混凝土结构设计 楼主 发帖

画图累了?一起来温习抗震的基本概念放松下!

楼主
1楼2018-04-1214:48


“抗震Anti-seismic”







对破坏性地震采取各种御防或善后措施,尽可能减轻生命财产的损失称为抗震。



建筑结构抗震包括了地震及工程抗震设防的基本知识,场地与地基,结构地震反应分析与抗震验算,多层砌体房屋和底部框架,抗震墙房屋抗震设计,单层工业厂房抗震设计,多层和高层钢筋混凝土房屋结构抗震设计,多层和高层钢结构抗震设计,结构隔震、耗能减震控制等。



我们看到的大部分房屋基本上都分为三类:框架结构,框架-剪力墙结构,以及纯剪力墙结构。框架结构顾名思义,就是由梁和柱组成框架来共同抵抗各种应力条件下的水平荷载,竖向荷载等。框架结构的房屋墙体不承重,仅起到围护和分隔作用。这和我们平时居住的楼房是不同的,即居民楼基本都是由框架和墙体共同受力来承担荷载。而由于框架的梁柱中都是根据弯矩,剪力,轴力计算进而配送相应量的钢筋,所以可以承担外部的荷载。抗震本身是利用房屋结构在弹塑性阶段可以产生较大位移而不至于倒塌而设计的,简而言之即在地震来时房屋整体较柔,不会脆性破坏。我们设计阶段所设计的也是遵循这个原则进行配筋的。我们所居住的房屋,由于结构的不同,其抗震能力不尽相同。



钢结构抗震级别★★★★★



特点:钢结构是以钢材为主要结构材料。钢材的特点是强度高、重量轻,同时,由于钢材料的匀质性和强韧性,可有较大变形,能很好地承受动力荷载,具有很好的抗震能力。



应用:一般的超高层建筑(100m以上)或者跨度较大的建筑通常应用钢结构。由于钢结构建筑的造价相对较高,目前应用不是非常普遍。






剪力墙结构抗震级别★★★★



  特点:剪力墙是用钢筋混凝土墙板来承担各类荷载引起的内力,能有效控制结构的水平力,这种用剪力墙来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。



  应用:在高层建筑(10层及10层以上的居住建筑或高度超过24m的建筑)中被大量运用。



框架结构抗震级别★★★






  特点:由钢筋混凝土浇灌成的承重梁柱组成骨架,再用空心砖或预制的加气混凝土、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成。墙主要是起围护和隔离的作用,由于墙体不承重,所以可由各种轻质材料制成。



  在框架结构中,还有一种框剪结构,又名框架—剪力墙结构,它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了各自的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗力性能。这种结构的住房有很好的抗震性。



  应用:框架结构在现代建筑设计中应用较为普遍,我们所见的大多数建筑都是框架结构。






砖混结构抗震级别★★



  特点:砖混结构中的“砖”,是指一种统一尺寸的建筑材料,也包括其他尺寸的异型黏土砖、空心砖等。“混”是指由钢筋、水泥、沙石、水按一定比例配制的钢筋混凝土配料,应用于楼板、过梁、楼梯、阳台等。这些配件与砖做的承重墙相结合,所以称为砖混结构。砖混结构主要应用于多层住宅(24m以内,10层以下),其抗震性能比起上述三者相对弱一些。



  应用:砖混结构一般应用在多层或者跨度不大的建筑,但由于砖混结构的房屋格局死板,墙面不能改动,加之近些年框架结构以及剪力墙结构的应用范围越来越广,在城市建设中已经很少应用砖混结构,目前,我国只有城郊的一些建筑中还采用砖混结构。










