民用住宅的抗震性能探究关于高层建筑结构抗震设计的探讨

民用住宅的抗震性能探究关于高层建筑结构抗震设计的探讨姓名：姚峰摘要:5.12汶川大地震已经过去有两年的时间了。让我们看到惨不忍睹的是由于地震导致的众多房屋倒塌,给人们带来的灾难。所以,民用建筑抗震性能的好坏,直接影响着人们的生命和财产。本文就几种常见结构的抗震性能进行了分析,重点阐述了抗震性能密切相关的几个因素,也就是人们在选择和使用建筑结构时应注意的问题。关键词:民用建筑;结构;抗震性能通过对2008年5月12日四川汶川地震发生建筑破坏调查,认为此次系列地震震害较重的主要原因是结构没有按规范建设,包括抗震构造措施不合理、施工质量不高、结构设计不合理、建筑规划和选址不当等。汶川大地震中因建筑损毁所带来的严重人员伤亡,建筑抗震性已引起人们的高度重视。很多市民都认为高层比砖混好,其实不是这个道理。虽然砖的强度比混凝土弱一些,但是抗震性能高低主要取决于建材质量的好坏及承重结构的连接形式、施工质量和地基的状态。而砖混结构的建筑,则通过增加圈梁、柱子的数量,增强房屋的整体性。因此在设计规范中,不同建筑结构的楼盘抗震标准是一样的,建筑结构工程师都会保证抗震性能,没有“塔楼比砖混结构的多层效果好”等说法。本文结合实践,分别对抗震性能密切相关的结构形式和应注意的几个要素分别进行了阐述。一、几种常见结构的抗震性能目前,民用建筑最常见的建筑结构形式主要包括:钢结构、框架结构、砖混结构和砖木结构。这4种结构的建筑在抗震方面有着一定的区别:1、钢结构建筑的抗震性能。钢结构建筑被誉为21世纪的绿色建筑之一,其独特的可循环使用的建筑结构,符合发展节能省地建筑和经济持续健康发展的要求。钢结构建筑一是重量轻、强度高。用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的二分之一左右,使用面积比钢筋凝土住宅提高4%左右。二是抗震性能好。由于钢材料的匀质性、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。从国内外震后调查结果看,钢结构建筑倒塌数量最少。从理论上讲钢结构的建筑比框架跟砖混的结构结实的多,使用年限也长。不过,由于钢结构建筑的造价相对较高和其它原因,目前应用不是非常普遍。随着高科技的发展,人们的观念与生活方式也将不断更新与变化,对建筑总体质量的要求也将不断提高,钢结构建筑将是人们的首选结构形式。2、框架结构建筑的抗震性能。由钢筋混凝土浇灌成承重梁柱,组成骨架,再用空心砖或预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成的建筑。墙主要是起围护和隔离的作用,由于墙体不承重,可以用各种轻质材料制成。框架结构建筑的优点是抗震性能好,结构牢固,使用寿命长,房屋的结构可以随客户的意愿而改变,大开间建筑均采用此结构。梁、板、柱等承重构件,可以预制,也可以浇注,现浇的房子抗震度比较高,防水性比较好,目前大多数框架结构都采用现浇。框架结构中,还有一种框剪结构建筑,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,又具有良好的抗侧力性能。这种结构的建筑在抗震性能上也有不错的表现。3、砖混结构建筑的抗震性能。砖混结构是由砖墙支撑和现浇、预制钢筋混凝土板盖成的建筑。由于建材质量和施工质量的不同,抗震性能悬殊。砖的抗压性强,但韧性差,一遇到67度地震破坏就会局部开裂和散落,8度时裂缝会更大,稳定性差的会倒塌。但施工质量确实好,砖的形状规则,砂浆的强度高,灰缝均匀,这类房屋只有在10度时才会被严重破坏或倒塌。通常这种结构房屋易发生问题的部位和构件有:跨度大的横梁、楼梯间墙体和开有较大洞口的墙体等。地震发生时,住户应避开这些部位和构件进入结构稳定并具有小空间的部位,如厕所、小厨房等较安全。砖混结构抗震性能好于砖砌体结构,砖混结构在唐山地震经历了考验,受灾小很多,这种结构经济实惠,会便宜一些,冬暖夏凉,砖混结构建筑一般以多层为主,其抗震性能比起上述两者相对弱一些。