多層砌體結構建筑的抗震探討工學論文

建筑畢業論文 時間:2019-01-08 我要投稿

  摘要:根據目前國家地震專*預測及分析,目前我國仍處于第五個地震活躍期,特別是在四川發生的汶川8度地震造成了巨大的人員傷亡和財產損失。使得人們對日常生活和居住的建筑的安全性有了更高的關注。對此國家也對建筑抗震規范進行了及時的修改,同時也要求我們工程技術人員對地震災害的預防措施的研究應有更深的認識。

  關鍵詞:砌體結構;抗震;技術措施

  地震的危害性非常大,建筑物的抗震性能就顯尤為重要。目前我國抗震設計的目標是:當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時,一般不受損壞或不需修理可繼續使用,當遭受本地區抗震設防烈度的地震影響時,可能損壞,經一般修理或不需修理仍可繼續使用,當遭受高于本地區抗震設防烈度預估的早遇地震影響時,不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。目前房屋建筑的結構形式主要有:砌體結構、框架結構、剪力墻結構、鋼結構等。其中砌體結構由于選材方便、施工簡單、工期短、造價低等特點。多年來是我國多層住宅和多層小型公建使用最廣泛的一種建筑形式。

  一、多層砌體建筑抗震常用處理措施

  砌體結構是采用砌塊和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構件的結構。其是通過砌塊和砂漿的互相作用及縱橫墻的拉結而達到具有一定整體性和承重能力。但砌體的抗拉、彎、剪的強度又較其抗壓強度低,導致建筑變形能力小,抗震性能差等缺點,使砌體結構的應用受到一定限制。因此改善砌體的延性,提高建筑物的整體穩定性和抗震性能具有重要意義。

  常用的砌體建筑抗震處理措施,應注意以下幾類。

  (一)合理布局。建筑平面、立面應盡可能簡潔、規整,使結構質量中心與剛度中心相一致。建筑立面應避免頭重腳輕,房屋的重心盡可能降低,避免采用錯落凹凸的立面,突出建筑屋面部分的高度不應過高,以免地震時發生鞭梢效應,同時應控制好結構豎向強度和剛度的均勻性。如在實際工程中,在不可避免的情況下,應盡量在適當部位設置抗震縫,將體型復雜、平面不規則的建筑分割成幾個相對規整的獨立單元。

  (二)控制建筑高度及層數。歷次震害證明,砌體建筑的層數越多,高度越高,其地震破壞就越大。因為建筑層數及高度值越大就意味著側向地震作用就越大,同時也加大了建筑底部的傾覆力距。因此在地震中,傾覆力矩過大使得底部墻體產生過大的壓力和剪力而被破壞。所以控制砌體結構高度及層數對減少地震災害有很大的作用。在國家新修改的《建筑抗震設計規范》(GB50011-2008)也對多層砌體建筑的總高度和層數有強制性的規定。

  (三)增強砌體結構的整體性及剛度。有效增強砌體結構的整體性及剛度的措施有許多種,一般常見及在實踐證明的方法有縱、橫墻的合理布置,建筑的樓蓋為現澆,增加墻體面積及提高砂漿的強度,設置圈梁及構造柱等。在地震中多層砌體結構的縱、橫向地震作用主要由相應墻體承擔。因此,縱、橫墻的合理布置且控制橫墻的間距,可控制縱、橫墻的側向變形,增強了空間剛度和整體性,對承受縱、橫兩個方向的水平地震作用及抗彎、抗剪都非常有利。墻體布置時,應盡量采用縱墻貫通的平面布置,而當縱墻不能貫通布置時,則應在墻體交接處采取加強措施。而橫墻最大間距就是為了滿足樓蓋對傳遞水平地震所需的剛度要求。其中,在8度設防時,現澆或裝配整體鋼筋混凝土樓蓋板的多層砌體建筑的橫墻最大間距為15米。如橫墻間距過大時,縱墻會因過大的層間變形而產生平面的彎曲破壞。

  根據歷次地震后建筑受害情況分析,多層砌體結構的抗震能力與墻體的截面積大小及砂漿等級高低成正比。在多層砌體建筑的抗震驗算中,底部兩層的地震作用力較大,是結構的薄弱層。此時改變部分墻體的承載面積和適當提高砂漿的強度等級可提高抗震能力,實踐證明提高砂漿的強度能同時提高建筑的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪能力,從而達到提高砌體建筑的抗震性能力的目的。