以下是来自知乎



作者:猪小宝,来源:知乎,著作权归作者所有。



框架结构真的抗震吗?真的。当然了,前提是设计、施工质量有保证的框架结构。就像牛奶肯定对身体有好处,但是含三聚氰胺的不算。



为什么框架结构能够抗震呢?建筑结构的尺度一般都很大,而且绝大多数建成之后都被掩盖在装修材料之下,可能很少有机会能够一览全貌。那我们就用身边的小例子来说明吧。



抗震能力,可以简单理解成承担水平荷载的能力。你站在公交车里,没抓扶手,公交车突然启动或者刹车,你的感觉就像是有人突然推了你一把。地震来了,建筑物的反应也是如此,就像是整个建筑被推来推去一样。






我们都知道,与三角形相比,矩形不是一个稳定的结构,很容易在外力作用下变成平行四边形。比如上面图片中,用四根木条做成一个画框,在水平外力作用下,这个画框很容易就变形成平行四边形。而三角形的画框就没有这个问题。但是,我们很少见到三角形的画框,我们也很少见到三角形剖面的房子。由于我们对建筑空间的需求,普遍意义上,矩形是最合适的形式,三角形剖面的房子无论是空间观感还是使用体验都比不上我们早已习惯了的矩形小房间。如何才能让这个四边形画框具有抵抗水平外力的能力呢?如何能够让这个四边形画框不会变成平行四边形呢?






方法有很多种,最常见的可能是我上图中所示意的这三种。



1.在画框的角部钉加固小木条,让木条与木条之间的夹角保持90度,这样一来,画框就不会变成平行四边形了。



2.在这个画框的背面钉一个 X 形的木条,变四边形为多个三角形的组合,这样画框也很难再变形了。



3.在画框的四根木条之间镶进去一块木板,因为木板很难变形,所以,画框被里面的这块木板撑住,也不会变形了。



在实际的结构工程中,第一种叫做“框架 moment frame”,第二种叫做“带支撑的框架 braced frame”,第三种叫做“带边框的框架-剪力墙”。中文所称的狭义的“框架”特指的是第一种。第三种属于框架-剪力墙体系,不在我们这里的讨论范围之内。第二种带支撑的框架,以及带偏心支撑的框架,跟我们狭义所指的这种“框架”有很多不同,也不在讨论之列。我们重点讨论的还是狭义的“框架”,也就是第一种 moment frame。



四边形的框架画框之所以能够不再轻易变成平行四边形,关键就在于四角加钉的加固小木条让木条和木条之间始终保持90度。框架结构的要害也是如此,关键就在于梁柱节点是否能够形成足够的框架效应。所以,框架结构很重要的一个设计原则就是“强节点弱杆件”。节点一定要有足够的承载力,如果节点先于杆件破坏,丧失了节点的四边形框架会一下子变成平行四边形,即使构成四条边的杆件再结实也无济于事了。



如何保证框架的梁柱节点足够结实呢?拿最常见的钢筋混凝土框架来说吧,钢筋混凝土结构的优点之一就是能够通过内部钢筋的布设来控制结构性能。两个看起来完全一样的混凝土结构,很可能因为内部钢筋布置的不同而具有差异很大的结构性能。对于钢筋混凝土框架结构来说,梁柱节点处的钢筋锚固非常重要。锚固的形式要合理、锚固的长度要足够、节点核芯区的箍筋要足够。






上面的图片选自标准图集06G901-1,表示了几种常见的节点钢筋锚固形式。这些锚固形式的目的,就是要起到那个加固小木片的作用,让框架梁和框架柱保持刚性连接,保持足够的节点承载力。



此外,框架结构是一种很敏感的结构形式,内部钢筋的配置情况对整体性能影响比较大。合理的配筋、合理的梁端柱端加密区、合理的节点配筋,可以让结构具有相当好的变形能力和水平荷载承载力。反过来,设计粗劣的框架结构非常糟糕,还不如施工质量良好的砌体结构。事实上,这种粗制滥造的框架结构在自建房中非常普遍,随便去土木在线论坛一搜“自建”、“框架”这两个关键字,就能搜出这么多胡乱拍脑袋、基本没有设计根据、全凭经验的框架结构设计:






