当前建筑结构抗震设计分析要点

当前建筑结构抗震设计分析要点
当前建筑结构抗震设计分析要点

当前建筑结构抗震设计分析要点

人类面临的灾害当中,地震灾害的影响是比较大的,因为它有很强的突发性。目前尚且无法对其进行准确的预报,强烈的地震会带来巨大的人身伤害和财产损失。因此,建筑结构的抗震设计显得尤为重要,要求当前结构工程设计人员熟练掌握和正确运用建筑结构的抗震设计分析要点,设计出符合抗震性能要求的建筑结构,并采取有效抗震措施从而进一步避免地震带给人类的灾害。

标签:结构抗震设计;分析要点;抗震性能要求

引言

随着经济的发展,城市化进度的加快,建筑工程也逐渐增多。从当前的实际情况来看,由于我国地质条件的复杂性,建筑工程施工存在一定的困难性。为了保障工程的質量,就要对建筑工程的地质条件进行精准的分析,采用科学有效的方法进行抗震设计的分析,使建筑物的抗震性能得到真正的提高,进而使建筑的稳定性和可靠性得到保障。

1.选择合适的场地

建筑的抗震设计中,最重要的一点就是要选择好建筑的场地。建筑物在地震中受破坏的程度与地质情况直接相关,地质情况不同,破坏程度也是不一样的,所以必须选择合适的场地进行施工,这样才能最大程度地减轻地震对建筑物的破坏。在建筑场地选择的过程中,要综合考虑实际的地震活动状况,对地质情况做合理的调查,得出准确的数字,并且以此项调查为前提和基础,对所选的场地做全面的、细致的分析与评价,做好所选地段的抗震设计等级的评估工作。通过评估,尽可能的回避那些受地震影响较为严重的场地,像容易液化的土质、软弱土质、较高的又相对孤立的山丘地带、非岩质陡坡以及边坡边缘等地段;而对于无法规避的场地,要考虑地震作用时地基不均匀沉降或其他不利影响,并采取合理的抗震加强措施,比如可结合加强基础与上部结构的方法进行。总体来说,在进行建筑场地选取的过程中,岩石或者是基土密度较高的土质是最适合进行抗震设计的,尽可能的规避软性地基土,这样对建筑物的抗震性能的提高使非常有利的。

2.抗震建筑结构相关材料的选择

建筑结构材料质量的高低,直接决定着地震灾害发生时建筑物的安全性。钢筋的韧性相较于别的材料来说,韧性更高一些,因此比较适合使用到抗震设计的建筑当中,如果钢筋的受力主要来自于纵向力的话,则要对钢筋进行热轧处理,主要有HRB335级和HRB400级以及强度更高的高性能钢筋;对于箍筋,则是以HRB335,HRB400级热轧钢筋为佳。在建筑结构材料中,其抗震性能是必须考虑的因素,同时要将建筑成本与抗震性能的最佳平衡点找准,尽可能的用最低的成本投入获得最佳的抗震效果。

《建筑结构抗震设计》课后习题全解(王社良版)

第一章绪论 1.1地震按其成因分为哪几种类型?按其震源的深浅又分为哪几种类型? 构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。深浅:构造地震可分为浅源地震(d<60km)、中源地震(60 –300km),深源地震(>300km) 1.2什么是地震波?地震波包含了哪几种波?各种地震波各自的传播特点是什么?对地面和建筑物的影响如何? 地震波:地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。是一种弹性波,分为体波(地球内部传播)、面波(地球表面传播)。 体波:分为纵波(p波):在传播过程中,其介质质点的振动方向与波的前进方向一致。特点是:周期短,振幅小;影响:它使地面发生上下振动,破坏性较弱。横波(s波):在传播过程中,其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。特点是:周期长,振幅大。影响:它使地面发生前后、左右抖动,破坏性较强,。 面波:分为洛夫波(L波):传播时将质点在与波前进方向相垂直的水平方向上作蛇形运动。影响:其波长大、振幅强,只能沿地表面传播,是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 地震波的传播速度:纵波>横波>面波 横波、面波:地面震动猛烈、破坏作用大。 地震波在传播过程中能量衰减:地面振动减弱、破坏作用逐渐减轻。 地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地震发生时,震源区的介质发生急速的破裂和运动,这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性,这种波动就向地球内部及表层各处传播开去,形成了连续介质中的弹性波。 1.3什么地震震级?什么是地震烈度和基本烈度?什么是抗震设防烈度? 地震震级:表示地震本身强度或大小的一种度量指标。地震烈度:指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。基本烈度:在一定时期内(一般指50年),某地区可能遭遇到的超越某一概率的最大地震烈度。抗震设防烈度:就是指指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。 1.4什么是多遇地震和罕遇地震? 多遇地震一般指小震,50年可能遭遇的超越概率为63%的地震烈度值。 罕遇地震一般指大震,50年超越概率2%~3%的地震烈度。 1.5什么是地震、地震作用、震源、震中距、烈度、震级、震中? 地震:指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。 震源:地球内部断层错动并辐射地震波的部位。 震中距:地面某处至震中的水平距离。 震中:震源在地面上的投影点。 震级:表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度。它以地震释放的能量为尺度,根据地震仪记录到的地震波确定。地震强度由震级和烈度来反映。 地震烈度:某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度,是衡量地震后引起后果的一种标度。 地震烈度与震级:一次地震,表示地震大小的震级只有一个 由于同一次地震对不同地点的影响不一样,随着距离震中的远近会出现多种不同的烈度。 地震作用:地震引起的作用于建筑物上的动荷载。

