房屋結構抗震設計中延性設計的運用論文
目前,我國地震災害頻發,在這種時代背景下,應有效將抗震設計應用到房屋結構建築上面。我國房屋建築的設計也逐漸在這方面有所發展,延性設計在房屋結構抗震設計中有着良好的作用,能夠在地震的作用下,有效地避免受到地震災害損失,同時儘量減少地震帶來的影響,使人們更好地得到保護。
1 延性設計的分析
延性主要是房屋結構和有關構件超過了一定彈性階段的抗震能力,在抗震設計的要素中,主要有三種設計因素起到作用,分別是延性和強度以及剛度等。在地震發生以後,光有良好的強度和剛度還不行,還要有良好的延性,房屋結構在非彈性變形中所起到的作用,以及維持結構的初始強度能力也是很重要的。
所謂延性,主要是説房屋的建築結構以及構建、材料等,在進行初始強度還不是很明顯下降時非彈性變形能力。考慮房屋結構中延性設計,應該考慮的是延性材料和截面延性,同時還要考慮構件延性以及結構體系延性這幾個方面。
具體來説,材料延性主要是通過材料應力來體現的,也就是材料的應變曲線,例如混凝土材料受壓情況,加上鋼筋的拉伸程度等問題,以及混凝土材料的滑移曲線等。這些應力,在發生較大的非彈性變形,且強度沒有出現明顯的下降的情況,就稱之為這樣的材料為延性材料。延性材料包括的有混凝土材料和鋼材等,而相對於鋼筋混凝土則是介於鋼材和混凝土之間的延性材料。
在構件截面延性主要是説構件截面在構件中的受彎構件來體現的,而且還在受扭構件中的受扭構件來體現。構件的延性,一般是通過樑延性來體現,相對屬於局部延性,如果樑柱的延性比較好,且具有較好的非彈性變形,那麼它的承載力是不會明顯下降的。
在結構體系中的延性,一般是通過水平荷載來體現,以及頂層水平位移和層間的位移進行分析延性的。這種結構體系延性也因此叫做整體延性。不過,以上這四種延性不是單獨和孤立的,而是相互影響和相互關聯的。一個延性設計好的房屋,其構建延性也非常好,且這種延性較好的構件能夠再次形成有利的延性結構。例如,房屋建築中的鋼材屬於一種延性材料,如果其鋼材的延性好,那麼鋼材組件的有關鋼樑與鋼柱,以及鋼筋混凝土相對來説能夠組件成延性較好的鋼架材料結構。
不過,這種情況是相對而言的,不是絕對性質的,如果一個房屋結構設計中,應用了很多延性好的材料,其在設計的其它階段,如鋼柱設計時不夠合理,或者是鋼樑的截面具有一定的不合理,這樣,也會得不到較好的延性結構。
因此,確定良好的延性構件,一定要考慮周全,保證整體結構的合理性,同時為延性的整體結構和體系做準備,這樣,才不會影響到抗震設計的總設計質量。
2 延性與砌體、混凝土結構中的設計分析
本文分析應用的是某地大地震情況,在地震中市區的大部分烈度在極震區,且烈度高達 11 度,使得市區內的民用建築全部倒塌,而相對於市區境內的工業建築也只有 10%沒有受到嚴重破壞,其他的 90% 都不同程度的受到嚴重破壞。在市區震前情況下,共有磚石房屋一共1209 幢,在地震中這些房屋受損的情況在 986 幢破壞掉,而且有 134 幢全部毀壞,而 495 幢有部分的倒塌情況發生。這種情況下,我們可以看到砌體的結構對地震抗震設計的影響是多麼的重要。
在砌體結構中,應加強強震防止倒塌的科學途徑,要求改變這種情況,改善砌體結構的延性。針對脆性砌體結構,主要是一些磚石結構,或者是沒有鋼筋的磚塊結構,這種結構的砌體,應該利用延性好的材料加以改善。可以用延性較好的鋼筋網和鋼模板,或者利用延性比較好的纖維,如一些碳纖維或者是一些玻璃纖維。這些好的延性材料會直接對砌體產生作用,保證砌體的預應力,使得改善房屋砌體的延性。
