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框架結(jié)構(gòu)以框架梁、柱為主要承受荷載和地震作用構(gòu)件。梁、柱等構(gòu)件自重輕、易于標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)定形,因此框架結(jié)構(gòu)具有降低材料使用量、在空間布置方面也具有靈活性、便于實(shí)施裝配式等優(yōu)點(diǎn)??蚣芙Y(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小,水平地震引發(fā)時(shí)易形成較大層間位移,因此最大適用高度受到較大限制,以抗震設(shè)防烈度6 度為例,一般不得超過(guò)60m。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)處于變形時(shí)的狀況是典型的剪切型,結(jié)構(gòu)豎向體型布置時(shí),重點(diǎn)需要控制層間側(cè)向剛度比和受剪承載力比,避免出現(xiàn)軟弱層和薄弱層。
剪力墻結(jié)構(gòu)以剪力墻為抗側(cè)力構(gòu)件,具有整體性好、側(cè)向剛度大等特點(diǎn),能適用較高的建筑物高度。但是結(jié)構(gòu)延性較差,與框架結(jié)構(gòu)相比,空間布置受剪力墻最大間距的限制。剪力墻布置宜使結(jié)構(gòu)規(guī)則、均勻、具有適宜性的側(cè)向剛度,平面上宜雙向布置使兩個(gè)主軸方向剛度均勻分布,豎向宜上下連續(xù)避免造成剛度突變。另外,由于疊合錯(cuò)洞墻的應(yīng)力分布復(fù)雜,在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免門窗洞口上下錯(cuò)開(kāi),確實(shí)無(wú)法避免時(shí),應(yīng)特別注意洞口周圍的受力分析計(jì)算和加強(qiáng)措施。
框架剪力墻結(jié)構(gòu)同時(shí)擁有著剪力墻與框架兩大結(jié)構(gòu)的特征,既具有較大的側(cè)向剛度,又能較靈活自由地提供使用空間,最大適用高度一般略低于剪力墻結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)是通過(guò)框架和剪力墻兩大結(jié)構(gòu)特性來(lái)進(jìn)行協(xié)同性的完成工作,促使其整體性的結(jié)構(gòu)擁有極好的結(jié)構(gòu)特性與安全抗震特性。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)框架部分和剪力墻部分承受地震傾覆力矩比值,應(yīng)分別符合各自結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震措施要求,且需要充分考慮框架與剪力墻在剛度、變形特點(diǎn)上的較大差別,選擇合適位置設(shè)置剪力墻,使結(jié)構(gòu)整體剛度均勻、連續(xù),構(gòu)成雙向抗側(cè)力體系。
筒體結(jié)構(gòu)剛度大、受力合理、整體性強(qiáng),主要適用于比較高的建筑物,根據(jù)外圍結(jié)構(gòu)不同分為框架核心筒和筒中筒。根據(jù)內(nèi)筒布置數(shù)量,可分為單筒、雙筒及多筒體系,內(nèi)筒主要類型有實(shí)腹筒和空腹筒,其中實(shí)腹筒屬于單體特性的結(jié)構(gòu),空腹筒由密排柱、床裙梁和建筑混凝土外墻組成,是一種具有一定空間性的受力體系。在筒體結(jié)構(gòu)中,外圍框架(或框筒)與內(nèi)筒共同構(gòu)成抗震“兩道防線”,整體空間受力性能與平面布置、形狀尺寸密切相關(guān)。對(duì)于框架核心筒應(yīng)盡量避免內(nèi)筒偏置造成平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,對(duì)于筒中筒應(yīng)選用接近圓形或正多邊形平面,減少外框筒剪力滯后現(xiàn)象。
基礎(chǔ)梁在土木建筑工程中作為一座建筑物體的立足之根本,在土木結(jié)構(gòu)中極其重要,此結(jié)構(gòu)部位是整個(gè)建筑物體的關(guān)鍵部位。早在20 世紀(jì)早期的傳統(tǒng)房建中,通常以橫向框架設(shè)為抗震主受力方向而展開(kāi)結(jié)構(gòu)抗震核算,因此有較大部分房建只設(shè)置橫向基礎(chǔ)梁,對(duì)此,就必須要對(duì)其實(shí)施縱向梁的補(bǔ)齊措施,以構(gòu)成相互拉結(jié)和約束,進(jìn)而起到提升整體抗震性的目的。