高层混凝土住宅建筑抗震结构设计研究

高层混凝土住宅建筑抗震结构设计研究 摘要:在现代城市化发展进程日益推进的带动下,建筑事业实现了高效的发展。在众多的建筑工程项目中,要属高层建筑项目增长的速度最快。近几年,高层建 筑项目犹如雨后春笋一般,实现了持续性的增长。在一定程度上,促进了人们生 活品质的升级发展。同时,人们对高层混凝土建筑的质量问题关注度也日益提升,尤其是在目前地震频发的社会环境下,人们对高层混凝土建筑的抗震性要求逐渐 提高。因而,对于我国的建筑事业来说,提高对高层混凝土建筑抗震结构的设计 水准成为了目前最为重要的现实任务。那么,为了更好的提升高层混凝土建筑抗 震结构的设计水准,就需要高层混凝土建筑的施工设计单位有效的把握具体的施 工设计原理,提高设计技术水平,切实的提升高层混凝土建筑的抗震性。从而满 足广大人民的现实要求,降低高层混凝土建筑受地质灾害影响发生坍塌等安全事 故的几率,保障建筑事业的稳步发展。 关键词:高层建筑;混凝土结构;抗震性能;设计 1 高层建筑抗震设计的作用 高层建筑设计过程中不能轻视抗震设计方面。对比普通建筑,高层建筑的构造、规模、具体构件都呈现出明显的不同。如果高层建筑设计、施工质量不达标,将造成难以挽回的损失。所以,设计环节必须注重设计标准满足国家及行业标准。抗震设计的结构延性、刚度最终决定高层建筑工程整体质量,必须重视高层建筑 中的抗震设计。 2 地震对高层混凝土住宅建筑的影响 地震对高层混凝土住宅建筑影响较大,具体表现为:第一,破坏建筑结构体系,以钢框架填墙结构而言,当地震发生后,建筑物内平面框架主体会被破坏, 并且在这一破坏力的作用下,窗口会出现短柱性破坏情况;第二,破坏建筑物刚度,以平面形状不对称结构为例,在地震发生后建筑物极易出现扭曲情况,并且 很多设计未对地基等情况进行综合分析,没有制定有效的设计方案;第三,破坏 建筑物地基,若建筑物所在场地存在软土层,则会出现土体液化情况,对高层建 筑物造成严重影响,出现下沉等问题,建筑物沉降问题严重,一旦发生地震,会 出现墙体裂缝情况。 3 高层混凝土建筑结构中抗震设计的主要机理 3.1 隔震 高层混凝土建筑结构隔震设计,主要是指在高层混凝土建筑的下部,设置相 应的隔震层。该隔震层在地震的作用力下,产生相应的水平变化,让地震的作用 力不会影响到上部的高层建筑。在一定程度上,它能够让高层混凝土建筑的上部 建筑物与地基之间的共振减少,吸收更多的振动能量作用。对于隔震的主要构件,分为三个部分。①铅制的缓冲性构件。该构件主要是利用纯度较高的铅材料,在经过塑性变形后制成的构件;②钢制的缓冲性构件。该构件主要是对钢材料进行塑性变形后制成的构件,能够起到衰减震动的效果;③叠层式橡胶,它是一种把钢板与厚度数为毫米的一些橡胶重叠交互接合,在压力与热的施加下制成的弹性 较高的构件。它能够防止地基出现共振情况,能够让高层混凝土建筑抗震结构保 持着垂直状态。 3.2 减震 在高层混凝土建筑结构的抗震设计中,减震主要的方式有三种。①消能减震。该减震方式主要是利用高层混凝土建筑结构的附加阻力值,当阻力值达到至高点

建筑结构抗震设计重点

1.地震波的传播速度,纵波最快(引起上下颠簸),横波次之(左右摇晃),面波最慢。 2.地震动:由地震波传播所引发的地面振动,通常称为地震动。 3.地震动的峰值(最大振幅)、频谱和持续时间,通常称为地震动的三要素。 4.地震震级是表示地震大小的一种度量。 5.地震烈度:是指某一区域内的地表和各类建筑物遭受一次地震影响的平均强弱程度。 6.表示地震大小的震级只有一个,但是会出现多种不同的地震烈度。 7.震中烈度=震级(M)减1后乘1.5 8.基本烈度:是指一个地区在一定时期内在一般场地条件下按一定概率可能遭遇到的最大地 震烈度。它是一个地区进行抗震设防的依据。 9.地震的破坏作用主要表现为三种形式:地表破坏、建筑物的破坏、次生灾害。 10.建筑抗震设计的基本准则:小震不坏、中震可修、大震不倒 11.基本烈度比多遇烈度约高1.55度,比罕遇烈度约低1度。小震50年内被超越的概率为63.2% 中震10% 大震2% 12.我国采取6度起设防的方针。 13.根据建筑物用途的重要性可将其分为四类:甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑、丁类建筑。 场地类别ⅠⅡⅢⅣ抗震等级1 2 3 4 14.建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求:概念设计(设计的基本原则)、抗震计算、构造 措施。 15.结构刚度有突然削弱的薄弱层,在地震中会造成变形集中;在结构上部刚度较小时,会形 成地震反应的“边梢效应”即变形在结构顶部集中的现象。 16.地震动的卓越周期:在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期。它在很大程度上取决 于场地的固有周期。 17.多层土的地震效应主要取决于三个因素:覆盖土层厚度、土层剪切波速、岩土阻抗比。前 两者主要影响地震动的频谱特性,后者主要影响共振放大效应。 18.覆盖层厚度:地下基岩或剪切波速大于500m/s的坚硬土层至地表面的距离。 19.场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度两个指标综合确定的。 20.在地震区,对饱和的淤泥和淤泥质土、冲填土和杂填土、不均匀地基土,不能不加处理地 直接用作建筑物的天然地基。遭遇地震时,极少有因地基强度不足或较大沉陷导致的上部结构破坏。 21.砂土液化或地基土液化:饱和松散的砂土或粉土,地震时易发生液化现象,使地基承载力 丧失或减弱,甚至喷水冒砂,这种现象称为砂土液化或地基土液化。 22.地基液化判别过程可以分为初步判别和标准贯入实验判别两大步骤。 23.结构地震反应:由地震引起的结构内力、变形、位移及结构运动速度与加速度等统称为结 构地震反应。它是一种动力反应,其大小与地面运动及结构动力特性有关。 24.结构地震反应是地震动通过结构惯性引起的,因此地震作用是间接作用,而不称为荷载。 25.结构动力计算简图的核心内容是结构质量的描述。描述方法有两种:连续化描述、集中化 描述。 26.地震(加速度)反应谱:为便于地震作用,将单自由度体系的地震最大绝对加速度反应与 其自振周期的关系。 27.震害的发生是由外部条件(地震动)和内在因素(结构特征)两方面原因促成的。 28.震害调查资料表明:随层数增多,房屋的破坏程度也随之加重,倒塌率随房屋的层数近似成正比增加。 29.当房屋的高宽比达时,地震时易于发生整体弯曲破坏。 30.抗震横墙的多少直接影响到房屋的空间刚度。横墙数量多、间距小,结构的空间刚度就大,抗震性能就好;反之,结构抗震性能就差。 31.结构抗震构造措施的主要目的在于加强结构的整体性、保证抗震设计目标的实现、弥补抗