  在多層砌體建筑中設置水平圈梁,可加強內外墻的連接,增強建筑的整體性。特別是屋蓋和基礎頂兩處的圈梁的設置具有提高建筑的豎向剛度和抗御不均勻的沉降能力。由于圈梁的約束作用使樓蓋與縱、橫墻構成箱形結構,能有效地約束裝配板材的散落,使磚墻發生平面倒塌可能性大為降低,以充分發揮各片墻體的抗震能力。

  在磚墻設構造柱能提高砌體建筑的延性,發揮磚墻砌體側向擠出塌落的約束作用,使砌體的抗剪承載能力提高10~30%,提高了砌體結構的變形能力。另外在建筑中設置構造柱能提高建筑物的整體性,利用其塑性變形和滑移摩擦來消耗地震能量,從而提高建筑的抗震能力,且圈梁與構造柱一起對墻體在豎向平面內進行約束,可限制墻體裂縫的開展,并減小裂縫與水平面的夾角,保證墻體的整體性和變形能力,提高了墻體的抗剪能力,因此構造柱與圈梁的設置是一種經濟有效的抗震措施。

  二、隔震技術及消能減震技術應用

  隔震技術是國際上熱門的工程抗震新技術,它通過把隔震消耗裝置〈如橡膠隔震墊〉安放在結構底部和基礎或底部柱頂之間,把上部結構和基礎隔開,這樣改變了結構的動力特性和動力作用,明顯地減輕結構的地震作用,以達到“以柔克剛”的效果。國內外大量的實驗和工程時間證明,隔震體系一般可使結構水平地震加速度下降60%左右,從而消除或有效的減輕結構的地震損壞,提高建筑物及人員的安全性。隔震體系是有很大的垂直承載里(50T-2000T)及很大的垂直壓縮剛度,而其水平變形剛度較小〈0.25KN/mm-1.8KN/mm〉,水平及限變位值較大(10-50cm),因此具有足夠大的初始剛度,以抵抗風荷載和輕微地震,當強地震發生時,又能自由內柔性滑動,而變形過大時,剛度就回升,具有保護和限制作用。鋼板夾層橡膠隔震墊具有較大的復位能力,在多次的地震實踐中都是后動瞬時復位。同時,它面抗性能好,一段使用壽命可在70年以上,遠遠超過一般民用建筑物的50年使用年限的要求。根據其特性,一般來講隔震技術主要適用于多層建筑及低層建筑中。

  建筑結構消能減震技術的方法指在結構的某些部位〈如支撐、剪力墻、節點、連接縫或連接件等〉設置消能阻尼裝置或元件,通過消能裝置產生摩擦非線性滯回變形耗能來耗散或吸收地震能量以減小主體結構的水平和豎向地震反應,從而避免結構產生破壞或倒塌,以達到減震、抗震的目的。但此種方法主要使用于高層或超高層。

  隔震和消能減震技術雖然能夠大幅度提高建筑結構的抗震性能,并且新的抗震設計規范已給出了隔震和消能減震技術工程應用的指導性意見,但目前建造成本較高,且該技術從設計到構造,施工復雜。正確合理地掌握和實施尚存在一些問題,因此新技術距離大規模推廣和應用還需要一定時間的準備。

  三、結束語

  對建筑結構來說,良好的抗震性能一定來自于相對簡單的體形,來自簡單而直接的傳力體系及地震作用下結構的多道設防線,在地基和基礎的設計中也應充分考慮到地基的變形對建筑的安全影響。另外也應高度重視由地震引發的次生災害。因此在今后的建筑設計中有必要增強建筑的防火設計。

  為了最大限度地減輕震害,建筑工程技術人員應努力在抗震設防、抗震設計和施工質量三方面都提高到一個新的水平,才能確保建筑工程具備合理的抗御地震的能力。

  參考文獻:

  (1)施楚賢主編《砌體結構》武漢工業大學出版社

  (2)中華人民共和國建設部《建筑抗震設計規范》中國建筑工業出版社

  (3)周德源主編《砌體結構抗震設計》武漢理工大學出版社

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