钢结构抗震性能分析

钢结构抗震性能分析（精选十篇）

钢结构抗震性能分析篇1

针对钢结构抗震设计,国内很多学者开展了相应的研究,取得了一系列可参考的成果。李国强等人[1,2,3]针对目前钢结构抗震设计中存在的2个主要问题,即忽视了钢结构延性好和弹性阶段阻尼比较小的特点,结合现行抗震设计规范及美国相关规范的抗震设计规则,引入了结构体系调整系数,同时对每类钢结构的抗震设计给出了建议。此外,以5.12汶川大地震为例,概述了该次地震中建筑物的震害情况,介绍了钢结构的抗震性能,提出了改进钢结构抗震性能的建议。结合世界各地震害记录可以发现,在相同场地条件和地震烈度的情况下,采用钢结构的建筑震害相对采用传统钢筋混凝土结构的建筑要小[4,5]。以1985年9月墨西哥发生的里氏8.1级大地震为例,对于建造于1976年后的钢结构建筑而言,没有发生一处严重破坏或者倒塌,而与之对应的钢筋混凝土结构,发生严重破坏的有6处,倒塌4处,由此可见,钢结构在地震灾害中表现出良好抗震性能。

郑玉峰[6]结合多年从事钢结构抗震设计工作的经验,从钢结构抗震体系、钢结构的破坏部位方面进行分析,总结了钢结构的抗震设计注意事项。除此之外,结合现行设计规范,同世界其他地震国家相关规范进行了对比分析,提出了很多有用建议[7,8,9,10,11]。

1 钢结构的抗震性能

钢结构一般具有以下特点:材料重度较低且具有很高的强度、良好的延展性能和滞回曲线比较饱满等,以下进行详细说明。

1)从材料强度方面来讲,钢材的强度约为混凝土材料的8倍,而材料重度方面,前者重度仅为混凝土重度的3.2倍,因此,针对相同承载条件下,钢材料结构在重量方面比混凝土结构要轻很多。其次,从结构构件的横截面形状来看,钢结构构件一般为空腹截面,常用的如槽钢、工字钢、角钢等,钢构件对横截面具有较高的利用率;相应的混凝土结构构件,一般为实腹截面,如长方形、正方形等。对于高层钢结构建筑,采用钢结构可以明显降低结构整体重量,因此,在地震中减小结构所承受的地震力,减小地震对钢结构的影响。

2)根据钢材和混凝土材料的应力应变曲线可以发现,相对于混凝土材料,钢材具有很好的弹塑性,表现出更好的延展性,这可以通过钢材材料的延伸率来判断,其材料延伸率可超过20%。在地震中可充分利用材料的延展性来抵抗地震对结构的影响,减小地震对钢结构的破坏。

3)比较钢材与混凝土材料的滞回曲线可以发现,钢结构材料的滞回曲线通常情况下都比较饱满,在地震中能更好的消耗地震作用中产生的能量;而钢筋混凝土结构的滞回曲线与前者相比,表现出明显的捏拢效应。对于结构材料来讲,其结构滞回性能越好,在地震中对地震作用反应越小,对地震作用有更好的抗震性能。钢结构材料的滞回曲线如图1所示。

2 钢结构的抗震结构体系

纯框架结构、框架-中心支撑结构及框架-偏心支撑结构等结构体系是钢结构建筑中常见的集中体系,不同的结构体系有不同的特点。一般来讲,纯框架结构体系虽然具有良好的延性,但是受结构体系的侧方向刚度限制,较高层数的建筑结构中一般不采用。框架-中心支撑结构虽然具有较大的抗侧向刚度,但是受支撑结构滞回性能较差的限制,同时由于吸收地震能量有限,该结构体系的抗震性能还不如纯框架结构。框架-偏心支撑结构因为可以通过偏心连梁的剪切屈服来消耗地震过程中的能量,保证支撑结构体系不发生整体失稳,因此,该结构体系较纯框架结构和框架-中心支撑结构具有更好的抗震性能。对于一些高度更高的建筑结构,可以在建筑周围设置密柱深梁框架形成的框筒钢结构,其具有很大的抗侧刚度,因此具有较好的抗震性能。

3 钢结构破坏部位

根据对国内外多次地震震害的统计分析,可以得到钢结构在地震中发生的主要破坏有以下几种:1)结构节点连接的破坏;2)结构构件的破坏;3)结构的整体倒塌。

1)结构节点连接的破坏

一般来讲,节点连接破坏的原因在于以下几点:(1)节点的下翼缘通常是裂缝出现的区域,这是由于钢结构的梁上翼缘部位有楼板的加强,同时,上翼缘焊缝无腹板在施焊过程中会影响施工过程;(2)焊接过程中,由于梁端孔边缘结构会出现应力集中的现象,由此导致裂缝的产生;(3)在梁翼缘端部采用全溶性透坡口焊的衬板边缘形成了人工缝,裂缝在竖向荷载作用下会进一步发展延伸。

