框架结构设计系列05—建筑结构抗震概念设计及构件布置的规则性01
山河边城
2024年02月04日 17:09:04
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前言 从现在开始,我们将按照设计院的流程,逐个步骤地带大家做一套整体项目,从上部结构到地基基础。对于上部结构,作为结构工程师的任务:确定墙体、柱子位置、墙厚、柱子、墙体混凝土强度等级、板厚、梁的布置方案、梁截面尺寸、墙身的结构尺寸等。基础部分结构工程师的任务就是根据勘察设计部门提供的勘察报告,根据报告中的地质,地基承载力,水位,水的腐蚀性等信息,设计出适合本工程又经济的基础形式。

前言


从现在开始,我们将按照设计院的流程,逐个步骤地带大家做一套整体项目,从上部结构到地基基础。

对于上部结构,作为结构工程师的任务:确定墙体、柱子位置、墙厚、柱子、墙体混凝土强度等级、板厚、梁的布置方案、梁截面尺寸、墙身的结构尺寸等。基础部分结构工程师的任务就是根据勘察设计部门提供的勘察报告,根据报告中的地质,地基承载力,水位,水的腐蚀性等信息,设计出适合本工程又经济的基础形式。

设计工作的基本步骤


在确定上部结构构件尺寸及配筋之前,首先要做以下工作,下面要讲的概念要非常清晰才行,因为这会直接决定后期计算的大方向。

要深刻理解结构设计的工作步骤:

①统计外力作用(包括恒载、活载、地震作用、风荷载);

外力主要包括以下四种,竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载、水平地震作用。在设计的时候,竖向恒荷载主要通过手工计算后在模型中正确输入;活荷载通过查《荷规》5.1章,按照规范正确输入;而风荷载需要查《荷规》第八章,然后在参数设置中正确输入;水平地震作用则需要正确填写设防烈度和设计地震分组。

②建立计算模型(PKPM、YJK建模);

首先要根据建筑图选择合理的结构体系,并初步进行方案布置和梁板柱墙的截面尺寸估算,然后进行PKPM/YJK建模;这个过程中,最重要的就是方案布置,方案布置要和概念设计紧密结合,同时又要兼顾建筑功能,这是项很重要的工作,甚至会直接影响到你调模型的速度以及后期施工图绘制的难易程度。

③计算构件各个工况的内力(包括恒载、活载、地震作用、风荷载所产生的内力);

④进行内力组合(对恒载、活载、地震作用、风荷载所产生的内力进行的组合);

《抗规》5.4.1条规定:结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合,应按下式计图片

⑤内力调整(强剪弱弯,强柱弱梁,强节点弱构件....;《抗规》6.2计算要点部分);

⑥截面抗震验算:

《抗规》5.4.2条规定:结构构件的截面抗震验算,应采用下列设计表达式: 
 
   (5.4.2)

图片

⑦计算结构整体计算指标(层间位移角,位移比,周期比,剪重比,刚度比等大指标);由内力算配筋(M——>As);

⑧构造措施(包括抗震构造措施及其它构造措施)。

以上设计步骤中所涉及到的抗震设计内容:地震作用计算,内力调整,截面抗震验算,抗震构造措施,分别为第③⑤⑥⑧步,可见,抗震设计时贯穿整个结构设计步骤的。

思考:结构进行抗震性能化设计的时候,主要影响以上哪个步骤?

做项目的准备工作


知道建筑物在哪儿、建筑物的使用功能;

建筑物的位置和使用功能的确定是很重要的,而且也是在项目初期最容易获得的信息,我们从而可以确定设防烈度、设计地震分组、抗震设防类别(对地震作用的影响)、抗震设防标准、场地类别(见地勘报告),确定风荷载、地震作用、抗震等级等各项重要参数。

设防烈度及地震分组可以在《抗规》附录A查询,场地类别需要结合地勘报告查询,风荷载需要查询《荷规》。


建筑工程抗震设防分类标准》 GB 50223-2008(以下简称《设防标准》)3.0.2条规定:


建筑工程应分为以下四个抗震设防类别:

1 特殊设防类:指使用上有特殊设施,涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果,需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。

2 重点设防类:指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的建筑。简称乙类。

3 标准设防类:指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。

4 适度设防类:指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害,允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。

《设防标准》4.0.3 条规定:

医疗建筑的抗震设防类别,应符合下列规定:

1. 三级医院中承担特别重要医疗任务的门诊、医技、住院用房,抗震设防类别应划为特殊设防类。

2. 二、三级医院的门诊、医技、住院用房,具有外科手术室或急诊科的乡镇卫生院的医疗用房,县级及以上急救中心的指挥、通信、运输系统的重要建筑,县级及以上的独立采供血机构的建筑,抗震设防类别应划为重点设防类。

3. 工矿企业的医疗建筑,可比照城市的医疗建筑示例确定其抗震设防类别。

《设防标准》6.0.3~6.0.8条规定:

6.0.3体育建筑中,规模分级为特大型的体育场,大型、观众席容量很多的中型体育场和体育馆(含游泳馆),抗震设防类别应划为重点设防类

6.0.4 文化娱乐建筑中,大型的电影院、剧场、礼堂、图书馆的视听室和报告厅、文化馆的观演厅和展览厅、娱乐中心建筑,抗震设防类别应划为重点设防类。

6.0.5 商业建筑中,人流密集的大型的多层商场抗震设防类别应划为重点设防类。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。

6.0.6 博物馆和档案馆中,大型博物馆,存放国家一级文物的博物馆,特级、甲级档案馆,抗震设防类别应划为重点设防类。

6.0.7 会展建筑中,大型展览馆、会展中心,抗震设防类别应划为重点设防类。

6.0.8 教育建筑中,幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂,抗震设防类别应不低于重点设防类。


《抗规》2.1.10条规定:
抗震措施:除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括抗震构造措施。

《抗规》2.1.11条规定:
抗震构造措施:根据抗震概念设计原则,一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。

《抗规》6.1.2条文说明抗震措施包括抗震计算时的内力调整措施和各种抗震构造措施。

《抗规》6.2章节均为内力调整措施6.3~6.7章节为各种结构体系的抗震构造措施,两者统称为抗震措施,我们对不同的建筑结构所采取不同的抗震措施。

举例:
《抗规》6.2.2条规定:

图片


《抗规》
6.2.3条规定

一、二、三、四级框架结构的底层,柱下端截面组
合的弯矩设计值,应分别乘以增大系数1.71.51.31.2底层柱纵向钢筋应按上下端的不利情况配置。

《抗规》6.2.4条规定

图片 


表6.3.7-1 柱截面纵向钢筋的最小配筋率(百分率)

类别

抗震等级

中柱和边柱

0.91.0

0.70.8

0.60.7

0.50.6

角柱、框支柱

1.1

0.9

0.8

0.7

注:1 d为柱纵筋最小直径;
      2 柱根指底层柱下端箍筋加密区。

《抗规》6.3.9-2条规定:柱箍筋加密区的箍筋肢距,一级不宜大于200mm,二、三级不宜大于250mm,四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束;采用拉筋复合箍时,拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。

总结:《抗规》6.2章节均为内力调整措施,6.3章节为抗震构造措施,两者统称为抗震措施,我们对不同的建筑结构所采取不同的抗震措施,是通过抗震等级的不同来体现的,因此我们可以认为,抗震等级是抗震措施的具体表现方式;在特殊情况下,同一个建筑结构的内力调整和抗震构造措施的抗震等级可能不同。

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