建筑抗震设计常见问题理解与应用.pptx
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1、建筑抗震设计常见问题理解与应用 GB50011-2001、JGJ3-2002学习 武汉市建设工程设计审查办公室武 汉 市 抗 震 办 公 室刘 卫 国1、设计基准期、建筑寿命和设计使用年限的区别设计基准期:为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数,它不等同于设计使用年限,也不等同于建筑寿命。建筑寿命:指从建造开始直到建筑毁坏或丧失使用功能的全部时间。设计使用年限:指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的年限,即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和一般维护下所应达到的使用年限。 一、管理问题使用年限52050100烈度75.426.377.007.4986
2、.427.378.008.49不同使用年限的抗震设防烈度 防烈度78多遇地震4998防烈度地震140280罕遇地震308560设计使用年限100年的地震加速度峰值(cm/S2) 二、适用范围 原则上,现行规范中已经列入的建筑类型、结构体系,都是可以在实际工程中应用的,如框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、筒体结构(包括框架-筒体结构)、板柱-剪力墙结构等等。1、异型柱结构:原则上可以采用,设计上可以按武汉市抗震办公室武抗办20031号文的要求来做,具体的计算、结构布置、构造等可以参照上海、天津等地方规范进行设计。2、短肢剪力墙结构:原则上属于剪力墙结构,可以按照GB50
3、011-2001和JGJ3-2002进行设计,符合抗震基本要求和抗震构造措施要求。3、砌体-钢筋混凝土组成的混合承重结构:属于超规范、规程设计。注意,在多层砌体房屋设计中,将抗震承载力验算不满足要求的墙片或墙段由砖砌体改为现浇钢筋混凝土墙,这种做法也属于超规范、规程设计。4、在现有钢筋混凝土房屋上采用钢结构(包括轻钢结构)进行加层:这要分为两种情况(1)若加层的结构体系为钢结构,因抗震规范不包括下部为钢筋混凝土、上部为钢结构的有关规定,超规范、规程设计。(2)若屋盖部分采用钢结构,整个结构抗侧力体系仍为钢筋混凝土,则按照GB50011-2001规范第六章的有关规定进行抗震设计。5、在砖房上加轻
4、钢结构房屋:在砖房总高度、总层数已达限值的情况下,若在其上再加一层轻钢结构房屋,因抗震规范中无此种结构形式的有关规定,属于超规范、规程设计。 三、抗震设计基本要求1、建筑抗震设防类别 带大底盘的高层建筑,其下的建筑多为公共建筑,作为商场的情况一般比较多,那么其抗震设防分类如何划分呢? 当商业建筑与其他建筑合建时应分别判断,并按区段确定其抗震设防类别。如:对于大底盘高层建筑,当其下部裙房属于大型零售商场的乙类建筑范围时,一般可将其与之相邻的上部高层建筑二层定为加强部位,按乙类进行抗震设计,其余各层可按丙类进行抗震设防。 2、建筑设防设防标准 按建筑类别和场地类别调整后的抗震措施(烈度)建筑型地型
5、 基本地震加速度(g0.050.100.15甲、乙I-IV788丙I-IV677丁I-IV677建筑型地型 基本地震加速度(g)0.050.100.15甲、乙I677II788III-IV678丙I666II677III-IV677丁I666II677III-IV677按建筑类别和场地类别调整后的抗震构造措施(烈度) 3、建筑结构的规则性 不 型定 扭不楼的最大性水平位移(或 位移),大于楼两端性水平位移(或 位移)平均的1.2倍凹凸不构平面凹的一尺寸,大于相投影方向尺寸的30%楼板局部不楼板的尺寸和平面度急 化,例如,有效楼板度小于 楼板典型度的50%,或开洞面大于 楼面面的30%,平面不规