节点连接支撑采用螺栓连接时发生支撑破坏的形式主要有以下几种:节点板端部剪切滑移的破坏、支撑杆件螺孔间剪切滑移的破坏和支撑截面削弱处断裂。对于钢结构建筑来讲,支撑是框架-支撑结构体系中最为重要的抗侧力部分,当发生地震时,支撑部分是首先承受水平地震作用的部分,比如钢结构中某层的支撑一旦发生破坏,将导致该楼层成为地震薄弱层,在地震中极易造成严重的后果。

2)结构构件的破坏

当支撑构件的组成板件宽厚比较大时,往往伴随着整体失稳出现板件的局部失稳现象,导致进一步引发低周疲劳和断裂破坏,这在以往的地震震害中并不少见。根据试验研究表明,要防止板件在往复塑性应变作用下发生局部失稳,进而引发低周疲劳破坏,必须对支撑板件的宽厚比进行限制,且应比塑性设计的还要严格。

以1995年日本阪神大地震为例进行说明,位于芦屋市海滨城高层住宅小区的21栋巨型钢框架结构的住宅楼共有57根钢柱发生了断裂现象,所有箱形截面柱的断裂都发生在14层以下的楼层里,并且都是脆性受拉断裂,断口呈水平的形状。分析认为有以下原因:(1)有的钢柱断裂发生在拼接焊缝附近,这里可能正是焊接缺陷构成的薄弱部位;(2)与当时的环境温度有关系,结合当时的情况可知,柱暴露于室外,当时正值日本的严冬,钢材温度低于0 ℃;(3)竖向地震及倾覆力矩在柱中产生较大的拉力。

3)结构的整体性倒塌

以1985年墨西哥发生的8.1级大地震为例进行说明,墨西哥市内的某个综合大楼的3个22层的钢结构塔楼之一发生倒塌,其余2栋钢结构塔楼也发生了严重破坏,其中1栋已经接近倒塌。通过研究分析发现,该3栋楼的结构体系都是框架-支撑结构。同时,塔楼发生倒塌或者严重破坏的主要原因在于塔楼抗震结构体系的纵横向垂直支撑偏位设置,从而导致刚度中心和质量重心之间的距离相距太大,由此导致在地震中产生了较大的扭转效应,致使钢柱的承载力小于作用力,引发了3栋相同的塔楼发生了严重破坏甚至倒塌。由此可见,规则对称的结构体系对抗震是十分有利的。

4 改进钢结构抗震性能的措施

通常来讲,对于钢结构建筑,最重要的是控制结构薄弱点,因此可以通过改进节点和支撑来进行改进,以此提高钢结构的抗震性能。下面进行说明:

1)改进节点连接设计

针对节点连接设计,学者也提出了一些有效措施,例如在梁腹板和抗剪连接板之间补充焊缝,在梁端加盖板和梁端加腋等加强连接的方法。其中,采用梁柱半刚性连接也是一种很有效的方法。根据研究发现,该连接方式具有良好的延性,梁柱间相对转角的变形能力可以超过0.06 rad。同时,在竖向荷载作用下,采用梁柱半刚性连接比刚性和铰接更能充分地利用截面,如图2所示。

2)采用屈曲约束支撑

屈曲约束支撑是在核心支撑外面添加一个约束构件,同时,核心支撑和约束构件之间可以发生自由滑动。在工作状态中,只有核心支撑是与框架结构进行连接的,而约束构件的作用则是防止核心支撑的侧向变形,最终防止核心支撑在竖向压力作用下发生整体失稳。因此,屈曲约束支撑在拉压作用下可以达到完全屈服。同时,该支撑具有较好的延性和饱满的滞回曲线,因此,其抗震性能明显优于普通的钢支撑。

5 建议和结论

1)选择对建筑抗震有利的场地和地基,场地情况很大程度上影响了钢结构的地震反应,钢结构地震反应大小决定了钢结构的震害。因此在抗震设计的时候应选择坚硬的中硬土场地,当实在无法避开不利的或者危险的场地的时候,应采取补救措施。

2)选择合理的结构总体布置,主要注意以下两点:(a)建筑形状力求规则。在抗震设计时要求建筑形状规则、结构对称,以此来减小质量中心和刚度中心的偏离;(b)强度以及刚度应连续变化。抗震结构的刚度、承载力在楼层平面内应均匀,沿结构竖向应连续并且均匀。

3)选择合理的抗震结构体系,这主要包括应该具有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径;同时,钢结构应该具有多道抗震防线,保证结构必要的强度和刚度,在地震中具有良好的变形和耗能能力。

参考文献

[1]李国强,孙飞飞.关于钢结构抗震存在的问题及建议[J].地震工程与工程振动,2006,26(3):108-114.

[2]李国强,陈素文.从汶川地震灾害看钢结构在地震区的应用[J].建筑钢结构进展,2008,10(4):1-7.

