预制预应力混凝土结构的抗震设计.pdf

第37卷第3期
建筑技术开发
Vol 37. No
2010年3月
Building Technique Development
Mar.2010
国外技术开发
预制预应力混凝土结构的抗震设计
美国预制预应力混凝土结构抗震设计的历史
和2006年进行了修订。
在20世纪50年代初,预制预应力混凝土在美国建筑结
现如今,在美国大部分预制混凝上结构都要进行系统的
构体系中的应用就已经开始发展了。在[业时代?期,这种抗设计,这些设计需要考虑地震因素,其中包括地震加速
结构主要是在低抗震设防Ⅸ应用比较多。刚开始的时候,预度和场地的土质条件。系统的局限性是被允许的。抗震设
制结构被认为是钢筋混凝土结构大领域中的一个小分支。计分类标准决定抗震设防的等级。以上这些依次被加速参
按这种说法的话,预制结构的设计准则主要是从整体现场浇数和结构的重要性来决定。抗篾设计的类别中A和B等
注混凝土的规范中得来的。尽管对于具体到节点和两端简级比较低,风险小。C等级风险为中等。D、E、F的风险等
支的预制混凝士结构的准则已经出台了,但是混凝土姚范的级是最高的。在高地震区的大多数设计继续按照模拟整体
主要条文仍是针对连续现浇整体结构的
混凝土建筑的做法,但节点连接有着不同的特点。中低设
在美國,发布建筑规范的权力都掌握在各个州里,而并防区的预制节点通常有一定的强度和延性以及结构整体性
不是联邦政府。在20世纪的前半个世纪里,建筑规范有些的规定。
区域化,同时出台并应用的规范一共有三种不同模式。甚至2预制混凝土的原则
这些规范在应用中所基于的原理都有些不同。在东部一些
预制的预应力的混凝土结构有些基本的特征,包括:提
地区,缺少某规定意味着该规定可以任意做。在西部,缺少高质量和经济。这些基本的特征如下
某规定意味着该规定被禁止。因为在西部地震遇到的频繁
顶制混凝土建筑主要来源于生产而不是现场施工。在
些,人们广泛都有风险意识。在需要抗態设计的地方,地震工厂中做的这些构件有很高的效率、很好的质量和安全性
区预制混凝土的规定参考现浇混凝土的规定。这种方法就
预制结构需要的工作都是远离施工现场。从现场减少
?偕鉴效仿
所提供的原材料和部件可以看出。加工的效率可以通过在
在地震不频繁地带,侧向力通常由风荷载来控制。除制作过程中和生产出的成品的重复循环中得到提高。模数
了在沿海地区有像飓风那样的强风,设计中考虑风力的需化施工提高了重复性。结构体系根据结构性能、生产能力以
求相对较低。因为混凝土的自重,雄叠在一起的预制构件及运输条件确定标准化尺す
有足够的重量去抵抗风力,从而并不需要额外的机械连接
结构体系标准化不仅提高一个项目的效率,也提高了多
来提供外力。因为这个事实和某些允许应用的建筑规范,个项目的效率。在所有阶段的设计、加工和吊装,简单是最
些早期的预制结构从底到顶的竖向连接很少,约束也重要的。减少不必要的步骤和特征,从而得到成功的结果。
很少。
有一些方法可以促迸简单化:简支静定的水平构件减少出错
在20世纪90年代初期,美国联邦政府硬性规定保证在的机会。需要提供必要的抗侧向力的系统构件,但不要太
进行结构建设考虑抗震设计的要求必须在全国实施起来。多。采用标准构造的整体性连接方法,为解决由于经济原因
建筑规范于1994年修订以适应最低抗巖要求,最低也要满带来不可避免的变化,需要考虑充足的尺寸。限制现场集中
足 NEHRP的要求。在早期预制结构几平被忽略的抗震规施工,除了在工厂加工不能完成的时候。有很多可以提高效
范中,直接加入了有关预制结构的新提议。但是直到2002率、经济和安全性的方法和措施,主要取决于现场的需要和
年,这些规定才被采用到混凝土规范