6、则的类型 不 型定 向度不 的向度小于相上一的70%,或小于其上相三个楼 向度平均的80%;除 外,局部收的水平向尺寸大于相下一的25%向抗力构件不向抗力构件(柱、抗震、抗震支撑)的内力由水平 构件(梁、桁架等)向下楼承力突抗力构的 受剪承力小于相上一的80%竖向不规则的类型不规则:指的是超过上述表中一项及以上的不规则指标;特别不规则:指的是多项均超过表中不规则指标或某一项超过规定指标较多,具有明显的抗震薄弱部位,将会引起不良后果者;严重不规则:指的是体型复杂,多项不规则指标超过表中数值上限值或某一项大大超过规定值,具有严重的抗震薄弱环节,将会导致地震破坏的严重后果者。 “较多”如何掌握?根据
7、规范组的对扭转不规则的解释,可以理解为2025%。 在刚性平面假定条件下,当计算小震作用的楼层最大弹性水平位移(或层间位移)与该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的比值大于1.2时,判断为扭转不规则;当比值接近1.5时,判断为特别不规则;当比值大于1.5时,一般判断为严重不规则。 多层砌体房屋:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;同一轴线上的窗间墙宜均匀;立面高差小于6m;房屋没有错层;各部分结构刚度和质量基本相同,等等。单层厂房:多跨厂房宜等高和等长;贴建房屋和构筑物,不宜布置在厂房角部和紧邻防震缝处;体型复杂或有贴建的房屋或构筑物时,宜设防震缝;两个主厂房之间的
8、过渡跨至少应有一侧采用防震缝与主厂房脱开;工作平台宜与厂房主体结构脱开;同一单元内,不应采用不同的结构型式;端部应设屋架,不应采用山墙承重;厂房单元不应采用横墙和排架混合承重;各柱列的侧向刚度宜均匀,等等。 4、结构材料和延性按照结构延性系数的大小排序,依次是钢结构、钢管混凝土结构、型钢混凝土结构、钢筋混凝土结构、配筋砌体结构、砌体结构。结构的延性系数大,说明结构抗震的变形能力大,结构的耐震性能好。因此,有条件时,建筑的主体结构宜采用延性系数较大的结构材料。防止脆性破坏,使结构能达到其自身最大延性,宜采用取以下措施:(1)对砌体结构,采用圈梁和构造柱来约束墙体。(2)对钢筋混凝土构件,合理确定
9、截面尺寸,恰当配置纵筋和箍筋(抗剪斜筋),加强钢筋的锚固,避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋粘结锚固失效先于杆件破坏。(3)对钢结构,合理确定板件宽厚比,防止局部屈曲;强化杆件连接,使屈服截面远离杆件节点。 5、结构体系 应能制定出明确的、当前计算手段能解决的平面或空间计算简图。应具有合理的、直接的或基本直接的传力途径。应避免因少数脆弱构件或节点等薄弱环节的破坏而导致整个结构传力路线中断、丧失抗震能力或承重能力。应具有足够的侧向刚度、较强的水平承载力、良好的变形能力、能吸收和耗散较多的地震输入能量。宜采用多道抗震防线的剪切型构件和弯曲型构件并用的双重或多重结构体系。沿结构平
10、面和竖向,各抗侧力构件宜具有合理的刚度和承载力分布,避免因局部削弱或突变形成柔弱楼层或薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中。结构在纵、横两个主轴方向的动力特性宜相近。 四、场地、地基和基础1、进行地基处理是否改变场地类别 按GB50011-2001规范第2.1.7条对场地的定义:“工程群体所在地,具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。” 采用桩基或用搅拌(水泥固化剂桩,类似CFG桩)处理地基,只对建筑物下卧土层起作用,对整个场地的地震地质特性影响不大,因此不能改变场地类别。 2、地下室顶板可否采用无梁楼盖? GB50011-2001规范第
11、6.6.4条:“房屋的屋盖和地下一层顶板,宜采用梁板结构。”当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,应满足GB50011-2001规范第6.1.14条的要求。一般说来,如果地下室顶板采用无梁楼盖的结构形式。将难以满足6.1.14条柱端塑性铰位置在0.00的要求,故不能采用无梁楼盖的结构形式,而应采用现浇梁板结构,且其板厚不宜小于180mm。 3、位于地下室内的框支层,是否计入规范 允许的框支层数之内? 当框支层位于地下室内时,若地下室顶板作为上部结构的嵌固部位,则位于地下室内的框支层,不计入规范允许的框支层层数之内。 五、钢筋混凝土结构1、含少量剪力墙的框架-剪力墙结构 GB50011-2001