[3]李国强,石文龙.平端板连接半刚性梁柱组合节点的转动能力[J].工程抗震与加固改造,2006,28(6):34-38.

[4]Shakir-Khalil H..Experimental Study of Concrete-filled Rectangular Hollow Section Columns[J].Structural EngineeringReview,1994,6(2):85-96.

[5]Ge Han-bin,Usami T.Cyclic Tests of Concrete-filled Steel Box Columns[J].J Struct Engrg ASCE,1996,122(10):1169-1177.

[6]郑玉峰.浅析钢结构抗震设计[J].科技创新导论,2011(15):24.

[7]沈祖炎,孙飞飞.关于钢结构抗震设计方法的讨论与建议[J].建筑结构,2009,39(11):115-122.

[8]陈小峰,邓开国,郝际平.关于钢结构抗震设计的探讨[J].建筑结构,2009,39(增刊):465-471.

[9]陈晓光.钢结构抗震设计浅谈[J].建筑与结构设计,2008,11:30-32.

[10]张保,聂子云.钢结构的抗震性能分析与设计[J].工程科学,2009:80.

砌体结构抗震性能的研究篇2

摘要：砌体结构作为我国传统建筑形式，在各类建筑中占有十分重要的地位。但由于材料明显的脆性性质，相比于钢筋混凝土结构或钢结构建筑,砌体结构的抗震能力较差。本文对砌体结构抗震构造措施和目前存在的问题进行了分析阐述。

关键词：砌体结构、抗震措施、抗震性能研究

Abstact: As a traditional structure,masonry structure plays an important role.Its seismic capacity is much poorer than reinforced concrete or steel structure due to the material brittleness.the masonry structure seismic structural measures and the existing problems are analyzed in this paper。Keywords：masonry structure；earthquake-resisting；Seismic resistance research引言

砌体结构是一种传统的墙体材料，在我国的广大中西部县域城镇中仍占有85%以上的比例。近些年来，随着建筑业的蓬勃发展，新型墙体材料也不断涌现，如混凝土小型空心砌块就是其中的一种。另外，结合就地取材的原则生产的各种地方性砌体材料，如蒸压类和烧结类的非粘土多孔砖及实心砖。这都为砌体结构的应用扩大了领域和范围。[1]

现代砌体结构已与传统的砖砌体有许多区别。按照砌体中的配筋率大小可将其分为无筋砌体、约束砌体和配筋砌体三类，它们的界限定义为：仅有少量的拉结钢筋，含筋量在0.07%以下时，可称为无筋砌体；约束砌体适用于地震设防地区的砌体结构，如在墙段边缘设置边缘构件（钢筋混凝土构造柱），同时，墙段上下设置有圈梁，此类砌体的特点是砌体周边均有钢筋混凝土约束构件，砌体的配筋量为0.10%~0.2%左右；配筋砌体适用于10层以上的中高层建筑，如配筋混凝土空心小砌块，其实质是一种砌筑成型的剪力墙结构，其配筋率也接近于现浇钢筋混凝土剪力墙结构，即在0.25%左右。[2]

1966 年的邢台地震和1976 年的唐山地震等数十次破坏性大地震，以及2008年的汶川地震等，几乎无一例外地表明无筋砌体结构不能经受大地震的考验。尽管砌体结构的抗震性能是如此之差，然而，在城镇建设中，由于人口集中，土地有限，规范限制了一些传统材料的砌体结构高度，但又不可能把砌体结构限制过严，而是要适应发展的需要，在研究和总结震害的基础上，改进砌体结构的抗震性能，严格要求了小砌块的建造层数和高度，满足业主的需要。新修订的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）就适应了这种要求，提供了建造较高层数的砌体结构的安全性和适用性。同时相对于现浇钢筋混凝土剪力墙结构而言，其较低的工程造价也是显而易见的。砌体结构材料的特点

砌体材料作为一种地方性材料，具有取材容易、加工简单、砌筑工艺易于掌握，因而被广泛采用。并且经过长时间的改进和发展，形成了具有各地特色的传统制作方式和砌筑方法，是一种生命力极强、应用最广泛的建筑材料。砌体材料在我国大体可分为粘土类制品、蒸压类制品、混凝土类制品和以各类工业废料制成的墙体材料等。

当前各地除沿用传统材料粘土制品以外，也相继制成以页岩、煤矸石和粉煤灰为主要原料的烧结砖；以白灰砂、粉煤灰为主要原料的蒸压砖；以及以细石砼（或轻质骨料）为材料的砼小型空心砌块等墙体材料。大部分地区有逐步替代粘土制品的趋势。

新型墙体材料中，用页岩或煤矸石或粉煤灰为原材料，或按一定比例混合使用的经烧结而成的实心砖、多孔砖，较好地利用工业废料为原料，制成墙体材料。它们具有类似于烧结粘土砖的性质，亦具有新的原材料的特点。

