到破壞后 ，后備的第二道乃至第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)件立即接替 ， 抵擋住后續(xù)的地震動的沖擊 ， 可保證建筑物最低限度的安全 ， 免于倒塌 。 在遇到建筑物基本周期與地震動卓越周期相同或接近的情況時 ， 多道防線就更顯示出其優(yōu)越性 。 當(dāng)?shù)谝坏揽箓?cè)力防線因共振而破壞 ， 第二道防線接替工作 ， 建筑物自振周期將出現(xiàn)較大幅度的變動 ， 與地震動卓越周期錯開 ， 使建筑物的共振現(xiàn)象得以緩解 ， 避免再度嚴(yán)重破壞 。 1． 第一道防線的構(gòu)件選擇 第一道防線一般應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向支撐或填充墻 ， 或選擇軸壓比值較小的抗震墻 、 實(shí)墻筒體之類的構(gòu)件作為第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件 。 不宜選擇軸壓比很大的框架柱作為第一道防線 。在純框架結(jié)構(gòu)中 ， 宜采用 “ 強(qiáng)柱弱梁 ” 的延性框架 。 2． 結(jié)構(gòu)體系的多道設(shè)防 我國采用的最為廣泛的是框架 — 剪力墻雙重結(jié)構(gòu)體系 ， 主要抗側(cè)力構(gòu)件是剪力墻 ， 它是第一道防線 。 在彈性地震反應(yīng)階段 ， 大部分側(cè)向地震力由剪力墻承擔(dān) ， 但是一旦剪力墻開裂或屈服 ， 剪力墻剛度相應(yīng)降低 。此時框架承擔(dān)地震力的份額將增加 ， 框架部分起到第二道防線的作用 ，并且在地震動過程中框架起著支撐豎向荷載的重要作用 ， 它承受主要的豎向荷載 。 框架 — 填充墻結(jié)構(gòu)體系實(shí)際上也是等效雙重體系 。 如果設(shè)計得當(dāng) ，填充墻可以增加結(jié)構(gòu)體系的承載力和剛度 。 在地震作用下 ， 填充墻產(chǎn)生裂縫 ， 可以大量吸收和消耗地震能量 ， 填充墻實(shí)際上起到了耗能元件的作用 。 填充墻在地震后是較易修復(fù)的 ， 但須采取有效措施防止平面外倒塌和框架柱剪切破壞 。 單層廠房縱向體系中 ， 可以認(rèn)為也存在等效雙重體系 。 柱間支撐是第一道防線 ， 柱是第二道防線 。 通過柱間支撐的屈服來吸收和消耗地震能量 ， 從而保證整個結(jié)構(gòu)的安全 。 3． 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的多道防線 聯(lián)肢抗震墻中 ， 連系梁先屈服 ， 然后墻肢彎曲破壞喪失承載力 。當(dāng)連系梁鋼筋屈服并具有延性時 ， 它既可以吸收大量地震能量 ， 又能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力 ， 對墻肢有一定的約束作用 ， 使抗震墻保持足夠的剛度和承載力 ， 延性較好 。 如果連系梁出現(xiàn)剪切破壞 ， 按照抗震結(jié)構(gòu)多道設(shè)防的原則 ， 只要保證墻肢安全 ， 整個結(jié)構(gòu)就不至于發(fā)生嚴(yán)重破壞或倒塌 。 “ 強(qiáng)柱弱梁 ” 型的延性框架 ， 在地震作用下 ， 梁處于第一道防線 ， 其屈服先于柱的屈服 ， 首先用梁的變形去消耗輸入的地震能量 ，使柱處于第二道防線 。 在超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中 ， 贅余構(gòu)件為第一道防線 ， 由于主體結(jié)構(gòu)已是靜定或超靜定結(jié)構(gòu) ， 這些贅余構(gòu)件的先期破壞并不影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 。 4． 工程實(shí)例：尼加拉瓜的馬拉瓜市美洲銀行大廈 尼加拉瓜的馬拉瓜市美洲銀行大廈 ， 地面以上 18層 ， 高 61米 ，就是一個應(yīng)用多道抗震防線概念的成功實(shí)例 （ 圖 17所示 ） 。 因?yàn)檫@幢大樓位于地震區(qū) ， 設(shè)計指導(dǎo)思想是：在風(fēng)荷載和規(guī)范規(guī)定的等效靜力地震荷載的作用下 ， 結(jié)構(gòu)具有較大的抗推剛度 ， 以滿足變形方面的要 求；但在大震作用下 ， 建筑物受到的地震力很大時 ， 通過某些構(gòu)件的屈服 ， 過渡到另一個具有較高變形能力的結(jié)構(gòu)體系 ， 繼續(xù)有效地工作 。 根據(jù)這一指導(dǎo)思想 ， 該大樓采用 混凝土芯筒作為主要的抗震和抗風(fēng)構(gòu)件 。 