12、规范第6.1.3条:“框架-剪力墙结构,在基本振型地震作用下,若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,最大适用高度可比框架结构适当增加。”那么这个适当是多少呢?一般以不超过20%为宜,也就是其最大适用高度不是130m,而是72m。 2、框架不对齐 设计中应合理地布置抗侧力构件,减少地震作用下的扭转效应;结构刚度、承载力沿房屋高度宜均匀、连续分布及保持完整,不宜抽柱或抽梁,使传力途径发生变化。 按GB50011-2001抗震规范第3.4.3条进行不规则结构的设计计算。也就是要采用空间计算模型,计及扭转等。 异型柱框架结构必须对齐。 3、有
13、地下室时,剪力墙底部加强部位如何确定?按何高度确 定抗震等级? 分成以下两种情况:(1)地下室作为上部结构的嵌固部位:从首层向上算,按第6.1.10条的规定取值,同时将加强部位向地下室延伸一层。(2)地下室不作为上部结构的嵌固部位:地下一层底板处向上算,取墙高的1/8及地下一层加首层高度的较大值,且不大于15m取值。此时若有多层地下室,不必再向下延伸至地下二层。 现浇钢筋混凝土房屋的高度是指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出的屋顶部分),因此,尽管地下室顶板可能不作为上部结构的嵌固部位,但选取抗震等级时,仍是从室外地面算起。 4、高度小于60m的框架-核心筒结构可否按框 架-剪力墙
14、结构确定抗震等级? 对于房屋高度小于60m的框架-核心筒结构,若按框架-剪力墙结构确定其抗震等级,则除应满足核心筒的有关设计要求外,同时应满足规程对框架-剪力墙结构的其他要求,如剪力墙所承担的结构底部地震倾覆力矩的规定等。注意:筒体的最小尺寸一般应大于1/12筒体高度,而此时其承担的倾覆力矩往往是小于50%,这时应该按框架结构确定框架的抗震等级。 5、钢筋混凝土短柱 钢筋混凝土结构中按内力计算值得到的剪跨比MC/(VCh0)不大于2、以及反弯点在柱子高度中部时且柱净高与柱截面高度之比Hn/h不大于4的柱称为短柱。实际工程中,应注意由于实心粘土砖填充墙对框架柱的约束,还有因飘窗、楼梯间休息平台使
15、框架形成的短柱。 对于剪跨比小于1.5的超短柱要专门研究,专家给出的措施有:增设交叉斜筋、外包钢板箍、设置型钢或将抗震薄弱层转移到相邻的一般楼层等合理并经验证有效的构造措施,防止短柱剪切破坏,增加其耗能能力。 6、转角处的框架柱是否都按角柱对待? GB50011-2001抗震规范中的角柱是指位于建筑角部,与柱的正交的两个方向各只有一根框架梁与之相连接的框架柱。因此位于建筑平面凸角处的框架柱一般均为角柱,而位于建筑平面凹角处的框架柱,若柱的四边各有一根框架柱与之相连,则可不按角柱对待。 7、6度时如何按水平地震剪力系数最小值调整地 震剪力 GB50011-2001规范第5.2.5条、JGJ3-2
16、002第3.3.13条对79度的楼层最小地震剪力系数值进行了规定,但对于6度抗震设计的结构,两个规范都没有规定其地震剪力系数最小值,作为参考设计中一般可考虑控制为0.0080.01。如果结构总地震剪力与规定的值相差较多,表明结构整体刚度偏小,宜适当增加结构侧向刚度,使计算的地震作用增加。 8、超限高层建筑 超限高层建筑工程,必须进行抗震设防专项审查:(1)房屋高度超过规定;(2)房屋高度不超过规定,但建筑结构布置属于特别不规则的高层建筑. 特别不规则的高层建筑的解释和说明:(1)、同时具有两项以上平面、竖向不规则以及某项不规则程度超过规定很多的高层建筑。(2)结构布置明显不规则的复杂结构和混合
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