新型烧结砖一般抗压强度均较高，普通的煤矸石加页岩混合烧结砖的抗压强度均在MU15 以上，少量的可达MU20以上，多孔砖的孔洞率在25%-30%左右。此类实心砖由于表面比粘土砖更粗糙，抗剪强度亦普遍比粘土砖高；多孔砖由于有孔洞作为键槽，砂浆能起

到销键作用。增大了砌体的抗剪强度，对抗震十分有利。

新型烧结砖还由于经焙烧而成，因此，其砌体的线膨胀系数和收缩率都比较小，与烧

结粘土砖没有什么区别。

另一类是蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖。由于它们的原材料不同，特别是制作养护过程的差异，导致蒸压砖特有的性质。

蒸压灰砂砖以石灰和砂为原材料，蒸压粉煤灰砖以电厂工业废料粉煤灰为原材料。经

过机械压制成型，高压蒸汽养护而成砌体材料。由于它的制作过程和生产工艺，决定了这类

砖具有收缩率较大、表面比较光滑、抗压强度较高而抗剪强度较低的特点。

因此，反映在设计应用过程中出现一些问题。比如由于收缩率大，线膨胀系数亦大，这类砌体墙受材料收缩以及温度影响较大，墙体容易出现裂缝和变形。又比如由于砖表面比

较光滑，磨擦系数小，与砂浆的粘结性能就差。因此，其抗剪强度偏低，不利于抗震。砌体结构抗震设计的重要性

砌体是一种脆性材料,传统的砌体结构是采用粘土实心砖和混合砂浆砌筑,通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接的目的。目前的砖砌体房屋除上述方式外,大多采用了预制钢

筋混凝土楼板、装配式楼屋盖、且过梁等其它构件多数为预制装配。因此整个砌体结构,由

于其组成的基本材料和连接方式,决定了它的脆性性质,从而使其在遭遇强烈地震时破坏较重,抗震性能很差。我国在地理位置上处于世界两大地震带之间,是世界大陆内的一个最宽广的浅源强震活动地区,是多地震国家。基本烈度为7度和7度以上的地区的面积达312万平方

公里,约占全国国土面积的325%。基本烈度为6 度和6 度以上地区面积达576 万平方公

里, 约占全国国土面积的60%。我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。世界地震史

上死亡人数最多一次为1556 年我国陕西华县的8级地震, 死亡约83 万人。近代地震史上

死亡人数最多的一次地震也发生在我国, 即1976年唐山的7.8 级地震, 死亡24万多人, 重

伤16.4万人,倒塌房屋322万间, 直接经济损失达100亿元。

地震所以能造成如此重大损失,主要原因是建筑物缺乏必要的抗震设防。所谓抗震设防

是指对房屋进行抗震设计包括地震作用、抗震承载力计算和采取抗震构造措施来达到抗震的目的。建筑物抗震设防就要保障人民生命财产的安全,所采取的措施应与国民经济相适应,如

果要求建筑物在强烈地震后仍完好无损,势必增加造价,在技术上也有一定困难。相反,设防标

准过低,将会危及人们的生命财产。基于国际趋势, 结合我国的具体情况, 提出一个适当的设

防目标是很必要的。我国《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)以下简称《规范》提出了“三

水准”的抗震设防目标: 小震不破坏, 可正常使用;设计烈度地震可修复使用;遭遇大震时

不倒塌。砌体结构现存问题

近年来,由于城市用地紧张、资金紧张等问题,设计的砖混房屋往往在总高度和层数上超

限;片面追求直接采光和通风,导致加大面宽、减少进深等作法,往往使房屋高宽比超限。这些

都造成了极为不利的体型, 致使房屋的抗震性能大为降低, 此类现象应引起广泛重视。

随着建筑业的发展, 临街有底层为钢筋混凝土框架的大空间商店,上部为小空间砖房或

砌块建筑的房屋大量建设。这种房屋存在着明显的弊病:(一)往往形成梁上砌墙的布置,使

抗震横墙在最不利的底层被切断。且底层框架一般为大空间的公共建筑, 由于使用功能上的需要, 在客观上给纵横抗震墙的布置带来了不少困难。(二)底层大部分用于商业目的,门窗