但是 ， 該芯筒又有四個小芯筒組成 ， 每個 L形小筒的外邊尺寸為 m 。 在每層樓板處 ， 采用較大截面的鋼筋混凝土連系梁 ， 將四個小筒連成一個具有較強(qiáng)整體性的大筒 。 圖 17 馬拉瓜市美洲銀行大廈 （ a） 平面； （ b） 剖面 該大廈在進(jìn)行抗震設(shè)計時 ， 既考慮四個小筒作為大筒的組成部分發(fā)揮整體作用時的受力情況 ， 又考慮連系梁損壞后四個小筒各自作為獨(dú)立構(gòu)件的受力狀態(tài) ， 且小筒間的連系梁完全破壞時整體結(jié)構(gòu)仍具有良好的抗震性能 。 1972年 12月馬拉瓜發(fā)生地震時 ， 該大廈經(jīng)受了考驗(yàn) 。 在大震作用下 ， 小筒之間的連梁破壞后 ， 動力特性和地震反應(yīng)顯著改變：基本周期 T1加長 ， 結(jié)構(gòu)底部水平地震剪力減小一半 ， 地震傾覆力矩減少 3/5， 但是結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移加大一倍 ， 分析結(jié)果列于表 7。 結(jié) 構(gòu) 動 力 反 應(yīng) 結(jié) 構(gòu) 工 作 狀 態(tài) 4個小筒整體工作時 4個小筒單獨(dú)工作時 基本周期（ s） 結(jié)構(gòu)底部地震剪力（ KN） 27000 13000 結(jié)構(gòu)底部地震傾覆力矩（ KNm） 370000 30000 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移（ mm） 120 240 表 7 美洲銀行大樓對馬那瓜地震的反應(yīng) 采用高延性構(gòu)件（結(jié)構(gòu)） ? 提高承載力只能推遲結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段； ? 提高延性，不僅能削減地震反應(yīng)，而且提高了結(jié)構(gòu)抵御地震的能力。 最大允許變形， 屈服變形 決定了結(jié)構(gòu)的抗震能力變形能力承載力 ? ?????.2.1yp??? ?p? y?、承載力和延性的匹配 2． 采用高延性構(gòu)件 （ 1） 延性的作用 彈性地震反應(yīng)分析的著眼點(diǎn)是承載力 ， 用加大承載力來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力；彈塑性地震反應(yīng)分的著眼點(diǎn)是變形能力 ， 利用結(jié)構(gòu)的塑性變形的發(fā)展來抗御地震 ， 吸收地震能量 。 因此提高結(jié)構(gòu)的屈服抗力只能推遲結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段 ， 而增加結(jié)構(gòu)的延性 ， 不僅能削弱地震反應(yīng) ， 而且提高了結(jié)構(gòu)抗御強(qiáng)烈地震的能力 。 （ 3） 延性與耗能：一個結(jié)構(gòu)耐震性能 ， 主要取決于這個結(jié)構(gòu)的 “ 能量吸收與耗散 ” 能力的大小 ， 而它又取決于結(jié)構(gòu)延性的大小 。 延性好 ， 則結(jié)構(gòu)通過彈塑性變形耗散大量能量 ， 使結(jié)構(gòu)免于倒塌 。 ? 延性是通過抗震構(gòu)造措施來保證的。 ? 延性的作用： ???消耗地震能量減少地震作用.2.1 （ 四 ） 剛度 、 承載力和延性的匹配 1． 剛度與承載力 （ 1） 地震力與剛度 一般來說 ， 建筑物的抗推剛度大 ， 自振周期就短 ， 水平地震力大；反之 ， 建筑物的抗推剛度小 ， 自振周期就長 ， 水平地震力小 。 因此 ，應(yīng)該使結(jié)構(gòu)具有與其剛度相適應(yīng)的水平屈服抗力 。 結(jié)構(gòu)剛度不可過大 ，從而從根本上減小作用于構(gòu)件上的水平地震作用 。 結(jié)構(gòu)也不能過柔 ，因?yàn)榻ㄖ目雇苿偠冗^小 ， 雖然地震力減小了 ， 但結(jié)構(gòu)的變形增大 ，其后果是： （ 1） 要求構(gòu)件有很高的延性 ， 導(dǎo)致鋼筋過密 。 （ 2） 過大的側(cè)移會加重非結(jié)構(gòu)部件的破壞 。 （ 3） P— Δ 效應(yīng)使構(gòu)件內(nèi)力增值 。美國加州 《 側(cè)力規(guī)范 》 （ 1988） 和美國 《 統(tǒng)一建筑規(guī)范 》 （ 1988） 均規(guī)定 ， 當(dāng)層間側(cè)移角超過 1/400時 ， 在抗震分析中就要考慮 P— Δ 效應(yīng)引起
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