18中
环境
与此同时,地区性规范也加入有关提高抗震的规定。官3抗緩设计的原则和在预制结构中的应用
方正努力将这些规范融合在一起形成统一的国家标准。
地震所引起的地面运动是结构设计里唯一的挑战。在
2000年,从先前分开的规范组中形成了一个组织,他们发布地震中建筑物必须抵抗的力直接来自于提供力的地面运动
了一个按照1997年 NEHRP规定的加强考虑地震因素统
所引起的扭曲。结构地震反应的大小、内力的分布位移的多
规范。并且这部统一的包含严格抗震要求的建筑规范,西部少除了与运动的激烈程度有关外,还与建筑物的性质和基础
海岸地区先前一直沿用。该规范将时间跨度2500年的地震的类型有关。地面运动不会产生静荷载,但是取决于结构的
风险作为设计基础。在该统一规范出台后,分别与2003年惯性和动力反应。在耐久性上看,这种作用时间是短暂的,
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预制预应力混疑土结构的抗震设计
第3期
但是幅度是巨大的。当结构对于地面运动为弹性变形时,最些墙将被应用在低地震区内。被定义为抗虔等级高的建筑
后的加速度可能是最大地面加速度的好几倍。所以大多数中,剪力墙必须是高等设防的。如果这样的话,荷载标准将
建筑不帯按弹性理论设计。
不会区分整体浇注墙和预制墙。混凝土规范中要求,预制的
除了不能对运动产生弹性变形外,结构应该在一个可墙体除满足整体浇注墙体的构造设计外,还要满足应用在中
以预测和控制的屈服状态下和消耗能量的情况下承受大的等设防剪力墙上的延性构造设计。对这些墙体包括边缘构
变形。这要求通过构造保证延性。美国的建筑规范要求按件的构造设计是用加密的约東箍筋进行的,这些钢筋是用来
规定的地震力所对应的构造等级进行设计。对规范的要求防止在周期荷载下结构发生屈服后纵筋发生屈服的。对于
进行了简化,而不需要为达到抗震等级进行详细的设计、没有仿照整体现浇的剪力墙的特殊设防的预制混礙土剪力
分析。
墙,在 ACI ITG-5.1中有一种可以使用的用无粘结后张预
大多数结构用与等效侧向力方法进行设计。这种方应力筋连接的墙体,这个规范是基于对墙体测试后而定的
法主要依靠三种地震参数来实现这种可接受的水平的性标准。
能。这些参数包括反应修正系数R,变形增大系数C。,体
对于有抗弯的框架来说,ASCE7荷载标准没有在预制
系超额系数D2n。抗地震力体系的最初设计是基于所期望框架和整体现浇框架上做一个明显区分,而是基于非弹性性
的被反应修正系数的2/3消减的最大地震加速度进行质的构造设计等级分配了一些抗震参数。在ACI318混凝土
的,从而保证了建筑的自然周期和规定构造所提供的延规范的定义中,对于这些框架和节点的构造设计的定义有合
性。这种水平的力与生命安全是联系在一起的,就是说,适的需求。普通框架的要求只是符合没有抗震要求的规范,
存在一些毁坏的构件但是离部分或者全部倒塌还是有
不包括最新的规范为保持普通框架底部钢筋的连续性布置
定距离的。防倒塌应留有足够的储备,保证在最大的地的新的要求。这些框架被分配了一个为3的反应修正系数。
震作用下不会倒塌。
ACI318把一个中等设防抗弯的框架定义为现浇的混凝
对于钢筋混凝土来说,规范中的抗震设计参数并没有描土框架,这榀框架符合提供更高延性的特别要求。他们分配
述。他们被列在 ASCEO5的设计荷载标准中,这个标准是建了一个反应修正系数5。尽管对于预制体系不被承认,中等
筑规范的初步的参考资料。在ASCE7中,预制混凝士体系
设防框架可能通过严格模仿相似的现浇体系而被发展。因
最近已经和整体现浇混凝士体系分开了。并且最为混凝土为这需要本质的作为整体按构造设计的框架,为