开洞要求都很大,因而有的采用了前排为钢筋混凝土柱后为砖混的结构, 此结构目前无明确

定义且前后两种材料刚度差异悬殊,对高烈度地区的抗震极为不利。(三)未作计算凭习惯错

误地认为,底层框架的侧向刚度一定比砖房好,纵向框架侧向刚度一定比横向好,而实际上并

非如此。(四)上面为几层砌体、开间小、横墙多、不仅重量大, 侧移刚度也大,而底层框架

侧移刚度比上层小得多。刚度的急剧变化使得在结构刚柔交接处,应力高度集中,在柱端产生

塑性铰,并使房屋的变形集中发生在相对薄弱的底层。这种比较薄弱的底层或中间层,可称之为“软层”。这种“软层”在抗震设计中应引起高度的注意。抗震措施

（1）设置构造柱

构造柱是一种约束砌体的边缘构件,它不单独承受垂直荷载，在墙体受水平地震作用的初期,构造柱的应力很小,刚度也不大,但当墙体开裂后,柱内应力逐步增大,直到裂缝贯通墙体, 构造柱才明显受力直到钢筋屈服。此时的墙体虽已破碎但由于构造柱的约束作用使得墙体不至于倒塌, 从而达到“裂而不倒”的目的。构造柱的设置较大幅度地增强了墙体的变形能力, 使房屋取得了较大的延性,从而减小了突然发生倒塌的可能性。当然,构造柱的截面尺寸与配筋率也不宜过大,否则,大量的构造柱将会吸收大多数地震作用力,使得构造柱先于墙体破坏, 这就起不到约束墙体的作用了,反而使结构抵抗地震作用的能力降低了。

（2）设置圈梁

构造柱作为一种竖向构件,一股沿墙高而截面尺寸不变,配筋也少有变化。因此,在各楼层柱高处设置圈梁作为锚固点,使得构造柱和圈梁产生拉结,形成对上下和左右墙体的约束作用, 从而限制墙体裂缝的发展,并减小裂缝与水平面的夹角,保证墙体的整体性和变形能力,提高墙体的抗剪能力。除此以外,圈梁作为一种重要的构造措施,它还加强了内外墙之间、楼板与墙体之间的连接, 提高了结构的整体性, 并减轻地震时地表裂缝对房屋的影响, 特别是檐口圈粱和地圈梁具有提高房屋竖向刚度的能力和抵御地基不均匀沉陷的能力。

（3）验算墙柱高厚比

砌体结构房屋中的墙体是受压构件, 除了满足承载力要求外,还必须保证它的稳定性。墙柱高厚比是指砌体墙、柱的计算高度和墙厚或边长的比值。《规范》中规定,墙柱高厚比不能大于允许高厚比。只有满足这个要求,才可以保证砌体结构存施工阶段和使用阶段的稳定性。结合以往的工程经验,综合考虑包括砂浆强度等级、砌体类型、横墙间距、支承条件等多种因素后拟定的。

（4）设置伸缩缝

由于钢筋混凝上和砌体材料的线膨胀系数不同, 屋盖和墙体的刚度不同, 当温度变化时, 钢筋混凝土屋盖和砌体材料的墙体将产生不同的变形。因墙与屋盖变形相互制约, 而产生温度应力, 当墙体中的主拉应力或剪应力超过彻体的抗拉或抗剪强度时, 就会使墙体内产生斜裂缝和水平裂缝,顶层墙体一般最为严重,它包括纵墙的八字缝、横墙L 端的八字缝、屋盖与墙体之间的水平缝、纵横墙的包角裂缝、屋盖或楼盖中的裂缝以及墙体自上而下的贯通裂缝。为了防止房屋在正常使用条件下,由温差和墙体干缩引起的墙体竖向裂缝,可存墙体中产生裂缝可能性最大的地方设置伸缩缝,如房屋平面转折处和体型变化处,房屋中间部位及错层处等。实践证明,伸缩缝的设置达到了防止裂缝出现或减小裂缝宽度的目的,成为砌体结构抗震设计中一项重要的构造措施。此外,通过在屋盖上设置保温层、隔热层, 或设置屋面与墙体间相互滑动的滑动层等措施,也可以有效地防止温度变化或干缩变形引起的裂缝。

（5）加强构件间的连接

砌体结构房屋各构件间的抗震构造连接是其抗震的关键。抗震构造连接的部位较多, 重要部位的连接措施有下列几项：造柱与楼、屋盖连接；屋顶间的连接；墙与墙的连接；后砌体的连接；栏板的连接；构造柱底端连接；悬臂构件的连接。结束语

砌体结构既是一种量大面广的结构形式,又是一种抗震性能较差的结构形式。我们不可能彻底淘汰它,摒弃它,只有面对现实,孜孜不倦,深入研究它,提高它的抗震性能,不断赋予砌体结构新的内容、新的理念,使砌体结构具有更好的抗震性能和安全性,这就是

我们研究的目的。

参考文献：

[1]周炳章.砌体结构抗震的新发展[ J].建筑结构学报.北京: 中

国建筑工业出版社, 2002.5

[2]砌体结构设计规范，GB50003-2002

[3]建筑抗震设计规范,GB50011-2010

钢结构梁柱节点抗震性能研究篇3

随着国家建设发展速度的快速发展，钢结构体系在建筑工程中的应用越来越广泛。钢结构建筑平面布置灵活、抗震性能好、计算理论相对成熟。钢结构建筑是由钢梁、钢柱构件通过节点连接构成，连接节点是保证梁与柱协同工作、形成结构整体的关键部件，它的性能直接影响结构体系的刚度、稳定性和承载能力。在震害中，钢结构建筑部分破坏表现为：梁柱节点部位发生了断裂、脆性断裂，梁柱节点焊缝连接发生破坏等。因此钢结构梁柱连接节点抗震性能存在着不足。