浅析高层建筑结构设计的中震设计概念

浅析高层建筑结构设计的中震设计概念 发表时间:2016-06-27T14:51:54.553Z 来源:《基层建设》2016年5期作者:隆凡梅 [导读] 本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作,并提出一些个人见解以供参考。 摘要:对于普通建筑物的结构抗震设计,目前我国是以小震为设计基础,中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的。但是对于较重要的、超高的、超限的建筑物则需要进行中震和大震的抗震计算。本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作,并提出一些个人见解以供参考。 关键词:中震设计概念;地震影响系数;荷载 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001 2008年版)(下简称《抗规》)中对中震设计仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标,但没有给出中震设计的设计要求和判断标准。 首先我们了解一下现行《抗规》存在几个问题: 1规范未对结构存在的薄弱构件进行分析并作出专门的设计规定,仅对框架类剪切型结构适用的薄弱层作了一些规定; 2在中震作用下,规范仅提出“中震可修”的概念设计要求,没有具体的抗震设计方法; 3“中震可修”的技术经济问题:可修的标准决定工程????造价、破坏损失、震后修复费用。 随着时代的进步,现在的建筑物体型复杂,结构新颖,超高超限越来越多,因此要求对结构进行中震的设计也越来越多。 2 中震设计 2.1 为何要进行中震设计呢? 《抗规》条文说明1.0.1条指出,对大多数结构,可只进行第一阶段设计(即小震下的弹性计算),而通过概念设计和抗震构造措施来实现“中震可修和大震不倒”的设计要求,但前提是建筑物的体型常规、合理,经验上一般能满足大中震的抗震要求。反之对于一些体型很不好的甚至超限的建筑物,在大震下的结构反应和小震完全不同,不进行相应的中震和大震计算是没法保证结构安全的。 为达到各阶段抗震要求,须对于上述体型异常、刚度变化大、超高超限等类型建筑物进行中震抗震设计,其余类型建筑物建议可按中震抗震进行验算。 2.2 中震设计的基本概念 抗震设计要达到的目标是在不同频数和强度的地震时,要求建筑物具有不同的抵抗能力。中震设计就是为了使建筑物满足该地区的基本设防烈度,即能够抵抗50年限期内可能遭遇超越概率为10%的地震烈度。 中震设计和大震设计都可称为性能设计。基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展,它的特点是使抗震设计从宏观性、规范指定的目标向具体量化的多重目标过渡,业主(设计者)可选择所需的性能目标,而不仅仅是按现行规范通过分项系数、内力调整系数、抗震构造措施等粗略、定性的手段来满足中震和大震的设防要求。针对本工程的结构特点,设定本结构的抗震性能目标。对超限结构而言,利用这些指标能更合理地判断整体结构在中震、大震作用下的性能表现,给超限设计提供可靠的判断依据。 2.3 中震设计的分类 中震设计就是结构在地震影响系数按小震的2.875倍(αmax=0.23)取值下进行验算。目前工程界对于结构的中震设计有两种方法,第一种按照中震弹性设计,第二种是按照中震不屈服设计。 首先明确一点,中震弹性和中震不屈服是两个完全不同的概念,两者所采用的设计方法与设防目的均不相同。中震弹性设计,设计中取消《抗规》要求的各项地震组合内力调整系数,保留材料、荷载等分项系数,对应地保留了结构的安全度和可靠度,结构仍属于弹性阶段,属正常设计。中震不屈服设计,设计中除了地震内力不作调整,同时也取消了材料、荷载等分项系数,对应地不考虑结构的安全度和可靠度,结构已经处于弹塑性阶段,属承载力极限状态设计,是一种基于性能的设计方法。由此可见,中震弹性设计接近于平常的小震弹性设计,而中震不屈服设计则与大震设计同属于基于性能的设计。 3 基本方法及应用 根据中震设计的分类,以下分别阐述中震弹性及中震不屈服的具体设计方法,介绍如何在satwe、etabs、midas等软件中实现中震设计。 3.1 中震不屈服设计 3.3.1 不同抗震烈度下的各级屈服控制 若场地安评报告提供实际的地震影响系数,则应取用所提供的多遇地震、设防烈度地震下相应的地震影响系数,屈服判别地震作用1、2 的地震影响系数可相应插值求得。 3.3.2 SAWTE计算:地震信息中抗震等级均为四级;αmax按表3取值;总信息中风荷载不参加计算;勾选地震信息中的按中震(或大震)不屈服做结构设计选项;其它设计参数的定义均同小震设计。 3.3.3 MIDAS/Gen计算:主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→定义抗震等级:四级;主菜单→荷载→反应谱分析数据→反应谱函数:定义中震反应谱,在相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可,β值按表3计算所得;总信息中风荷载不参加计算;主菜单→结果→荷载组合:将各项荷载组合中的地震作用分项系数取为1.0;主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→材料分项系数:将材料分项系数取为1.0;其它同小震。 3.3.4 ETABS计算:选项→首选项→混凝土框架设计→定义抗震设计等级:四级;定义→反应谱函数→Add Chinese 2002 Spectrum→定义中震反应谱,地震影响系数最大值αmax取值,其余参数按《抗规》;静荷载工况中不定义风荷载作用;定义→荷载组合→各项荷载比例系数均取为荷载分项系数1.0x荷载组合系数φ;定义→材料属性→填写各材料的强度标准值其它同小震。 4 工程算例 4.1 示范算例 4.1.1 基本参数:二十二层框支剪力墙结构,三层楼面转换,无地下室,首、二层4.5米,标准层3.5米,总高79m。结构平面布置如图一所示。结构高宽比3.76,长宽比1.22;抗震参数,7 度,第一组,0.10g;场地II类;风荷载100年一遇为0.9kN/㎡。

