浅谈关于抗震墙结构设计的有关注意点
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【摘要】 抗震墙设计的设计主要可以从抗震墙的概念设计、抗震墙的抗震设计以及抗震墙的构造设计三方面来体现。
【关键词】 抗震墙概念设计抗震设计构造设计
按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)进行抗震设计的建筑,其基本的抗震设防目标是:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,主体结构不受损坏或不需修理可继续使用;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时,可能发生损坏,但经一般性修理仍可继续使用;当遭高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,不致倒塌或分发生危及生命的严重破坏。抗震墙结构作为现今多高层建筑中最为常见的结构形式,其抗震设计也必须遵从以上抗震设防目标,从而才能保证抗震墙结构在地震作用下能够表现出良好的抗震性能。
抗震墙设计的设计主要可以从抗震墙的概念设计、抗震墙的抗震设计以及抗震墙的构造设计三方面来体现。
1 抗震墙的概念设计
概念设计主要指建筑形体及其构件布置的规则性、合理的结构体系的选择及抗侧力结构构件的延性设计。
1.1 结构的平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性有深远的影响
选用规则的形体,其抗侧力构件的平面布置规则对称、侧向刚度沿竖向均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小,有效避免了侧向刚度和承载力的突变。
抗震墙结构作为常见的抗震构件形式具有适宜的侧向刚度,其布置应符合下列规定:
(1)平面布置宜简单、规则,宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置,两个方向的侧向刚度不宜相差过大。抗震设计时,不应采用仅单向有墙的结构形式。
(2)宜自下到上连续布置,避免刚度突变。
(3)门窗洞口宜上下对齐、成列布置,形成明确的墙肢和连梁;宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置;抗震设计时,一、二、三级抗震墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙,全高均不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙。
1.2 合理的结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径
因为抗震结构体系要求受力明确、传力合理且传力路线不间断,对结构计算简图的分析把握,就可以比较明确地确定地震作用的效应,是结构的抗震分析更符合结构在地震时的实际表现。除此之外合理的结构体系尚宜符合结构在两个主轴方向上的动力特性相近的原则。
抗震墙结构作为多、高层建筑的主要结构形式,适用于内外墙均为现浇混凝土构件、纵横内墙为现浇混凝土墙,外墙为壁式框架或框架的结构、短肢抗震墙较多的抗震墙结构。
1.3 延性设计要求规定结构体系应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力
必要的抗震承载力是指应具备必要的强度;良好的变形能力是指不致引起结构功能丧失或超越容许破坏程度的变形值范围;良好的耗能能力是指结构能吸收和消耗地震输入能量而保存下来的能力,也即应具备良好的延性。
抗震墙结构由墙肢和连梁两种构件组成,其结构承载力及刚度都很大,侧向变形小,抵抗水平作用能力强,经过合理的设计可以做成抗震性能很好的延性结构,这使其能很好的适用于抗震地区的各种多、高层结构体系中。更好的研究抗震墙结构的延性性能,可以通过其延性破坏来看。抗震墙的延性破坏分两种情况,一种是连梁不屈服,墙肢首先发生弯曲破坏,这种墙在破坏时的极限变形很小。因此虽然连梁的破坏属于延性破坏但吸收地震能量的能力是比较差的。设计中应避免这种破坏形式的出现。另外一种是连梁先屈服,最后是墙肢的屈服。当连梁有足够的延性时,它能通过塑性铰的变形吸收大量的地震能量,并且通过塑性铰继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到一定的约束作用,使联肢墙具有足够的刚度和强度。因此规范中要求按照“强柱弱梁”的原则来设计,从而得到较为理想的延性结构（如图1）。
一般来说地震作用的垂直分量较小,只有水平分量的1/3～2/3,在很多情况下(如6～8度区)可主要考虑水平地震作用的影响,相应地,抗震结构的总体布置主要是抵抗水平的抗侧力结构。
抗震墙结构的抗震计算主要指水平地震作用计算,主要采用振型分解反应谱法。对于特别不规则的建筑、甲类建筑和超高层建筑,可采用时程分析方法进行多遇地震作用下的补充计算。
抗震墙结构的主体计算应控制轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比及刚重比。对于高层抗震墙结构以扭转为主的第一振型周期与以平动为主的第一振型周期之比A级高度比应大于0.9,B级高度不应大于0.85,考虑偶然偏心作用影响,楼层最大水平位移与竖向构件层间位移,分别不宜大于相应位移平均值的1.2倍,且A级高度不应大于1.5倍,B级高度不应大于1.4倍。在建筑方案既定的情况下,也应采取相应的措施,改善结构体形,如合理设置抗震缝、调整抗震墙厚度使结构刚心和质心尽量接近,减少扭转效应,从而使结构具有良好的抗震性能。
2 抗震墙的构造设计
抗震墙的构造措施种类繁多,主要总结有一下几点:
(1)抗震墙厚度的取值要求,其目的主要是为了保证抗震墙具有足够的稳定性及良好的承载力并且在地震作用下能够吸收足够的地震能量;
(2)墙肢和连梁的剪压比控制要求,起目的是为了避免抗震墙的斜压破坏;
(3)约束边缘构件的设置,其目的是为了满足“强剪弱弯”的抗震设防要求,抗震墙的塑性铰区应为加强区,应按照规范要求在底部加强区及其上一层的墙肢端部设置约束边缘构件;
(4)竖向和水平分布筋应满足规范要求;连梁的纵筋和箍筋应满足规范要求;约束边缘构件和构造边缘构件的纵筋及箍筋应满足规范要求;
连梁的纵筋在标准层、顶层伸入墙内的长度应满足规范规定的锚固要求。
3 结语
综上所述,抗震墙结构的设计从概念设计阶段,如何选取规则、有利于抗震的结构形体;抗震设计阶段控制好各方面数据符合规范要求;构造设计采取有利于结构构件更好的抵抗地震作用的防范措施,从而才能更好的使抗震墙结构服务于广大抗震结构,并在设计中得到更广泛的应用。
参考文献:
[1]《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010).中国建筑工业出版社,2010.
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010).中国建筑工业出版社,2010.
[3]包世华,方鄂华.高层建筑结构设计.清华大学出版社,1990.