常见梁-柱节点抗震设计及构造措施

通过提高梁柱联接节点处焊缝材料强度、韧性、施工质量和焊接工艺、改进焊接工艺孔的形状和尺寸，设计耗能元件的连接节点，加强或削弱梁柱连接节点，改善梁柱节点抗震性能。其中削弱梁柱节点较为常用。

目前高层钢框架梁柱节点连接的主要采用刚性连接。常见有三种刚性连接：①全部焊连接；②全部栓连接；③栓焊连接。其中螺栓与焊接连接最为常用。典型的栓焊刚性梁柱连接形式见图1-图4。国内外试验研究结果表明，全栓连接施工方便却方面费用太高；而栓焊连接表现出良好的抗震性能造价又低的优点。因此大多数梁柱连接采用栓焊混合连接。

圖1图2

图3图4

梁-柱刚性连接抗震受力特点

栓焊混合连接方式（梁翼缘与柱子翼缘全熔透焊接、梁腹板与柱翼缘螺栓连接），栓焊混合连接施工方便，经济性好，刚度和强度稳定。工字形或H型钢梁与柱子连接时，若采用焊接，受施焊条件，焊缝缺陷以及焊接的残余应力等因素的影响，则其连接的抗弯承载力会降低。在实际震害中，有很多在节点区域出现了脆性破坏或者钢梁出现了塑形变形，表现为梁下翼缘与柱子之间的全熔透焊缝出现裂纹，全融透焊缝与母材之间形成贯通裂缝，梁焊接在一起的柱翼缘被撕裂，裂缝贯穿柱子翼缘，裂纹贯穿整个板域。改进型节点具体措施及受力特征如下：

（1）狗骨型节点

在梁上翼缘焊缝的附近，沿梁的轴向对其上下翼缘板分别进行了对称的圆弧状切割，梁上被削弱的翼缘区在这种节点上起到“ 保险丝”作用，迫使大震作用下的塑性铰离开性能相对差的翼缘焊缝而出现在塑性较好的梁上，在往复载荷载实验作用下，狗骨型节点的应力应变滞回曲线呈稳定而丰满的纺锤形，表现出良好的延性。狗骨型节点会使强度削弱4%-7%。如《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》（01SG519）标准图集中推荐采用扩翼狗骨型（工地焊缝）、扩翼狗骨型（工厂焊缝）和盖板加强狗骨型的三种箱柱-H钢梁节点，标准节点实现了塑性铰外移的目的，抗震性能较好。

（2）梁腹板开槽型节点

此节点保护了梁翼缘焊缝，梁柱塑性铰的位置位于距剪切连接板端部约一半梁高的位置，减小了节点焊缝处的应力集中，改善了节点焊缝的受力状况，节点破坏表现为梁翼缘板的局部屈曲破坏。

（3）梁腹板打孔型节点

梁腹板开孔构造可以使得开孔截面局部转动变形增大，破坏一般会使梁腹板发生局部屈曲，降低了脆性破坏的可能性。

（4）边板节点

节点处的边板全部采用工厂焊接，避免了梁端工地焊缝。

存在问题及不足

1.截面削弱降低了梁的承载力与刚度，影响整体钢结构的承载力。

2.不经济、材料浪费，钢结构构件加工精度要求较高。

3.部分节点没有达到预期的延性，需花费大量的维修费用。

4.钢框架栓焊混合刚性连接的受力性能、破坏机理的研究不足。

5.梁端加强型节点加强了梁端，同时必须加大柱子截面尺寸，造成造价的增加。

6.标准图集《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图（含2004年局部修改版》（01SG519）中推荐了几种抗震性能节点型式，但节点抗震性能需要试验及理论检验其抗震可靠性。

结语

在多层和高层钢结构抗震设计中，梁柱刚性连接节点设计是一个非常重要的组成部分，因其设计得是否恰当将直接影响到结构承载力的安全性和可靠性。震害后钢结构节点更换维修更需深入的分析和总结，提出改进钢结构节点的抗震性能建议和措施。

隔震结构抗震性能分析篇4

对于传统的抗震结构, 小震时结构处于弹性变形阶段, 中、大震时结构进入弹塑性阶段[1]。地震能量主要由结构构件的塑性变形来消耗。而隔震结构, 隔震装置具有变化的水平刚度, 在小震作用下具有足够的水平刚度, 在中大震时, 隔震装置的水平刚度变小, 使隔震结构的自振周期变长, 远离上部结构的自振周期和场地卓越周期, 从而减小了输入到结构的地震能量。由于隔震装置先于上部结构进入塑性阶段, 地震能量主要由隔震层的塑性变形和阻尼消耗, 因而在中大震时, 上部结构可基本保持弹性而不会发生严重的破坏。