建筑结构抗震设计(第三版)习题解答1-5章

第一章的习题答案 1.震级是衡量一次地震强弱程度(即所释放能量的大小)的指标。地震烈 度是衡量一次地震时某地区地面震动强弱程度的尺度。震级大时,烈度就高;但某地区地震烈度同时还受震中距和地质条件的影响。 2.参见教材第10面。 3.大烈度地震是小概率事件,小烈度地震发生概率较高,可根据地震烈度 的超越概率确定小、中、大烈度地震;由统计关系:小震烈度=基本烈度-1.55度;大震烈度=基本烈度+1.00度。 4.概念设计为结构抗震设计提出应注意的基本原则,具有指导性的意义; 抗震计算为结构或构件达到抗震目的提供具体数据和要求;构造措施从结构的整体性、锚固连接等方面保证抗震计算结果的有效性以及弥补部分情况无法进行正确、简洁计算的缺陷。 5.结构延性好意味可容许结构产生一定的弹塑性变形,通过结构一定程度 的弹塑性变形耗散地震能量,从而减小截面尺寸,降低造价;同时可避免产生结构的倒塌。 第二章的习题答案 1.地震波中与土层固有周期相一致或相近的波传至地面时,其振幅被放 大;与土层固有周期相差较大的波传至地面时,其振幅被衰减甚至完全过滤掉了。因此土层固有周期与地震动的卓越周期相近, 2.考虑材料的动力下的承载力大于静力下的承载力;材料在地震下地基承 载力的安全储备可低于一般情况下的安全储备,因此地基的抗震承载力高于静力承载力。 3.土层的地质年代;土体中的粘粒含量;地下水位;上覆非液化土层厚度; 地震的烈度和作用时间。 4.a 中软场地上的建筑物抗震性能比中硬场地上的建筑物抗震性能要差 (建筑物条件均同)。 b. 粉土中粘粒含量百分率愈大,则愈容易液化. c.液化指数越小,地震时地面喷水冒砂现象越轻微。 d.地基的抗震承载力为承受竖向荷载的能力。

关于对建筑结构抗震设计分析84

关于对建筑结构抗震设计分析 摘要:我国是地震多发国,破坏性地震造成建筑结构、桥梁结构的损坏,人员 的伤亡及经济损失都是巨大的。随着社会的不断向前发展,各门学科的交叉发展,使得隔震、消能减震等抗震技术的运用走上一个新的阶段。任何结构所受的载荷 都具有不同程度的动载荷性质,有不少结构主要在振动环境下工作。通过对隔震 装置的动力学分析,发现自振振动在结构的地震反应中经常占有主导地位,不能 够忽略。建筑结构抗震设计中的概念设计是对建筑抗震设计的宏观控制。本文根 据地震的特点,从建筑物的场地选择、平立面形式、结构布置、延性等方面论述 了建筑结构设计中概念设计的内容。 关键词:建筑结构;抗震;设计 一、建筑结构抗震概念设计概述 我国结构计算理论经历了经验估算、容许应力法、破损阶段计算、极限状态 计算,到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。现行的《建筑结构可靠度设 计统一标准》(GB50068-2001)则采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则,以使建筑结构的设计得以符合技术先进、经济合理、安全适用的原则。概率 极限状态设计法更科学、更合理,但该法在运算过程中还带有一定程度近似,只 能视作近似概率法,并且仅凭极限状态设计也很难估算建筑物的真正承载力。事 实上,建筑物是一个空间结构,各种构件以相当复杂的方式共同工作,并非是脱 离结构体系的单独构件。 地震具有随机性、不确定性和复杂性,要准确预测建筑物所遭遇地震的特性 和参数,目前是很难做到的。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统,在遭受地 震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面,由于未能充分考 虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,也存在着不 确定性。因此,结构工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决。应立足于工程 抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念,从“概念设计”的角 度着眼于结构的总体地震反应,按照结构的破坏过程,灵活运用抗震设计准则, 全面合理地解决结构设计中的基本问题,既注意总体布置上的大原则,又顾及到 关键部位的细节构造,从根本上提高结构的抗震能力。 二、抗震概念设计的基本原则与要求 1.选择有利场地。 造成建筑物震害的原因是多方面的,场地条件是其中之一。由于场地因素引 起的震害往往特别严重,而且有些情况仅仅依靠工程措施来弥补是很困难的。因此,选择工程场址时,应进行详细勘察,搞清地形、地质情况,挑选对建筑抗震 有利的地段,尽可能避开对建筑抗震不利的地段,任何情况下均不得在抗震危险 地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。 对建筑抗震有利的地段,一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均 匀中硬场地土。建造于这类场地上的建筑一般不会发生由于地基失效导致的震害,从而可从根本上减轻地震对建筑物的影响。对建筑抗震不利的地段,就地形而言,一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非 岩质的陡坡、河岸和边坡的边缘;就场地土质而言,一般是指软弱土、易液化土、故河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖半填地基等,以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。 2.采用合理的建筑平立面。

