看了郁彦的这篇高层抗震概念设计，顿时原力满满！
作者：郁彦，结构界江湖人称“扫地僧”，高手中的高手！
代表著作：《高层建筑结构概念设计》
本文为其1987年发表于《建筑科学》的论文，在今天看来仍然具有醍醐灌顶的作用。
1 结构的总体布置
苹果apple id怎么注册结构的总体布置是影响建筑抗震性能的关键问题。建筑各结构单元的平面形状应当力求简单、规则,立面体型应当避免过大的伸出或收进,结构布置应当均匀对称,这些基本要求对提高结构的抗震性能是非常有利的。但是,当建筑的适用和美观要求同结构的抗震要求有矛盾时,也应设法配合建筑专业解决这类问题。但要切记保证建筑的安全,乃是结构专业的首要职责。
现在简单的谈一下在结构总体布置上的主要问题。抗震结构在总体布置上有两大忌,一是上部刚度大,底层仅有柱的鸡腿建筑；二是平面刚度极不均匀,产生大扭转的建筑。两者在设计上全是难以解决的问题。对于中部有核心筒或部分剪力墙到底的建筑不能看做是鸡腿建筑。在
平面布置上比较均称的长伸臂建筑也不应该认为是大问题。对这类建筑的应力集中部位可以用局部加强的办法来解决。
2 小震不坏，大震不倒
对抗震设计总的要求是要使建筑物小震不坏,大震不倒。小震指6、7度以下的地震,大震指8、9度以上的地震。小震不坏主要是保建筑(保物),大震不倒是保人。人比物更重要,所以大震不倒才是抗震设计的重点。解决这项间题主要靠结构延性的概念和结构构造。
小震不坏,单从结构角度来说,指经地震后不需修理或稍加修理可以继续使用；大震不倒,是指墙柱还有一定的支承能力,楼板不坠落。
3 地区地震的基本烈度
地区地震基本烈度,指在今后一定时期内(一般指一百年),在一般场地条件下可能进遇到的最大地震烈度。我国已规定的地区地震基本烈度是地震工作者分析了一千多年来的地震历史记录,根据地震地质构造条件,和我国经济政策,并通过调查研究得出的成果,因此我国地震区烈度的划分是有充分依据的。但事实证明,华北地区近几年来发生的几起地震均超出原规定
的6度。邢台10度,海城9度。唐山10~11度,与规定的基本烈度相差很大。所以一个地区存在着超烈度的可能性。因为地震科学在世界范围内仍是个年轻的科学,根据过去的历史和地震地质现状,来推测将来发生的地震,不可能绝对准确。有了超烈度的概念才能慎重的考虑结构延性和裂而不倒的问题。
从另一方面看,同一地区,同类建筑破坏的程度相差很大。这就说明建筑物破坏的轻重也决定于建筑本身的内在因素。如果结构设计得当,施工质量也好,即使地震超出基本烈度也能避免倒塌的厄运。
4 建筑抵抗强烈地震的可能性
先看看唐山地震中的两个震害实例
(l)唐山交际处外宾楼是一栋五层砖混结构建筑,四层楼上有个双开间的房间,墙上承托着一根进深梁,。窗间墙已遭到剪切破坏,残余的墙体形成两个三角形块对顶着。这个严重破坏的窗间墙经历了多次余震始终没有垮下来。经检查,主要原因是对顶角处砌体的砂浆强度很高,砖的质量也好。
(2)唐山第21中学,有一幢两层小楼,房角几间房的山墙、前檐墙和内墙已倒塌,但屋顶没有坍塌下来,就是因为在一间厕所中有一根多节的铸铁透气管和现浇圈梁浇捣在一起将屋顶支住。
这两撞建筑墙体严重破裂,摇摇欲坠,但终未倒塌。分析其原因,是墙体破裂后刚度极度减弱,接受地震力很小,前一幢不倒是靠残留砌体的竖向承载强度,后一幢不垮是靠纵横竖三个方向的连接性好,产生一定的延性。这两个实例的偶然性很大,不是有意布置的条件。但是可以说明建筑处于强烈地震下,裂而不倒的可能性。由这两个实例中还可以看到,做到裂而不例要靠两个因素:一是支承竖向荷载构件强度要高；二是各部件的连接性要好。从力学观点上也容易理解,建筑经强烈地震后,竖向承力构件损伤很大,要靠残余的构件发挥出最大的强度潜力将房屋支撑住。同时,这些残余部件靠最低限度的拉接使它们不散掉,以达到支承竖向荷载的目的,这时对承受水平力的抗剪强度就不是主要的间题了。从这个概念出发,建筑遇到超烈度的情况,并不那样可怕。前面的例子全是砖混结构。现浇钢筋混凝土结构有着更好的条件抵抗倒塌。
因此,要做到建筑裂而不倒,只要在设计上、施工上,创造有利条件是完全可以做到的。从而
也得到这样的结论,只要掌握了设计要点,对地区采用哪个等级的烈度设计,并不是最主要的问题。当然国家的规范和规定必须遵守。