基础隔震是指在建筑物上部结构与基础之间设置隔震层, 以延长整个结构体系的自振周期、增大阻尼、减小输入上部结构的地震作用[2]。

本文从结构隔震的基本原理出发, 采用非线性时程分析方法分析框架—核心筒结构进行隔震设计后的抗震性能。

2 隔震的基本原理

2.1 隔震结构运动方程分析[3]

设结构的质量为m, 刚度为k, 阻尼为c, 地面水平加速度为, 则结构在地震作用下的运动方程如下:

将式 (1) 两边同时除以m, 将隔震结构的固有频率定义为ωn, 阻尼比定义为ξ, 则:

因此, 可以将式 (1) 转化为:

式中, ω为地震动的振动频率, 并假设:

将式 (4) 、式 (6) , 式 (7) 、式 (8) 代入式 (3) 得:

式中, μ为隔震结构加速度的衰减比。当时, μ<1, 结构的加速度响应衰减, β越小, 说明隔震结构的振动频率小于地震动频率越多, 隔震结构的减震效果就越好。但是当β大到一定值时, μ会随着ξ的增大而增大, 故在进行隔震结构的设计时, 要合理地选择隔震结构的刚度和阻尼。

2.2 隔震结构的能量方程分析[3,4]

在地震作用下多自由度的运动微分方程:

对式 (12) 两边在相对位移下进行积分:

左边各项分别为:

弹性应变能+滞回耗能:

右边项为地震输入能:

由上面几个式子可以看出, 要减小结构的滞回耗能可以通过增加动能和弹性应变能, 增加阻尼耗能, 减小地震输入能等方式实现。但是增加动能和弹性应变能需要增大结构的刚度, 即增大结构构件的截面尺寸, 这种方法不经济。而基础安装隔震装置是通过减小地震输入能并增加阻尼耗能, 从而减小结构的滞回耗能保护主体结构不产生破坏。

3 根据具体结构分析基底隔震结构抗震性能

该工程位于四川省, 抗震烈度为8度, 地震加速度0.2g, 场地土类别Ⅱ类。

结构为地上18层框架-核心筒结构。

3.1 结构周期

隔震与非隔震结构的周期对比如表1所示。

从表1中可以看出, 隔震后相比隔震前基本周期由原来的1.52s延长至4.24s。

3.2地震计算层间剪力

地震作用下层间剪力对比如图1、图2所示。

3.3 水平减震系数

地震作用下隔震结构的水平向减震系数如表2所示。

从表2可以看出, 在小震作用下隔震结构的水平减震系数最大为85.52%, 在大震作用下隔震结构的水平减震系数最大为25.80%, 可见在大震作用隔震支座的隔震效果更为明显。

3.4 罕遇地震作用下层间位移 (见图3、图4) 。

3.5 罕遇地震作用下能量

罕遇地震作用下能量图如图5、图6所示。

4 结语

1) 隔震结构与非隔震结构相比, 隔震支座的水平刚度远小于上部结构的水平刚度, 在地震力作用下, 结构的振动周期因此延长, 由此达到“以柔克刚”的效果。

2) 采用隔震设计后, 大大降低了结构的楼层剪力。

3) 采用隔震设计后, 有效地减少了上部结构的层间位移, 隔震层以上结构运动以整体平动为主。

4) 隔震结构地震输入能量主要由隔震支座吸收耗散, 因此大大减少了输入上部结构的地震作用, 从而减小结构的滞回耗能。

摘要：从隔震的基本原理出发, 阐述了隔震结构的抗震性能, 并运用非线性时程分析方法对具体结构进行分析对比, 揭示了隔震结构在抵抗水平地震作用中的良好性能。

关键词：隔震,抗震性能,非线性时程分析

参考文献

[1]GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].

[2]党育, 杜永峰, 李慧.基础隔震结构设计及施工指南[M].北京:中国水利水电出版社, 知识产权出版社, 2007.

[3]金建敏, 周福霖, 谭平.铅芯橡胶支座微分型恢复力模型屈服前刚度的研究[J].工程力学, 2010 (10) :7-13.

基于某地铁车站的结构抗震分析篇5

摘要：随着我国经济建设的迅猛发展、城市人口压力的不断攀升，地铁这种快捷而又便利的交通方式成为人们的首要选择。伴随着地下结构的增多，以及近年来震害出现的伤亡，地铁抗震逐渐被人们开始重视，并加强了对地下结构建立抗震设计理论与方法的研究。本文结合实际案例对地铁的抗震设计进行了分析研究，希望切实能提高地铁的抗震性能，希望同行可以指导交流。

关键词：地铁车站;抗震设计

引言

随着城市化建设不断发展，城市人口也在不断攀升，交通拥堵成为了城市的难题，为了缓解压力，地铁建设成为了人们的首要选择，北京、广州等一些大城市已经建成了很多条地铁，然后随着地铁建设的发展，地铁抗震问题是当前迫切需要解决的问题。