在當(dāng)前的抗震模式當(dāng)中,通常注重的是“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)理念,框架柱是建筑物體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件部分,應(yīng)予以重點(diǎn)實(shí)施加固。其運(yùn)用較多的加固策略通常有增大截面加固法、外包型鋼加固法及粘貼鋼板加固法等。此處筆者主要對(duì)其抗震構(gòu)造方式的加固措施展開(kāi)分析。對(duì)于已經(jīng)建設(shè)成的土木建筑物體而言,原先建設(shè)的土木房屋建造時(shí)間較為偏長(zhǎng),由于原框架柱與框架梁一般未設(shè)置加密區(qū),根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求,可以先針對(duì)建筑物體實(shí)施類級(jí)區(qū)分,并判斷其抗震等級(jí)。比如一幢原建建筑物為乙類建筑,該抗震級(jí)別通常為二級(jí),柱與梁結(jié)構(gòu)的加密區(qū)間距最大為100mm,應(yīng)建筑物抗震要求,須對(duì)柱和梁的加密區(qū)使用外包環(huán)形粘鋼箍板予以加固。在抗震加固措施實(shí)施時(shí),要重視采用現(xiàn)代加固領(lǐng)域科學(xué)中的新技術(shù)、新材料、新方法、新設(shè)備,對(duì)于一般單跨框架結(jié)構(gòu)的抗震加固中,亦可采用諸如粘滯阻尼器或屈曲約束支撐等新型加固技術(shù),而這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì)便是對(duì)原建筑在加固工程中的損壞程度可降至最低,故采用該類新型加固技術(shù)配合傳統(tǒng)常見(jiàn)的加固手段,而且這還是目前運(yùn)用于單跨框架結(jié)構(gòu)抗震加固的趨勢(shì)。
在傳統(tǒng)的土木建筑抗震設(shè)計(jì)中,傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)主要注重的是提高建筑的抗震承載力。目前我國(guó)抗震設(shè)計(jì)一般通過(guò)“二階段”設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)“三水準(zhǔn)”設(shè)防目標(biāo)?!叭疁?zhǔn)”即“小震不壞、中震可修、大震不倒”,“二階段”即小震作用下彈性計(jì)算和大震作用下彈塑性驗(yàn)算。通過(guò)地震作用計(jì)算可是實(shí)現(xiàn)第小震和大震水準(zhǔn)下的設(shè)防要求,中震設(shè)防要求通過(guò)抗震機(jī)構(gòu)控制和抗震構(gòu)造措施實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí),除根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn),應(yīng)用底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法及必要的完善時(shí)程分析地震作用計(jì)算外,還應(yīng)注意強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件等內(nèi)力調(diào)整措施和抗震構(gòu)造措施的實(shí)現(xiàn),確保建筑在較大地震力作用下能夠按照設(shè)計(jì)意圖實(shí)現(xiàn)抗震耗能和關(guān)鍵構(gòu)件的安全。鑒于此,相關(guān)工作者應(yīng)當(dāng)重視抗震性能化的優(yōu)化設(shè)計(jì),除提高抗震承載力外,還可通過(guò)隔震、消能減震等方法減少地震作用對(duì)建筑影響的思路也逐漸被應(yīng)用到高層建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中??拐鹦阅芑O(shè)計(jì)在綜合考慮抗震設(shè)防、震后損失、工程造價(jià)等因素的情況下,分級(jí)設(shè)定抗震性能目標(biāo),區(qū)別關(guān)鍵構(gòu)件和耗能構(gòu)件的抗震性能水準(zhǔn),允許結(jié)構(gòu)在承載力和延性之間取得平衡,為抗震設(shè)計(jì)提供了新的思路和發(fā)展方向。
總的來(lái)說(shuō),土木建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市發(fā)展的主要載體之一,并且隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加劇,為滿足人們對(duì)建筑美觀、舒適等多樣化需求,圍繞土木建筑的理論研究、分析設(shè)計(jì)和建造實(shí)踐正在不斷發(fā)展完善。土木建筑的結(jié)構(gòu)理論分析和設(shè)計(jì)實(shí)踐在目前相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,還有很多方面值得深入研究和創(chuàng)新發(fā)展。