底层框架的结构抗震最不利,主要是出于建筑使用功能才这么做的,底层柱子比较少,容易出现薄弱、破坏。一般首层破坏,上部结构就整体掉下去。4、砖木结构的抗震性能。此类建筑在我国的农村较为普遍,用砖墙、砖柱、木屋架作为主要承重结构的建筑,这种结构建造简单,材料容易准备,费用较低,稳定性较差,6、7度地震时极易倒塌,所以这类房屋的住户在地震时特别要注意墙倒砸人。二、与抗震性能密切相关的几个要素面对可能发生的破坏力巨大的地震,我们每个人都希望自己的房子能够更加“坚固”一些,对此,我们可以注意这样几点:1、房子的体形。体形规则、均匀、对称的房子抗震能力强。上大下小头重脚轻的房屋体形叫竖向不规则,平面局部凸出的L形、“丁”字形体形叫平面不规则,一头沉一头轻的叫扭转不规则,不规则建筑抗震能力都较差。2、地震除了和房子的建筑结构形式有关,与户型也有着很大的关系。跃层、复式和错层户型的房子虽然在居住的舒适和美观度上有着平层无法比拟的优势,但是从抗震的能力上来讲,平层的房子抗震性最好。3、新房优于老房。较早的房子依据的抗震设防标准相对较低。由于认识水平和财力的增长,后建的房子抗震能力相对较强。一般说抗震标准会根据实际情况每10年进行一次调整,随着社会经济各方面的发展,它也是越来越严格,标准也在不断地提高。从这一点来说,年代越是久远的房子抗震性能就要差一些。4、建筑材料的质量。混凝土标号够不够,钢筋是否合格,有没有偷工减料等都很重要。5、房子的施工质量。住宅抗震性能的高低主要取决于建材质量的好坏,照图施工、技术到位,房屋质量就好,否则设计再好,施工质量差也会出问题。6、居家装修也要防震。在房屋的设计中,有许多结构都是按照房屋的抗震需要建造的。屋内有些地方是坚决不能改动的,否则一旦破坏房屋的整体防震设计,在遇到地震时就极为危险。尤其是目前有不少临街居民楼将1层、2层改为商铺的。一般情况下,如果一楼的一户居民将承重墙拆除,将会导致该楼的抗震性能减弱和负荷应力出现异常,如果此时发生强震,楼体很可能会发生整体坍塌。另外,承重墙也不能随意凿洞,屋内墙上的门窗尺寸也不能随意拆改,扩大原有门窗尺寸或者另建门窗,这也有损于房屋的抗震性。7、“证件”齐全保平安。开发商是否能提供商品住宅楼的《住宅质量保证书》、《住宅使用说明书》等相关文件。在这些文件中,对于包括防震抗震性在内的房屋安全性能都会有较具体的说明。另外查验开发建设单位的相关验收手续,也是购房者对房屋的防震抗性能进行考察的最简单也是最有效的方法。总之,我们在工程施工中必须要执行设计要求,按抗震规范施工。在钢筋制作时,要注意柱竖筋驳接48d长度,梁钢筋入支座锚固48d长度,箍筋抗震钩要留够10d长度、弯钩够135度。柱与墙之间的拉结筋入墙不得少于1m,入柱不少于300mm,两头90度弯钩,水平每隔500mm两条一度。其它的施工操作必须要执行抗震规范及措施,房屋的抗震能力是设计、施工、监理、质检、业主共同作用的结果,希望我们在以后的工作和生活中共同努力,造就美好的生活空间。三、结语多层砖房在城乡建设中量大面广,应加强多层砖房的抗震设计,使民用建筑的地震破坏降低到最低限度。应按照概念设计的原则重视抗震概念设计,避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失承载能力,从根本上消除建筑物中的抗震薄弱环节,较好的控制震害的发生。参考文献:[1]周炳章.砌体房屋抗震设计[M].北京:地震出版社,1991.[2]中国建筑科学研究院.2008年汶川地震建筑震害图片集[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.1.引言我国处于环太平洋地震带和欧亚大陆地震带的交汇地段，属于地震多发国家。1976年，唐山大地震、2008年汶川地震，一次次大地震灾害的背后，不仅仅是经济损失，同时更是巨大的人身伤亡。地震具有突发性，地震灾害活动越来越频繁，这给建筑结构设计增加了难度。地震结构设计需要充分考虑抗震性能，避免地震作用对建筑结构造成破坏。2.