理论教育 建筑结构抗震设计:结构平面布置

建筑结构抗震设计:结构平面布置

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:结构平面布置力求对称,以避免扭转。这种结构布置造成质量中心与刚度中心明显不重合,偏心很大,显然对抗震不利。但地震时,美洲银行仅受到轻微损坏,震后稍加修理便可恢复使用。两幢大厦震害相差悬殊,主要原因是两者在建筑布置和结构体系方面有许多不同。地震时地面运动的扭转分量也会使结构产生扭转振动。首先限制结构平面布置的不规则性,避免产生过大的偏心而导致结构产生过大的扭转反应。图4-14楼板局部不连续

建筑结构抗震设计:结构平面布置

结构平面布置力求对称,以避免扭转。对称结构在单向水平地震动下,仅发生平移振动,由于楼板平面内刚度大,起到横隔板作用,各层构件的侧移量相等,水平地震力则按刚度分配,受力比较均匀。非对称结构由于质量中心与刚度中心不重合,即使在单向水平地震动下也会激起扭转振动,产生平移—扭转耦联振动。由于扭转振动的影响,远离刚度中心的构件侧移量明显增大,从而所产生的水平地震剪力则随之增大,较易引起破坏,甚至严重破坏。为了把扭转效应降低到最低限度,可以减小结构质量中心与刚度中心的距离。在国内外地震震害调查资料中,不难发现角柱的震害一般较重,是屡见不鲜的现象,这主要由于角柱是受到扭转反应最为显著的部位所致。

1972年尼加拉瓜的马那瓜地震,位于市中心15层的中央银行,有一层地下室,采用框架体系,设置两个钢筋混凝土电梯井和两个楼梯间,都集中布置在主楼两端一侧,两端山墙还砌有填充墙,如图4-8所示。这种结构布置造成质量中心与刚度中心明显不重合,偏心很大,显然对抗震不利。1972年发生地震时,该幢大厦遭到严重破坏,五层周围柱子严重开裂,钢筋压屈,电梯井墙开裂,混凝土剥落。围护墙等非结构构件破坏严重,有的倒塌。另一幢是18层的美洲银行,与中央银行大厦相隔不远。但地震时,美洲银行仅受到轻微损坏,震后稍加修理便可恢复使用。两幢大厦震害相差悬殊,主要原因是两者在建筑布置和结构体系方面有许多不同。美洲银行大厦结构体系均匀对称:基本抗侧力体系由4个L形筒体组成,筒体之间对称的由连系梁连接起来,如图4-9所示。由于管道口在连系梁中心,连系梁抗剪强度大为削弱,它的抗剪能力只有抗弯能力的35%。这些连系梁在地震时遭到破坏,但却起到了耗能的作用,保护了主要抗侧力构件的抗震能力,从而使整个结构只受到轻微损坏。连系梁破坏是能观察到的主要震害。1972年马那瓜地震中两幢现代化钢筋混凝土高层建筑抗震性能的巨大差异,生动地表明了在抗震概念设计中结构规则性准则的重要性。两栋建筑地震前后全貌见图4-10和图4-11。

图4-8 中央银行平面图

图4-9 美洲银行平面图

图4-10 震前全貌

图4-11 震后全貌

对于规则与不规则的区别,抗震规范给出了一些定量的界限,对平面不规则类型的定义如表4-6所示。

表4-6 平面不规则类型

1)扭转不规则(www.daowen.com)

即使在完全对称的结构中,在风荷载及地震作用下往往亦不可避免地受到扭转作用。一方面,由于在平面布置中结构本身的刚度中心与质量中心不重合引起了扭转偏心;另一方面,由于施工偏差,使用中活荷载分布的不均匀等因素引起了偶然偏心。地震时地面运动的扭转分量也会使结构产生扭转振动。对于高层建筑,对结构的扭转效应需从两方面加以限制。首先限制结构平面布置的不规则性,避免产生过大的偏心而导致结构产生过大的扭转反应。其次是限制结构的抗扭刚度不能太弱,采取抗震墙沿房屋周边布置的方案。扭转不规则的示例如图4-12所示。

2)凹凸不规则

平面有较长的外伸段(局部突出或凹进部分)时,楼板的刚度有较大的削弱,外伸段易产生局部振动而引发凹角处的破坏。因此,带有较长翼缘的L形、T形、十字形、U形、H形、Y形的平面不宜采用。凹凸不规则的示例如图4-13所示。需要注意的是,在判别平面凹凸不规则时,凹口的深度应计算到有竖向抗侧力构件的部位,对于有连续内凹的情况,则应累计计算凹口的深度。对于高层建筑,建筑平面的长宽比不宜过大,以避免两端相距太远,因为平面过于狭长的高层建筑在地震时由于两端地震动输入有相位差而容易产生不规则振动,从而产生较大的震害。

图4-12 扭转不规则

图4-13 凹凸不规则

3)楼板局部不连续

目前在工程设计中大多假定楼板在平面内不变形,即楼板平面内刚度无限大,这对于大多数工程来说是可以接受的。但当楼板开大洞后,被洞口划分开的各部分连接较为薄弱,在地震中容易产生相对振动而使削弱部位产生震害。因此,对楼板洞口的大小应加以限制。另外,楼层错层后也会引起楼板的局部不连续,且使结构的传力路线复杂,整体性较差,对抗震不利。

楼板局部不连续的典型示例如图4-14所示。对于较大的楼层错层,如错层的高度超过楼面梁的截面高度时,需按楼板开洞对待;当错层面积大于该层总面积的30%时,则属于楼板局部不连续。

图4-14 楼板局部不连续

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