建筑结构抗震设计的研究

建筑结构抗震设计的研究 发表时间:2018-09-18T16:24:34.330Z 来源:《基层建设》2018年第23期作者:张智民 [导读] 摘要:近年来我国地震频发,强烈的地震造成人身伤亡和财产的巨大损伤,所以建筑结构的抗震设计也越来越受人们所关注。 广州地铁集团有限公司 摘要:近年来我国地震频发,强烈的地震造成人身伤亡和财产的巨大损伤,所以建筑结构的抗震设计也越来越受人们所关注。目前,建筑结构抗震设计研究已成为土木工程行业中的研究前沿,随着近年来新型建筑材料不断涌现,在建筑结构设计方法与应用上出现了很多新思路,新方法,并在传统的抗震设计基础上引入了一些新理念,设计了很多刚度大、耗能能力强的结构体系和结构构件。本文就当前一些最新的研究作一些简述。 关键词:建筑结构;新型建筑材料;抗震设计;刚度;耗能 1 引言 建筑结构在地震作用下会产生振动,过大的结构振动现象不仅会影响到结构物的正常使用,还会造成主体结构的破坏、甚至倒塌。有时虽然主体结构未破坏,但由于建筑饰面、装修或非结构配件、室内昂贵仪器、设备的破坏而导致严重的损失。为了保护人类生命财产的安全,减轻地震灾害,全国地震工程科技人员致力于提高建筑抗震能力的研究,已经形成一套较为完整的抗震设计理论。这种抗震设计理论建立在传统抵御地震灾害思想的基础上,主要是通过增加结构本身的强度、刚度或延性的办法,使所设计的建筑达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目的。传统的抗震理论虽然在很多情况下非常有效,但仍然存在较大的局限性[1]。 2 结构抗震设计应注意的问题 2.1选择有利的抗震场地 选择对建筑抗震有利的场地。首先人们常常看到在具有不同工程地质条件的场地上,建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。地震造成建筑物的破坏,除地震动直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因。因此,应选择对建筑抗震有利的地段,应避开对抗震不利地段,如软弱场地土,易液化土,条件突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质陡坡、采空区、河岸和边坡边缘,场地土在平面分布上的成因、岩性、状态明显不均匀等地段;当无法避开时,应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。 2.2 抗震的建筑平面和立面布置的选择 (1)建筑形状力求简单规则,平立面不出现凹角的结构。体型简单和规则的建筑,受力性能明确,设计时容易分析结构在地震作用下的实际反应及其内力分析,且结构细部的构造也易于处理。所以这类结构遭遇地震后其震害相对都较轻。反之,建筑体型不规则,平面上曲出凹进,立面上高低错落。易于形成刚度和强度上的突变,引起应力集中或变形集中,也容易形成薄弱环节,往往造成比较严重的危害。 (2)建筑的平、立面刚度和质量分布力求对称。因为不对称结构由于地震作用引起的扭转作用十分明显,在设计时应采取加强措施;周边构件的强度和刚度不对称,布置时应在总体上减小刚度偏心,计算时要充分估计薄弱侧的较大位移及构件的内力和变形。 (3)建筑的质量和刚度变化要均匀。建筑的质量和刚度沿竖向分布往往是不均匀的。 2.3 合理的抗震结构体系选择 合理的抗震结构体系,首先应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、材料和施工等因素,结合技术、经济条件综合考虑抗震结构体系。其次,还应该设计多道抗震防线。避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力。一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接起来协同丁作。一般情况下,应优先选择不负担重力荷载的竖向支撑或填充墙,或选用轴压比不太大、延性较好的抗震墙等构件,作为第一道抗震防线的抗侧力构件。框架—抗震墙结构体系中的抗震墙、处于第一道防线,当抗震墙在一定强度的地震作用下遭受可允许的损坏,刚度降低而部分退出工作并吸收相当的地震能量后,框架部分起到第二道防线的作用。这种体系的设计既考虑到抗震墙承受大部分的地震力。对于强栓弱梁型的延性框架。另外,该抗震体系还要具备必要的强度,良好的变形能力和耗能能力以及合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位。最后,要选择合适的材料,减轻结构自重。 2.4 合理的建筑结构参数设计 结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形,因此,地震作用下,结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性,就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上参数设计是进行地震作用和房屋各构件的地震响应计算,包括各墙柱梁板承载力和变形计算。开始计算前,应根据高层结构的实际工作状况,建立正确的计算模型,根据概念设计做必要的简化计算与处理。 3结构构件的抗震优化设计 在结构延性设计中应保证结构关键构件的延性优于整个结构以保证结构的整体延性性能的要求,因此,在抗震设计中需要对一些延性要求高的部位的结构构件进行优化设计,以保证其良好的延性性能。以下是几种常用的构件的优化设计方案: 3.1框架梁塑性铰外移 传统钢筋混凝土框架梁的塑性铰出现在始于柱面的梁端。将塑性铰从柱面移开一定距离,可以避免梁端钢筋屈服,从而不仅可以避免钢筋屈服后向节点核心区发展,引起粘结破坏,还能改善核心区的性能。如图1所示

浅谈高层建筑抗震的现状及发展前景

浅谈高层建筑抗震的现状及发展前景 (中国矿业大学建筑工程学院土木11-5班马绪文) 摘要:对于一个高层结构的设计,遇到的问题可能错综复杂,只能具体问题具体分析。工程实践表明在高层结构的设计过程中,设计人员只有抗震概念清晰,构造措施得当,应用合适的结构分析软件三者有机结合才能取得比较理想的结果,在这个过程中抗震构造重于结构计算。本文对建筑抗震进行必要的理论分析,从而探索高层建筑的设计理念、方法,采取必要的抗震措施并简述其发展前景。 关键词:高层建筑;抗震;结构设计 现阶段,土与结构物共同工作理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善,如果可以在结构与地基的材料特性,动力响应,计算理论,稳定标准诸方面得到符合实际的发展,自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。 1 高层建筑抗震设计特点 第一,控制建筑物的侧移是重要的指标。在地震荷载作用下,建筑结构所产生的水平剪切力占主导地位,所以建筑物会产生明显的侧移,随建筑结构的高度不断曾加,结构的侧向位移迅速增大,但该变形要在一定限度之内,这样才能保证结构安全以及使用功能。 第二,地震荷载中的水平荷载是决定因素。水平荷载会使建筑物产生倾覆力矩,并且在结构的竖向构件中引起很大的轴力,这些都与建筑物高度的两次方成正比,故随建筑结构高度的曾加,水平载荷大相径庭。对高度一定的建筑物而言,竖向荷载基本上是不变的,但是随着建筑物的质量、刚度等动力特性的不同,水平地震荷载和风荷载的变化是比较大的。 第三,要重视建筑结构的延性设计。高层建筑结构随着高度增加,刚度减小,显得更柔,在地震荷载作用下变形较大。这就要求建筑结构要有足够的变形能力,使结构进入塑性变形阶段仍然安全,需要在结构构造上采取有利的措施,使得建筑结构具有足够的延性。 2 建筑抗震的理论分析 2.1 建筑结构抗震规范简介 建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁,不得,不许,不宜”等体现不同程度限制性和“必须,应该,宜于,可以”等体现不同程度灵活性的用词。 2.2 抗震设计的理论 拟静力理论:拟静力理论是20世纪10~40年代发展起来的一种理论,它在估计地震对结构的作用时,仅假定结构为刚性,地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于