基于功能的结构抗震设计中存在的主要问题2.1建筑平面布置设计不合理导致结构抗震失效建筑平面布置是建筑设计中的重要组成部分，其布置情况直接反映建筑使用功能和相关要求。平面设计布置时，要将内墙的布置、柱子的距离、通道和楼梯的位置、空间活动面积大小、房间数量和布置、电梯井的布置等在建筑平面布置图上进行明确。建筑的使用功能不同，在楼层布置上存在一定的差异。公寓、写字楼、餐饮娱乐、商场等，在进行建筑布置时，空间和房间划分上的差异较大。建筑平面布置多样化的同时，要考虑结构的抗震要求，其中较为突出的问题是：建筑平面上的内隔墙、外围填充墙、具有相应刚度和强度的非承重内隔墙等墙体的布置不对称；柱子和墙体的分布不协调不对称；建筑结构刚度和质量在平面上分布不均匀等因素导致建筑物在地震发生时，产生扭转地震作用，导致建筑损坏。2.2屋顶设计存在缺陷在高层建筑或超高层建筑设计中，对屋顶建筑设计是一个重要部分。通过从对近几年来，高层建筑抗震设计的审查结果分析，屋顶建筑设计存在过高、过重等重大问题。过高、过重的屋顶建筑无疑是加大了建筑的变形，同时也加大了地震的作用。过高、过重的屋顶建筑对自身，对其下部建筑都非常不利。通常情况下，屋顶建筑和下部建筑的重心都不是在同一条线上，存在不同程度的偏心现象，部分建筑设计屋顶建筑时为偏向一侧，屋顶建筑的抗侧力墙和下部建筑的抗侧力墙上下不连续，在面临地震时，加大了地震的扭转作用，这对建筑非常不利。2.3建筑竖向布置设计问题主要是在建筑设计中，反映沿着高度或楼层结构质量、刚度分布问题。无论是何种类型的建筑，无论是多层还是单层，都存在此类问题。尤其是在高层建筑和超高层建筑中，表现的更为突出。由于建筑适用功能的不同，如果建筑底层是购物中心或商场时，要求大空间和大柱距，而上部的楼层为写字楼或多样化的公寓时，前者要求设置柱，墙少，而后者则是以墙为主。由于建筑使用功能的不同，导致建筑物沿着楼层或高度分布的刚度和质量都不协调、不均匀。其中较为突出的问题是沿着上下相邻的楼层由于质量和刚度相差较大，造成突变。这是建筑设计时必须要重视的问题。3.提高建筑结构抗震设计的策略3.1提高高层建筑结构细节设计能力，实现结构抗震高层建筑在进行结构设计、结构抗震细节设计中最关键的是薄弱环节的处理措施和对多道抗震设防措施的保证。结构抗震体系包含多个具有良好延性的分体组合，具有良好延性的结构构件通过设计连接，实现协同联合工作。建筑面临地震灾害时，通常情况下在主震过后，多次余震往往会造成比主震破坏程度更大的结构损坏。建筑抗震结构体系只有最大程度的增加外部和内部的冗余度数量，有意识的增加分布屈服区，来实现抵御以耗能为主的抗震性能要求。进行高度建筑结构设计时，不可片面过分强调构件强度，必须要综合处理好结构构件的强弱关系，要保证构件具有较长的有效屈服时间，能有效实现结构延性，增加抗倒塌能力。3.2解决屋顶建筑的抗震设计难题在屋顶建筑设计时，要尽量降低屋顶建筑的高度。建筑材料适宜选择轻质的建筑材料，要保持刚度分布均匀。屋顶建筑要创造条件，确保地震作用能沿着建筑结构通畅进行传递，确保屋顶的重心和下部建筑重心都尽可能保持一致。当屋顶建筑高度超高时，要确保结构具有较好的抗震定性，要保证屋顶建筑在面对地震作用时，具有较小的变形，尽量不发生扭转地震作用。3.3解决建筑竖向布置设计的问题建筑竖向布置设计问题，主要是在建筑设计中，反映沿着高度或楼层结构质量、刚度分布问题。无论是何种类型的建筑，无论是多层还是单层，都存在此类问题。尤其是在高层建筑和超高层建筑中，表现的更为突出。由于建筑适用功能的不同，如果建筑底层是购物中心或商场时，要求大空间和大柱距，而上部的楼层为写字楼或多样化的公寓时，前者要求设置柱，墙少，而后者则是以墙为主。由于建筑使用功能的不同，导致建筑物沿着楼层或高度分布的刚度和质量都不协调、不均匀。其中较为突出的问题是沿着上下相邻的楼层由于质量和刚度相差较大，造成突变。这是建筑设计时必须要重视的问题。在建筑设计中，要尽量确保沿着竖向结构的刚度均匀分布，特别是在结构不设置刚度较大的刚度转换层时，更要注意。概念设计中，尽可能使剪力墙布置较为均匀，并沿竖向贯通到建筑