抗震论文

中国农业大学 课程论文 （2015学年秋季学期）

论文题目： 课程名称： 任课教师： 班 级： 学 号： 姓 名：

地震对建筑的影响

成绩 董云 （中国农业大学水利与土木工程学院土木工专业） 摘要：本文主要阐述的是高层建筑物的悬挂框架、填充墙结构、钢筋混凝土结构楼梯、预制装配式剪力墙结构、地下结构对抗震性能的影响，以及对这些建筑结构影响抗震性能的总结和评价。 关键字：抗震、悬挂结构、填充墙、剪力墙、地下结构

一、引言 在我国地震灾害连连不断，造成了很大的损失，就是因为我国是世界上多地震国家之一；从1976-1996年我国大陆发生的八次较大的地震来看，具有强度大、频度高、震源浅的特点。从地震构造上看，都是断裂剧烈活动的地区。近十年来，我国地震活动较频繁，因而城市抗震防灾尤为重要。目前，我国城市建筑在延性抗震和减隔震方面极为不足，常常是因为项目工程建设期短，又没有抗震规程约束，要求设计完全满足延性抗震或具有减、隔震措施的结构是非常困难，甚至是不可能的。随着我国经济迅速发展，对于建筑抗震来说，国内外地震工程专家已逐步认识到，加强结构的抗震能力，不能单纯去提高它的强度抗震能力，而是要提高钢筋混凝土结构的延性或采用减、隔震措施。[1]

二、高层建筑的悬挂框架对抗震性能的影响 采用悬挂结构的目的是创造大空间和减振。然而悬挂体系的优势很明显，但悬挂部分本身无法提供侧向刚度，采用悬挂结构的高层、超高层建筑必须合理确定抗侧力体系问题。显然，将悬挂结构体系与新型高效抗侧力体系有机结合起来形成既易满足建筑功能要求，又能获得良好的结构性能和综合经济效益的高层、超高层建筑结构新体系，建立和完善其分析理论和设计方法具有重大的理论意义和现实意义。受力结构是悬挂体系是采用吊杆将各层楼盖分段悬挂在主构架上，结构体系明显地分为主体部分和悬挂部分。主体部分承担全部侧向力和竖向荷载，并将其传至基础。在不同的地震力作用下，产生不同的结果；如果分别按非悬挂体系(相当楼层质量加在柱上)，不计悬挂质量和按空间悬挂楼板模型三种情况计算，在水平地震波作用下的结构反应，表明结构在两个方向地震反应特征和大小基本一致，表明设计在两个方向结构特征接近，是合理的。按空间悬挂楼层计算的结构反应较不计悬挂楼层影响的结构反应要小，具有明显的减震效果，悬挂楼层的减震作用有一定的滞后，在前几秒减震作用不明显，但当地震作用5 秒后，悬挂楼层具有明显的削峰作用，位移、加速度峰值分别减少了。由此可见，对于悬挂楼层结构体系的抗震分析，将悬挂楼层质量忽略不计的处理是偏保守的。由结果对比可见，悬挂楼层设计方案较非悬挂体系的地震反应显著减小，速度和加速度也明显减小。因而悬挂楼层减震作用是显而易见的。[2]

三、高层建筑的填充墙结构对抗震的影响 框架填充墙结构由于其建筑布置的灵活性被广泛应用于办公楼、商业建筑及住宅中，填充墙用来分隔房屋。研究和设计中常将填充墙作为非结构构件处理，而忽略填充墙对框架主体结构抗震性能的影响。实际上在地震作用下填充墙与框架是共同工作的，填充墙的存在不仅改变了结构体系的刚度、强度及其分布，还对主体结构构件的局部约束条件产生不利影响。经过若干框架结构弹性及非弹性地震反应分析，对比了考虑填充墙与不考虑填充墙时的结构动力性能及抗震能力。我们应该从以下考虑：(1)非柔性连接填充墙对结构刚度贡献在多数情况下是不容忽略的，仅按现行规范对结构周期进行折减是不够的，且规范折减系数统一取为0。6～0。7不够全面，可按不同填充墙数量的结构取相应的系数；(2)非柔性连接填充墙不仅提供了刚度，还改变了结构构件的约束条件，其对结构的影响主要体现在：1)减小结构周期，一定程度上增大地震力；2)改变了结构刚度分布，竖向刚度分布的不均匀可能导致薄弱层的发生，平面刚度分布的不对称则可能加剧结构扭转效应；沿高度和平面均匀分布的填充墙对结构抗震性能总体上是有利的；3)非均匀分布填充墙甚至可能改变结构的破坏模式和薄弱部位，使设计预期的破坏模式不能实现；4)改变了所连接竖向抗侧力构件的约束条件，使构件的非线性性能发生变化，层高范围内局部设置填充墙(如门窗洞口)造成短柱破坏即为典型实例；5)有可能改变框架柱的受力模式，使上下柱端承受明显的附加剪力，且增大柱的轴力。(3)在框架结构设计中尽可能使计算模型和实际情况相符是正确处理填充墙影响的关键问题。为此建议：1)将填充墙作为第一道防线进行抗震设计是一个可取的设计思路，但应注意控制其破坏程度和可维修程度；2)在结构动力特性分析、规则程度划分及刚度控制等设计环节，应考虑填充墙的刚度(线性和非线性)贡献；3)不考虑填充墙刚度贡献时应采用柔性连接或其他方式；4)应避免随意、大规模增拆填充墙，必要时须通过设计部门和物业管理部门共同审批决定增拆方案。[3] 四、高层建筑楼梯钢筋混凝土结构对抗震的影响 传统建筑结构抗震设计中，在进行结构整体抗震分析计算时一般不考虑楼梯对结构整体性能的影响，楼梯单独设计，也不进行地震作用分析。然而，楼梯是整体结构的一部分，必然会对结构整体动力性能产生影响，结构整体动力性能的改变也不可避免地会对楼梯的安全造成影响。因此，结构整体抗震分析计算时不考虑楼梯对结构整体性能的影响，可能导致在地震发生时结构整体和楼梯(间)都遭到严重破坏。主要表现在：楼梯对结构双向抗侧刚度均有明显的贡献，顺梯段板布置方向起到类似支撑作用，垂直梯段板方向起到类似剪力墙的作用，并且在垂直于楼梯梯段方向结构侧刚的增强较顺梯段方向显著。楼梯参与结构整体计算可能会使原以平动为主的结构出现较大扭转现象。建议设计中对楼梯的布置数量、方向和位置除考虑建筑使用外，还应注意到楼梯对结构地震反应的显著影响，结合结构计算加以调整。楼梯参与结构整体计算时，楼梯本身及梯间柱内力受结构整体性能的变化影响较大，设计时应充分考虑，对楼梯间整体进行科学的抗震设计，保证楼梯间作为地震发生初期人员主要疏散通道的安全。分析显示模型中，楼梯在使结构抗侧刚度获得一定程度增强、降低了结构侧向位移的同时，又没有出现象模型中楼层刚度剧増、梯间框架柱剪力突变等情况，并且在设计和施工中实现楼梯中间平台与框架柱脱开也比较容易，是一种可行的方式。分析底部剪力法与振型分解反应谱法在计算所在方向反映规律基本一致，但具体如最大层间位移角所处楼层等仍有差异，同时鉴于底部剪力法仅考虑了所在方向的第一平动振型，并且不能反映结构动力特性改变(如扭转振动加强)与地震动特性之间的动力关系等因素，根据不同结构采用不同分析方法的规定，建议抗震设计时对包含楼梯的结构使用振型分解反应谱法而不宜采用底部剪力法进行地震作用和效应计算分析，以避免给出错误设计信息。鉴于地震作用及结构响应的复杂性以及计算软件的局限性，今后还需开展对包含楼梯的钢筋混凝土框架结构地震反应的试验研究工作，以便更加客观、全面揭示楼梯对结构抗震性能的影响机理。[4]