框架结构的一个好处就是解放了墙体,建筑物的墙体不再承担结构荷载,因此,可以随心所欲的采用各种墙体材料。建筑物的墙体,变成了画框里的画,所有的外荷载都由画框承受,画框里面可以是油画、水彩、水粉、写意、工笔......就像上图所示的,同样的框架结构,填充墙可以采用各种材料,砖头、玻璃、木材、彩钢板、GRC板、塑料、玻璃砖、竹子......只要你想,都可以用来当墙体。各种各样的梦幻神奇的建筑效果,也正是这样达成的。






右上图是高迪1910年设计的米拉公寓,左图是设计于1925年的上海外滩12号汇丰银行大楼,右下图是设计于2003年的同济大学土木学院楼。你相信吗?在它们风格迥异的外表下,其实是一样的钢结构框架。






回到题目提到的“掉墙皮”问题,相信大家也已经明白了,框架结构里的墙体是不承受任何结构作用的。事实上,如果你去工地上观察一下,就像上面这两张照片一样,这些砌体填充墙最上面的那一排砖头都是斜着垒的,根本不与上面的框架梁接触。即使把这些填充墙都砸掉、都换成玻璃、或者都换成屏风,其实都可以。当然,隔音保温需要额外考虑。像“掉墙皮”问题以及墙体开裂,可能会影响建筑使用,比如会不美观,会吸潮,会导致外装修层开裂破坏等等。但这些与结构安全无关,完全是另外的问题。



但是,有一个问题需要注意。虽然这些墙体不承受任何结构作用,但是在地震的时候,它们本身有可能倒塌伤人,就像家里的书橱、衣橱等大家具也可能在地震的时候翻倒伤人。为了防止这种情况,框架结构的砌体墙里都要加入拉结钢筋,把混凝土框架之间的砌体填充墙牢靠的固定好,防止填充墙在地震中倒塌。



我个人觉得,好的发展方向是用干法墙体代替目前的砖头砌体墙,比如轻钢龙骨石膏板、蜂窝墙板等。这些新型墙体的保温、隔热、隔音性能都很不错,重量很轻,可以降低主体结构的造价,以后的改造装修也很方便,而且地震中也不容易坍塌伤人,即使墙体倒了砸了人,一般也不会有严重的后果。但目前看来,市场很不认可,一个原因是我们市场的劳动力价格还是低,可以承受劳动密集的砌体墙作业,另一个原因是砖头还是比干法墙体便宜,还有一个原因是消费者的观念不认同。



以上是来自知乎



作者:猪小宝,来源:知乎,著作权归作者所有。



多年来(有住宅、商住、综合、学校、医院、工厂、市政工程,有砌体、钢筋混凝土、底框砖混等结构)的抗震设计审查,从中发现如下普遍性问题。



(1)缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。有的在扩初设计阶段还缺建筑场地岩土工程的勘察资料,有的在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计,有的在规划设计或方案设计会审后就直接进入了施工图设计。无岩土工程勘察资料,设计缺少了必要的依据。



(2)结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大,同一结构单元内,结构平面形状和刚度不均匀不对称,平面长度过长等。



(3)一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。如一半采用砌体承重,而另一半或局部采用全框架承重或排架承重;底框砖房中一半为底框,而另一半为砖墙落地承重[这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅,其底层为商店,设计成一半为底框砖房(有的为二层底框),而另一半为砖墙落地自承,造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变,对抗震十分不利]。



(4)底框砖房超高超层。如1996年,对在杭设计单位作的一次专题普查,发现有69幢底框砖房超高超层。新项目亦普遍存在此现象,1999年某地块住宅竣工交付使用验收中发现有三幢底框砖房超高超层,甚至有超三层的。



(5)抗震设防标准掌握不当。有一些项目擅自提高了设防标准,按照《建筑抗震设防分类标准(GB 50223-95)》划分应属六度设防的,但设计中提高了一度按七度设防,提高了建筑抗震设防标准,将会增加工程投资;有的项目严格应按七度采取抗震措施的,但设计中又按六度设防,减低了抗震设防标准,不利抗震。



