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结构抗震设计中的“示弱”智慧

结构抗震设计中的“示弱”智慧

有人说,懂得适当示弱的女人将拥有幸福婚姻,尤其是在中国这个讲究“以柔克刚”的国度内。“示弱”的智慧其实不只适用于人类,而是适用于整个生物界。早在几亿年前,蜥蜴原是恐龙的同类,但是体积相差悬殊,地位也极其不同,那时整个地球的主宰就是恐龙。可是到如今恐龙灭绝了,而蜥蜴却一直存活了下来。这其中最重要的原因竟然是:恐龙的体积过于庞大,不便保护自己,所以被自然界所淘汰;而蜥蜴小巧灵活,虽然很纤弱,却便于隐蔽自己,从而得以在大自然的优胜劣汰中存活下来。

大家或许没有意识到,在做结构抗震设计时,并非结构越强越好,经常也会应用“示弱”的智慧,今天我们就来讲几个例子来阐述这个问题。

)剪力墙抗震设计中的“示弱”

实际工程中,有的设计人员喜欢将剪力墙的长度设计得很长且不设洞口。因为剪力墙越长,其截面的抗弯和抗剪刚度越大,所需要的剪力墙数量可以越少。但是,随着剪力墙长度的增加,它的刚度增加,承担的水平剪力也在增加,在地震作用下,这些长的墙体可能会先产生脆性破坏,而导致整个结构体系丧失承载能力。短柱的破坏机理就是这样子的。(回复“短柱”可复习短柱的破坏机理)。

为了避免剪力墙脆性破坏,较长的剪力墙宜开设洞口,将其分成长度较均匀的若干墙段。墙段之间宜采用弱梁连接,每个独立的墙段的总高度与其截面高度之比不宜小于3。墙肢截面高度不宜大于8m。

如果剪力墙由于建筑设计功能等原因不允许开洞,我们需要采取“示弱”的智慧,来适当削弱较长剪力墙的刚度,常用的做法是剪力墙开缝,即带竖缝剪力墙。

2)框剪结构抗震设计中的“示弱”

框剪结构中的梁大体上可以分为3类:普通框架梁C,剪力墙之间的连梁A,一端与墙肢连接、一端与框架柱连接的梁B。梁C以可按普通框架梁设计梁A可按连梁设计梁B刚度差异大,由于受力非常不利,因此通常须对其刚度进行折减处理。

由于梁B一端与墙肢连接,墙肢刚度大,而一端与框架柱连接,框架柱刚度小。B梁在水平力作用下受力非常不利,将首先开裂、屈服。在进行内力计算时,根据B梁的实际受力情况,将B梁的刚度乘以大于0.5的折减系数。如考虑折减后,B梁的内力仍然很大,使配筋困难,可考虑“示弱”的智慧,进一步降低B梁的高度,减小刚度,从而减小承担的地震内力,最终达到减小配筋的目的。

3)基础抗震设计中的“示弱”
通常的设计认为,结构与基础之间连接越紧密,结构的稳定性越好,抗震性能越强。然而在震害调查中,人们发现一些底层柔性的建筑物,尽管底层破坏严重甚至倒塌,而上部结构却完好,受这种震害的启发,利用“示弱”智慧,人们想到干脆做一个特别“柔” 的底层来抗震,这就是后来的隔震技术,隔震建筑在历次地震中都表现出了良好的抗震性能。

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