對於構造柱的分析和改善,在砌體結構中如果有構造柱,可以提高砌體結構的抗震性能。在我國的發部分地區以及其他地方,採用這種砌體結構並加圈樑以及各種構造柱的情況很多,利用這種砌體結構,使得砌體周圍有一個良好的框架體系,使得結構在整體性的延性較好。
據有關專家實驗,利用單片牆的單向循環以及循環交替的側向力來進行靜力實驗,結果發現,其磚牆即便是配筋比較少的情況下,也能夠較大程度上改變砌磚脆性,並使得自身結構有良好的延性。
利用混凝土構築進行砌體結構抗震加固,如果砌體的結構和垂直壓力比較大的情況,能夠將牆體初裂荷載得到提高,同時還可以提高牆體的破裂荷載。這時,鋼筋混凝土的脆性也就得到了加強,然後在強烈的垂直壓力作用下,使得砌體的砂漿強度也會相應的提高其等級,增強砌體初裂荷載,以及破壞荷載等。
因此,在設置相關鋼筋混凝土的構造柱的時候,或者是設置一些水平圈樑時,要注意剛度的情況,在剛度沒有變化時,其強度能夠提高至少 55%,以及變形能力也能提高几倍以上。
在延性和混凝土結構的設計中,應重視設計規範,保證對抗震設計的具體要求,並保證抗震結構的延性具體系數。在計算的時候一定要給予具體的措施和保障,這些措施主要是:
在構建設計的時候,要加強設計中的科學性,例如對強柱弱樑以及強節點弱杆件,以及其他的構建情況,在實際設計的時候,一定要注意結構的抗震設計,主要破壞屬於延性的破壞,而不是脆性破壞,這一點非常重要。
其次,在設計的時候,要注意限制構建截面的極限狀態,一般是受壓的相對高度,同時還有高強度的鋼筋等。在構件的配筋率等問題上,一定要將其限值減小,保證構件的'配筋率限值科學合理,同時應相應加大鋼筋錨固長度。
3 延性設計在房屋結構抗震設計分析
在具體的房屋結構抗震設計中,要重視鋼筋混凝土的延性構件分析,在設計中要加強延性指標設計,對截面曲率延性要設計合理,針對構件位移延性,應按照相應的科學公示以及曲率延性,保證設計的科學性。從而確定出曲率延性和相關箍筋以及軸壓關係得到良好的調節。
在鋼筋混凝土的有關抗震設計中,其延性設計和塑性鉸也有着較高的聯繫。具體來説,鋼筋混凝土的塑性鉸有幾種,主要是受壓鉸,還有一種屬於受拉鉸,就這些塑性鉸一般是在受壓和受拉情況下,才產生的塑性變形,這種情況一般發生於受彎和受壓構件中。具體的受壓鉸,主要是由於受壓混凝土的蘇興國變形而產生,發生這種情況一般是在小偏心受壓構件內,或者是出現在超筋受彎構件上。
由於這兩種受壓和受拉鉸的延性中,其有着不同的差別,且差別較大。相對於受拉膠的延性是比較良好的,且吸收能力較好,在抗震的作用下,能夠吸收較大的作用力,對構件的受拉鉸比較好。而受壓鉸在實際的應用中,應儘量的避免,一般是通過加密箍筋,或者是利用構件進行改變其形式,從而將構件形成一種約束機制,進而增加混凝土受壓塑性的變形等情況。
4 結語
綜上所述,在進行具體的探析延性設計中對房屋結構抗震設計應用時,一定要考慮到延性設計的兩個方向,要考慮延性的設計的確定性,以及延性的非確定性設計。在實際的設計中,要把握延性的指標,儘量將其具體化,然後對延性進行精確計算。使得房屋設計的抗震設計達到質量最優。
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