(6)结构的竖向布置。在高层建筑中,竖向体型有过大的外挑和内收,立面收进部分的尺寸比值B1/B不满足≥0.75的要求。



(7)抗震构造柱布置不当。如外墙转角处,大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置;以构造柱代替砖墙承重;山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱;过多设置抗震构造柱等。



(8)框架结构砌体填充墙抗震构造措施不到位。砌体外围护墙砌筑在框架柱外又没有设置抗震构造柱,框架间砌体填充墙高度长度超过规范规定要求又没有采取相应构造措施。



(9)结构其他问题。有的底层无横向落地抗震墙,全部为框支或落地墙间距超长;有的仅北侧纵墙落地,南侧全为柱子,造成南北刚度不均;有的底层作汽车库,设计时横墙都落地,但纵墙不落地,变成了纵向框支;还有的底框和内框砌体住宅采用大空间灵活隔断设计,其中几乎很少有纵墙。不少地方都采用钢筋混凝土内柱来承重以代替砖墙承重,实际上将砖混结构 演变为内框架结构,这比底框砖房还不利,因内框砖房的层数、总高度控制比底框砖房更严,因此存在着严重抗震隐患。更为严重的是这种情况并未引起目前大多数结构工程师的重视。



(10)平面布局的刚度不均。抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称,建筑的质量分布和刚度变化宜均匀,否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称:一边进深 大,一边进深小;一边设计大开间,一边为小房间;一边墙落地承重,一边又为柱承重。平面形状采用L、π形不规则平面等,造成了纵向刚度不均,而底层作为汽车库的住宅,一侧为进出车需要,取消全部外纵墙,另一侧不需进出车辆,因而墙直接落地,造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。



(11)防震缝设置。对于高层建筑存在下列三种情况时,宜设防震缝:①平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ 3-91)》中表2.2.3的限值而无加强措施;②房屋有较大错层;③各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施;但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。



(12)墙体局部尺寸限值。在抗震设计规范中对此有专门的限制性规定,这是从宏观上保证砌体房屋安全度的有效措施。但发现有承重窗间墙最小宽度<1.0m(六度设防);承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离<1.0m;非承重墙外墙尽端至门窗洞边的最小距离<1.0m, 甚至只有几十厘米等情况,片面追求开敞明亮却忽视了房屋的抗震安全。



(13)同一结构单元基础形式不同。有关规范、规程中规定了“同业结构单元中不宜部分采用天然地基,部分采用桩基”,“高层建筑在同一结构单元内,不宜采用局部箱形基础”,但发现有高层建筑部分采用桩基,部分又采用天然地基(主要指裙房部分);同一结构单元内,部分有地下室,部分无地下室的情况。



(14)基础的埋置深度。有关规程明确规定,采用天然地基时基础埋置深度不小于建筑高度的1/12,采用桩基时可不小于建筑高度的1/15,桩的长度不计在埋置深度内。但发现有的设计人员忽视了基础的埋置深度必须满足地基变形和稳定的要求,在选择天然地基时或是桩基时都达不到上述规定的要求。



(15)结构抗震等级掌握不准。有的提高了,而有的又降低了,主要是对场地土类型、结构类型、建筑高度、设防烈度等因素综合评定不准造成。



(16)阁楼问题。其内收外墙不是支撑在墙上,而是支撑在楼板上,又未采取任何其他抗震构造措施。



来源:宇魅发现,知乎(作者:猪小宝,著作权归作者所有)





4
  • 3楼

    学习中,好资料。

    2018-4-13 20:17
  • 5楼



    好资料学习中



    2018-4-27 16:27
  • 6楼



    不错了,谢谢楼主



    2018-5-3 11:03
  • 7楼



    再次学习



    2018-5-7 09:53

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