建筑结构工程抗震设计要点及其作用探究

建筑结构工程抗震设计要点及其作用探究 摘要:地震对人类造成的危害往往是极为严峻的,不但会让建筑物倒塌,严重时也会造成大量人员的伤亡,对社会形成极为巨大的破坏力量,也会让社会受到极高的经济损失。面对大 自然带来的灾害,人们所做的任何应对措施都是杯水车薪,但是提前在灾害来临之前做到标 准的防护手段,对于一些灾害来说也是非常有必要的,而对于地震来说,如果能够全面持续 提升建筑物的抗震性能,那么就能在地震来临的时候避免更多的人员伤亡,基于此,本文主 要讨论了在建筑结构工程中的抗震性设计的重难点,以及抗震性设计能够为建筑物带来的优势。 关键词:建筑结构;抗震设计;作用;设计要点 1 引言 因为抗震性设计的特殊性和其自身所具备的优势,对于建筑物进行抗震性设计制造逐渐在建 筑领域被广泛重视起来。在对建筑物进行抗震性设计的时候,首先要考虑其各方面的设计要点,同时也要结合其在自然灾害中所产生的作用进行具体的分析,只有这样才能够真正的设 计出符合实际使用标准的,能让建筑物更加稳定的抗震结构。 2 抗震设计在建筑结构设计中的设计要点 2.1 体型设计要点 建筑体型在建筑设计中是必首先考虑的要点,主要包括了建筑的平面表现出来的形状及其主 体部分的空间形态。根据地震灾害发生过程中的情况可以发现,平面设计中如果出现任何不 平衡的特殊形状,那么在地震出现的时候很容易会受到破坏。相对而言设计形状更加具有秩 序的,边缘更加圆润的区域在遭遇地震的过程当中并不会受到太大的损害。而如果实在立体 的空间设计的比较突出的形状也很容易被破坏,特别是在建筑的整体力度因为外界的原因突 然出现转变的过程中,这一类形状是十分容易被破坏的。这就能够证明,在进行施工准备部 分的时候,设计师在设计图纸的时候尽量因该处于抗震的角度考虑,使用一些平面比较简单,空间比较明了的图形,同时也要使用对于地震的抵抗能力较高的形状进行建筑物的设计。一 般来说,因为建筑的本身存在一些不对称的地方,很容产生扭转反应现象出现的情况,因此 可以使用均匀分配的方法进行补救,有人就是把建筑刚度尽量均匀的分配,质量划分也可以 尽量平均,这样就可以尽量避免扭转反应现象的产生。为了能够让建筑体在遇到地震的时候 能够保持稳定,需要尽量避免出现容易影响建筑提醒稳定性的设计。 2.2 平面布置设计要点 建筑物的平面设计当中,平面布置是比较重要的部分,这一部分能够直接显示建筑物实际使 用的情况,以及在使用时的具体需要。一般来说是因为平面布置图可以将全部的建筑构图以 及空间使用和设备的区域等清楚的划分出来,而在后期施工和进行调整以及一些改变的时候,都是不能够缺少的部分。建筑里面的抗震功能需要对于建筑的整体进行合理的把握以及准确 的布局才能够实施,一般建筑工程无论是占地面积还是空间面积都极大,因此无法再相爱每 个部分都使用相同的建筑技術,这样很容易让抗震结构出现问题,无法产生理想的效果,同 时还很容易浪费资源,并且对之后的建筑产生更多不良的影响。一些建筑结构的内部有着很 高刚度的电梯装置被安装在平面的角落的情况。在地震的时候很容易造成安全隐患,这主要 是因为电梯井筒的自身所带的抗侧力度很大,地震作用力会被吸引。而也有很多建筑物的墙 体一侧多一侧少,刚度和质量都很难均匀的分布,结构不能均匀受力,因此局部墙面被破坏。还有一些建筑平面分布不符合标准,建筑物内部的隔离墙的排列出现明显的错位,甚至还有 中断的情况,这就很容易使得地震力度没有办法按照理想的要求传输,结构就会被破坏。布 置设计以及建筑抗震是有着极为密切的关系的,一般来说最基本的解决问题的方法就是,让 结构质量和刚度能够在其标准状态上,同时相互对称,比较统一,而且可以避免突然现象和

浅析建筑结构设计中的抗震设计

浅析建筑结构设计中的抗震设计 摘要:进入21世纪,在建筑设计中,抗震设计依然在建筑设计中占重要地位, 一个好的建筑设计必定会有与之相匹配的优秀抗震设计,因此,在工程建设当中,加强工程结构的抗震性设计是工程师在设计时主要考虑的问题之一。特别是近年 来我国的工程建设脚步逐渐加快,为了应付日益频繁的地震灾害,必须要使建筑 结构具有非常高的抗震能力,减少地震带来的损失。抗震性设计是工程结构设计 中的重要环节,抗震性设计要兼顾工程实际以及地震类型以使抗震效果得到最大 发挥。该文正是基于此,研究地震发生时的特质,分析工程结构设计中的关键要素,供同行参考。 关键词:建筑结构;抗震性;设计要点;应用 当下,在面对地震这样的自然灾害时,为了使人民群众的生命、财产在地震 的自然灾害中减少伤害损失,因此我们需要对抗震设计在建筑结构设计中的应用 进行探讨,进而增加其应用范围,最大限度的减少损失。地震会对工程结构产生 复杂的机理破坏,而工程抗震设计就是为了抵消地震对建筑物的不良作用,降低 建筑的受影响程度,即:“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计标准。在 工程结构的抗震设计上,不应将计算设计作为唯一方式,更主要的是将工程抗震 理念与实践经验相结合。解决抗震问题主要经过定性的实际现象、物理机制分析、变化过程研究以及总结特性规律和震后情况分析等方式来解决。这些理念共同组 成了抗震概念设计,即概念化设计,其主要研究结果如下。 1、我国目前工程结构抗震理论的问题 众所周知,从世界各国的建筑方式来看,普遍采用吸收消耗地震作用力为主 的插入式整体结构,但是对于工程结构抵抗地震作用力的受力设计与分析,则必 须从结构的整体来分析建筑的抗震性能。 随着建筑市场的蓬勃发展,超高层建筑的数量激增,这给建筑抗震工作带来了更 大的难度,对于这些不同种类的建筑,基础深度的差异主要对应于地震作用的强弱,建筑基础的深度与受地震影响的大小成正比,同时加上基础设施的多样化: 例如地铁、管道、电缆等地下设施都增加了地震场地的不稳定性。当前的抗震设 计没有考虑建筑本身的效果,忽略了建筑地基的地震场地效应衍生的种种问题。2、抗震概念的关键要素 因为近年来我国几次严重的地震灾害给受灾区域的经济、群众人身安全带来 严重打击,所以目前国内抗震技术也在不断地发展,其占工程结构设计的比重也 逐渐增加。因此根据地震的形态进行抗震设计非常具有必要性。其中需要注意的 有以下几点:第一,抗震概念设计要求工程结构的形态足够简练。当工程各构件 的受力情况清晰时,抗震设计的难度也会相应降低,同时保证了受力信息分析的 准确性。且简明的建筑结构也能降低建筑的受损害程度,避免了过多的结构薄弱点,从而保证了建筑的整体性,增强了建筑的抗震能力。第二,设计当中首先要 研究竖向力的均匀分布,要保证建筑横隔层上下部分比例的竖向收进尺寸的准确性,只有合理分析结构的竖向受力情况才能使分隔层平衡达标。洞口的开设要保 证整齐规则,确保建筑整体的刚度和强度得到加强,防止因为地震外力导致刚度 不稳定变化以及整体结构变形的情况出现。另外还应保证建筑的刚度和延性,这 需要相同高度的层面支柱与相关连接构件保持统一。刚度均匀分布和强化结构的 延性,使建筑具有更强的地震抵抗能力,同时保证填充墙的墙和柱不直接接触, 必要时可以设置防震缝。第三,建筑的基础设计是工程结构设计的核心工作,为