五、高层建筑的预制装配式剪力墙结构对抗震的影响 预制混凝土剪力墙单元通过局部现浇、主要墙体竖向钢筋预留金属波纹管浆锚连接以及梁、板叠合现浇，形成整体的新型预制装配式剪力墙结构是适应我国国情的一种住宅结构形式。试验表明：试件较现浇试件承载力、位移延性均得到一定的提高，刚度和耗能能力基本接近，表现出与现浇试件相当的抗震性能!虽用钢量由于使用连接钢筋有所提高，但相对于性能的提高该比例不大；综合分析 看来，预制装配式剪力墙结构具有良好的经济性。结合采用单调加载下的荷载位移曲线来近似评价节点在低周反复荷载作用下的受力性能，该方法具有可行性和可操作性，可用来评价节点的抗震能力。通过试验及有限元分析，采用延性较高的热轧钢筋，连接钢筋长度取为伸入墙内、伸入梁内 ，可保证 节点的承载力以及抗震性能。节点具有与现浇节点相当的抗震能力，通过进一步节点构造优化，例如连接钢筋可采用弯钩锚固以及采用节点区局部预应力压接，改善节点连接钢筋锚固、开裂、延性以及变形恢复性能，其抗震性能完全可以进一步提高，值得深入研究和推广应用。[5]

六、高层建筑物的地下结构对抗震的影响研究展望

如今地下结构已经在水利水电、交通、通讯及国防工程等多领域得到了广泛的应用，地下结构在地震时的安全对于保障人民生命财产以及城市生活的正常运行有着极为重要的作用。与大量的地面结构震害相比，地下结构震害资料相对较少，导致一段时间以来，人们普遍认为地下结构具有较好的抗震性能，未对地下结构抗震研究给予足够重视。在地下结构设计时，设计人员往往只是盲目地照搬地面结构的抗震设计方法。下面是几种研究策略：[6] (1)本构模型的研究是数值模拟分析方法的核心，地震循环荷载作用下，地下结构的动力本构模型，周围土体的动力本构模型以及土与地下结构接触面本构模型的研究需要进一步深入，使其能更加准确的描述地震荷载作用下地下结构与周围土体系统的动力反应。 (2)现有的数值计算中，多采用一致地震动输入方式，不考虑地震动的空间变化，但这种方法仅适合于一般小型的地下结构，对于地铁车站等大型地下结构类型已不再适用。因此，能综合考虑部分相干效应、波的衰减效应以及局部场地效应等非一致因素的影响，从而实现非一致地震动输入是必要的。 (3)能考虑多种复杂因素影响的高精度的地下结构抗震性能研究方法对于再现地下结构的动力反应，认识地下结构动力反应规律有着重要意义。此外，发展简单方便、容易被工程技术人员接受的实用抗震分析方法也是重要的。[7]

References: [1]. 范立础与王志强, 我国桥梁隔震技术的应用. 振动工程学报, 1999(02): 第26-34页. [2]. 王肇民, 邓洪洲与董军, 高层巨型框架悬挂结构体系抗震性能研究. 建筑结构学报, 1999(01): 第23-30页. [3]. 李英民等, 填充墙对框架结构抗震性能的影响. 地震工程与工程振动, 2009(03): 第