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5 自振周期
结构的自振周期是设计计算中的重要指标。但是高层建筑是复杂的空间结构。场地条件、建筑埋深对结构的自振周期均有很大的影响,非结构构件在结构刚度中也起着不小的作用。在地震过程中,由于结构裂缝的开展,节点塑性铰的出现,部分构件退出工作以及装修等接头的松动,结构刚度不断退化,自振周期随之不断变化。在设计过程中构件截面、混凝土标号的变更是经常的事。因而结构的自振周期只能根据一系列的假定来确定。
从实际出发,采用经验公式计算自振周期,完全可行。经验公式很多,都可以参考使用。
黄宗泽胡杏儿总之,用过多的时间计算自振周期是不值得的。对任何设计烈度,处于I、Ⅱ类场地土的建筑,当结构周期分别大于1.0秒和1.5秒时,计算地震力与周期无关。因而高层建筑地震力的计算,常不受周期长短的影响。
6 地震力和风荷载
地震力是随机性很大和带有冲击性的荷载。从理论分析可以知道,建筑实际遭遇到的地震力要比设计地震力大很多,并将设计安全度降低20%。所以抗震设计是挖潜力问题。地震力和风荷载相比有着质的区别。风压强度可以通过风速实测来确定。风荷载在建筑表面上的分布,可以通过风洞试验来了解,荷载能较准确的确定。因此设计上能保证一定的安全度,结构始终处于弹性阶段。
但对抗震设计,结构构件中的钢筋应力超出屈服限值进人塑性阶段,就弹性理论的意义来分析,已不存在安全度。
7 地震力的垂直分量
一般说来,地震力的垂直分量较小,只有水平力的1/3~2/3。离地震震中越近,垂直分越大。虽然比水平分量小一些,但结构的竖向刚度,远比水平刚度大得多。因而地震反应并不小。对柱增加的轴力相当大。柱是支承建筑最重要的构件,在柱的承重受力概念上要想到这个因素,对柱的设计计算切要留有余地。
对跨空大梁,即承托层数很多,荷重又集中的转换层大梁要考虑竖向地震力的影响,这是结构的关键部位,必须慎重处理。
另外基础下的地基对结构产生阻尼效应,减缓了垂直地震力的作用。但对坚硬地基必然产生较大的影响。
8 地震力的传递
地震力来自荷重质量的惯性,如支承结构的刚度大而荷重小,刚度小的却荷重大,这时荷重引起的部分地震力就要通过楼板向刚度大的支承结构传递。地震力的传递靠楼板。如果楼板是松散的,则无传递能力,地震力只能由担负重量的支承结构自身来承担。如果预制楼板连接不好,则只能起部分传递作用。整体现浇楼板传递能力很强、能将地震力直接传递给备角落的立柱和剪力墙。力按竖向构件本身的截面刚度及其两端约束程度来分配。传递地震力主要是靠楼板,梁只起对柱的约束、增强柱刚度的作用。
举几个例子说明其间的关系。例如在平面柱网上的单根柱,只要有楼板与之相连,就能起抵抗水平力的作用。
又如在一排柱中,端跨的梁端置于一根与之垂直的主梁上,在水平力作用下,梁端对主梁不产生水平方向的冲击力,因为地震力的传递不靠梁。同时板有很大的平面刚度,主梁不可能产生水平方向的弯曲。
另外,梁与柱不对中的问题,特别是现浇板的情况,对抗震受力影响并不大。梁与柱轴线不对中,仅对柱端的约束程度差些,对地震力传递给柱的影响很小。也不会象单体试验那样,产生扭转。有了这些概念,抗震结构中柱的布置就灵活多了。
楼板上常设置有较大的洞口,如电梯井、楼梯间、设备孔洞等,这时要注意力的传递途径,验算楼板削弱部位的局部弯曲和剪力,并以增加配筋来解决。楼板刚度大,在一般情况下,只传递本层有限的地震力,楼板上虽然存在着洞口,但洞口四周往往同坚强的墙板或筒体相连结,因此传力能力仍然很强。
由于楼板的作用,结构有很强的水平力传递能力,在强烈地震下某剪力墙破坏,地震力立即通过楼板传递给其它剪力墙。这也表明抗震结构有大幅度内力重分配的能力。竖向荷载的传递靠梁,在水平方向不能传递得很远。
9 结构的空间概念
新加坡硕士留学条件建筑本身是三维的,为了简化设计常将空间问题化为平面问题。一般说,从稳定和受力来看,是趋于安全的。例如框架结构多多少少都有框筒作用。实际上结构的刚度要比按平面计算我的财富 作文
音箱突然没有声音的大,因为空间作用实际存在。既然计算草图规定为平面问题,就应按规定设计。抗震结构在受力过程中常不是完全均匀的,由于结构的空间作用使结构强的构件辅助弱的,从而整体地抵抗地震力。