几种建筑结构抗震性能比较与分析

几种建筑结构抗震性能比较与分析 1.前言 地震是一种突发性的自然灾害,至今可预报性仍然很低。强烈地震发生时会使建筑物产生沿竖直和水平方向的加速度,给建筑局部构件以严重破坏,严重时甚至造成整体结构的倒塌,并造成人身和财产的巨大损失。由于建筑物依附在地球表面,建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方式影响。通常,地震对建筑物的破坏有三种方式:上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。多数时候,还是三种方式的复合作用。地震波传播方式有纵波、横波、面波,由于地球表层岩性的复杂性,传播过程中也会出现像激流中“漩涡”的复杂情况。 我国属地震多发国家,需要考虑抗震设防的地域辽阔。自五十年代开始,在国际抗震理论的推动下,我国逐渐形成了自己的抗震设防的特色。经过充分的研究和大量的实践,在2001年新修订的抗震设计规范(gb5001122001)中,建筑物的抗震能力较之前的规范可提高10 %以上,其技术含量达到国际先进水平。但是受经济实力的限制,我国建筑安全可靠度的设置仍低于欧美等发达国家。因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。 2.几种建筑结构的特点及抗震分析 目前,我国主要民用建筑的结构主要有三类:底框结构、砌体结构和混凝土结构 2.1底框结构

底框结构能够在建筑物底层形成大空间,是我国现阶段经济条件下特有的一种结构。这种结构多用于临街的住宅、办公楼等建筑在底层设置商店、饭店、邮局或银行等。这样,房屋的上面几层为纵横墙较多的砌体承重结构,而底层则因使用要求上需要大空间的原因采用框架结构形成了砖混底层框架结构。但这种结构形式在抗震性能方面却是不利的:上部砖混结构部分纵横墙较密,不仅重量大, 抗侧移刚度也大,而底框部分抗侧移刚度则较小,形成“上刚下柔” 的结构体系。地震位移反应相对集中于底层,引起底层的严重破坏,从而危及整个房屋的安全。 底框结构建筑因其在使用上的方便性和灵活性而被广泛采用,但是从抗震角度来看它是一种不合理的结构形式。这类结构的体系亦较混乱,由于经济原因,大多尽可能少用混凝土框架,导致框架和砌体承重墙抗侧力构件的承载力和变形能力很不协调,平面抗侧刚度极不均匀心。这类结构的震害现象主要表现为底部框架由于变形集中而破坏,或上部砌体结构破坏。其具体表现为: 1.由于刚度突变,底框和上部砖混的结合处成为底框结构的薄弱环节。底框结构刚度大,上部砖混结构破坏;砖混结构刚度大,底框结构破坏。 2.在底框结构建筑中,如果底部为多层框架结构的混合结构,则由于底层设置抗震墙,底框的坍塌减少;而上部砖混的坍塌增多。 3.圈梁和构造柱的设置对上部结构的抗震起到关键作用

上海中心抗震设计研究

上海中心结构抗震设计研究 1. 工程介绍 坐落于浦东陆家嘴商业中心区的上海中心大厦是一幢综合性超高层建筑,其功能区域包括办公、商业、酒店、观光娱乐、会议中心和交易六大功能区域,具体分为大众商业娱乐区域,低、中高档办公区域,企业会馆区域,精品酒店区域,顶部功能体验空间等。地上可容许建筑面积(FAR )大约为380,000平米。其中包括地上120层办公楼层(塔尖高度为632米,结构高度574.6米),还包括一个5层的商业裙楼用作奢侈品零售,办公和酒店大堂,饭店,会议和宴会等。此外,5层地下部分设计用作零售、泊车、保养和机电功能。 上海中心采用中心混凝土剪力墙筒体结构,通过8个加强层,与巨型型钢混凝土超级柱相连接,并同时将整个建筑沿高度方向分为了9个区段。(Zone1 to Zone 9)通过筒体结构与巨型柱的共同作用,承受竖向荷载、水平侧向力以及地震荷载。加强层由空间的外伸臂桁 架、带状桁架、以及空间杆件体系和楼板组成,带状桁架将外围的八根(上部区域四根)巨 巨型柱 加强层 巨型柱 核心筒 巨型角柱 外伸臂桁架 带状桁架

型柱圈成一体,外伸臂桁架则将巨型柱与核心筒联系在一起,传递水平以及竖向荷载。 上海中心结构体系复杂: (1)结构高度及高宽比都超过《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)的规定限值; (2)结构类型为混合结构。中心为核心筒体,与外部四个巨型柱以及四个巨型角柱构成结构主体;通过外伸臂将核心筒与巨型柱联系在一起;通过带状桁架将巨型柱围成整体;带状桁架采用钢桁架;巨型柱采用型钢混凝土。 (3)沿结构高度方向按每一个加强层设置一道外伸臂桁架。伸臂桁架采用两层高的钢桁架。 (4)沿结构高度方向按每一个加强层设置一套带状桁架,把外围柱子的荷载传递给巨型柱。 (5)建筑物采用了多重抗侧力体系。 鉴于此为了确保该建筑结构的抗震安全性和可靠性,除进行常规的计算分析、有效的设计手段和构造措施外,应当对该结构进行基于性态的抗震设计研究,通过非线性有限元手段,更深入、直观、全面地研究该结构的抗震性能。 2.抗震设防标准 中国国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)采用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标,其对应于“小震、中震、大震”三个地震水准的发生概率,50年超越概率分别为63%、10%和2~3%。 本工程所处地区中国上海市的抗震设防烈度为7度。根据中国国家标准《建筑抗震设防分类标准》(GB50223),该建筑物的重要性等级为乙类,即在地震时其使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑。因此该建筑物的地震作用按7度考虑,抗震构造措施按8度考虑。7度小震、中震、大震和8度大震所对应的地震地面加速度分别为35gal、100gal、220gal、400gal。 上海属于软土地基,场地类别为Ⅳ类,对应的场地特征周期为0.9S。 鉴于该工程的重要性和复杂性,除满足现行设计标准外,特制定其抗震性能水准如下:(1)7度小震和中震作用下,结构基本处于弹性状态,结构完好无损伤; (2)7度大震作用下,结构构件允许开裂,但开裂程度控制在可修复的范围内,开裂部位在可控制的范围内,主要抗侧力体系(巨型框架,巨型斜撑)在按标准强度计算时不屈服。 (3)在8度大震作用下,结构可能出现严重的破坏,但不能倒塌。 借助非线性有限元分析软件Perform-3D对建筑的主体结构进行推覆分析、地震作用下的时程分析,从而实现对结构抗震性能的分析。 3.结构性能目标 (1)7度小震和中震下的结构弹性状态 层间位移角不大于1/500,理论分析和模型试验中结构不出现裂缝,钢筋应力不超过屈服强度,混凝土压应力不超过抗压强度的1/3,在地震作用后结构变形基本恢复,节点处在

浅谈建筑结构抗震概念设计

浅谈建筑结构抗震概念设计 发表时间:2015-12-17T16:01:14.980Z 来源:《基层建设》2015年16期供稿作者:袁芬 [导读] 浙江省天正设计工程有限公司浙江杭州根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。 袁芬 浙江省天正设计工程有限公司浙江杭州 310012 摘要:建筑工程的质量,直接影响到人们的生命和财产安全。在工程建设中,抗震设计是影响整个工程质量不可缺少的要素之一,因此,必须完善好建筑抗震结构设计的工作。本文主要论述抗震概念设计基本内容,提出建筑抗震结构设计的策略,以供参考。关键词:建筑;抗震;概念设计;策略 1 抗震概念设计基本内容 1.1什么是抗震概念设计: 根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。就是把地震及其影响的不确定性和规律性结合起来,设计时应着眼于结构的总体反应,依据结构破坏机制和破坏过程,灵活运用抗震设计准侧,从一开始就全面合理地把握好结构设计的本质问题(如把握好总体布置、结构体系、承载能力与刚度分布、结构延性等),顾及关键部位的细节,力求消除结构中的薄弱环节,从根本上保证结构的抗震性能。 1.2抗震概念设计的目标 实际地震的不可预知性,可供分析的地震资料的有限性,目前地震计算手段 的局限性,故重视建筑抗震概念设计,从某种意义上来说,也是对地震理论不完善所采取的弥补措施。抗震概念设计目标:“小震不坏,中震(设防烈度地震)可修,大震不倒”;以及为实现这一目标所采取的“两阶段设计步骤”,即:承载力验算和弹塑性变形验算。 2 建筑抗震结构设计的策略 2.1 采用合理的结构体系 2.1.1 影响结构体系的因素很多,如抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等,还应考虑技术、经济和使用条件等。目前我国比较常用的结构形式有:砖混结构、钢筋混凝土结构、钢- 混凝土组合结构(混合结构)、钢结构。砖混结构以砖墙作为抗侧力构件,在地震力作用下,易发生剪切破坏。混凝土结构包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。在地震力作用下,不同结构形式,不同抗侧力构件,发生不同破坏(剪切变形,弯曲变形)。 2.1.2 结构抗震设计的关键是解决承载力、刚度和延性问题: 1)对于非抗震结构,足够的材料强度和刚度是结构设计需要考虑的问题,而对于抗震结构除了要承担常规荷载外还要承担地震动作用,其材料强度和刚度不是越大越好(如抗弯强度过高不利于抗剪,刚度过大也会加大结构的地震作用),而需要控制在合理的范围内。2)结构体系由各类构件相互连接组成,抗震结构构件应具有必要承载力、合理的刚度、良好的延性、可靠的连接,使相互之间合理均衡。 3)结构构件应具有良好的延性(即变形能力和耗能能力),延性可以增加结构的抗震潜力,增强结构的抗倒塌能力。结构抗震设计的本质就是对结构承载力、刚度和延性的合理把握问题。 2.2 选择合理的平面和立面布置 2.2.1 建筑布置对结构的规则性影响重大,抗震性能良好的建筑,需要建筑师与结构工程师的互相配合。不应采用严重不规则的设计方案,避免采用特别不规则的方案。 2.2.2 建筑形体及其构件布置应避免形成平面和竖向的不规则。平面不规则主要关注的是结构的扭转和水平传力途径的有效性问题,体现在扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续;竖向不规则主要关注薄弱层问题及竖向传力途径的有效性问题,体现在侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变。 2.3 选择合理的结构计算方法进行结构分析 2.3.1 结构分析是结构设计的前提,是结构设计的重要依据性工作,采用合理的计算模型,合理的计算假定,合理选用计算程序,必要时的多模型多程序比较分析等对结构设计关系重大。 2.3.2 目前的地震作用计算方法主要有: 1)高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法;对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。 2)高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构,可采用底部剪力法。3)时程分析法作为振型分解反应谱法的补充计算方法。根据结构的规则性,依据相关规范的规定,在多遇地震下进行弹性时程分析,在罕遇地震下进行弹塑性时程分析。 2.3.3 结构抗震设计应根据不同要求,对同一结构布置采取不用的计算假定。比如对结构进行不规则判别,选用在规定的水平力作用下,考虑偶然偏心等。比如配筋设计计算,根据工程具体情况,采用刚性楼板假定、分块刚性楼板假定、弹性楼板假定及零刚度楼板假定,考虑双向地震,框架柱配筋按单向偏心计算或按双向偏心计算等。 2.4 抗震措施及抗震构造措施 2.4.1 抗震措施要求做到“四强、四弱”。 1)强柱弱梁:目的是框架在地震情况下产生梁铰机制,即要求柱子不先于梁破坏,因为梁破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏将危及整个结构的安全,可能会整体倒塌,后果严重。 2)强剪弱弯:弯曲破坏是延性破坏,是有预兆的——如开裂或下挠等,而剪切破坏是一种脆性破坏,没有预兆,瞬时发生,没有防范,要避免。 3)强节点弱构件:因节点失效意味着与之相连的梁与柱都失效,故要求节点的承载力应高于连接构件。

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