1.车站抗震响应分析

1.1车站概况

某地铁车站为地下两层11m岛式车站，有效站台中心里程为右CK0+372.500，车站总长为455.2 m，有效站台长度为118m，标准段宽为18.3m，主体建筑面积为15511m2，附属建筑面积为1316m2，总建筑面积为16827m2。

车站采用明挖顺作法施工。车站标准段主体结构宽度为19.7 m，顶板覆土约3.6 m，底板埋深约17.900m，采用地下二层单柱双跨钢筋混凝土框架结构。本站附属结构含两个与车站上盖物业连接的出入口，出入口底板埋深约10.75 m。图1为标准段横剖面图。

图1.标准段横剖面图2.反应位移法计算简图

1.2 一维场地地震反应分析

采用反应位移法进行地下车站结构的横向地震反应计算时，可将周围土体作为支撑结构的地基弹簧，结构可采用梁单元进行建模，考虑了由一维土层地震反应分析计算得到的土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力三种地震作用。地基弹簧刚度以地基反力系数为依据，并考虑集中弹簧间距和车站纵向计算长度的影响，计算中所采用的地基反力系数采用该项目地勘报告。图2为反应位移计算简图。

本工程抗震设防分类为乙类，抗震等级为三级，按7度抗震设防烈度要求进行抗震验算。本站基岩处地震加速度时程采用50年超越概率10%（中震作用475年一遇工况）和50年超越概率2%（大震作用2450年一遇工况）两个概率水准的基岩水平向地震动加速度时程，每概率水准一组，每组3条，计6条。

1.3 主体结构地震反应结果

在475年一遇的地震动作用下，车站标准段主体结构的内力如图3～5所示。在475年一遇的地震动作用下，车站标准段主体结构的变形计算结果见图6，最大弹性层间位移比为1/4069。

图3.475年地震作用下弯矩设计值kN·m 图4.475年地震动作用下剪力设计值（kN）

图5.475年地震动作用下轴力设计值（kN）

图6.275年地震动作用下变形值（m）图7.2450年地震动作用下变形值（m）

一般认为，结构在2450年一遇地震动作用下已处于极限状态，仅计算其弹塑性变形，以控制其结构整体延性，而不再计算构件内力。弹塑性位移增大系数取为1.3，在大震作用下，车站标准段主体结构的变形计算结果见图7，最大弹性层间位移比为1/874，弹塑性层间位移比为1/672。抗震计算、验算结果统计见表8。

表8.抗震计算、验算结果统计

注：1. 中柱内力为单根中柱内力;2.其他截面内力为每延米构件内力。

1.4 抗震验算结论

1）在中震作用下，对中柱轴力进行调整后，车站的中柱轴压比未超过0.85 的限值，揭示中柱延性满足抗震要求。

2）在中震作用下，结构最大层间位移比均小于1 /550，可以认为结构处于弹性工作阶段，构件截面及配筋均满足抗震计算要求。车站各构件截面尺寸及配筋均由准永久荷载组合作用下的裂缝计算控制，抗震工况不起控制作用。

3）在大震作用下，车站弹塑性层间位移未超过1/250 的弹塑性层间位移限值，可以认为结构局部处于弹塑性工作阶段。

4）经土层地震反应计算、结构抗震计算、抗震性能验算，车站结构总体满足抗震设防性能要求，满足工程抗震设防目标一和目标二，抗震设计的重点是加强构造措施。

2.抗震构造措施

钢筋混凝土框架的梁、板、柱的配筋方式、截面尺寸和轴压比，纵向受力钢筋的最小配筋率、锚固长度和搭接长度，箍筋的最小直径、最大间距和加密区长度，（抗震）墙的厚度及其竖向和横向分布筋的最小配筋率和布置方式，以及带有孔洞时结构的构造等抗震构造措施，均按抗震等级为三级的同类地面框架和板柱-抗震墙钢筋混凝土框架结构确定（满足GB50011—2010《建筑抗震设计规范》的相关要求）。

参考文献：

[1]鲍鹏，盛桂琳.地铁车站抗震性能研究[J].河南大学学报：自然科学版，2009，39（4）：428-431.

[2]郝志宏，叶英华，刘运亮，等.基于ANSYS 的北京某明挖地铁车站抗震分析[J].工业建筑，2009，39：752-758.

[3]商金华，杨林德.软土场地地铁车站抗震计算的等代地震加速度法[J].华南地震，2010，30（1）：7-15.

[4]宋林，孟昭博，吴敏哲，等.双层岛式地铁车站结构地震反应分析[J].世界地震工程，2010，26（2）：187-192.

[5]马伟东，王国波，谢伟平.武汉市地铁车站结构的三维地震响应分析[J].铁道科学与工程学报，2008，5（4）：74-77.

单层钢结构工业厂房抗震设计分析篇6

我国是个地震多发国, 抗震设计显得尤为重要。而我国的单层工业厂房大多采用排架结构, 由屋盖系统、阶梯形钢筋混凝土柱及柱支撑、围护墙和隔墙等组成, 如图1所示。通过对单层工业厂房的震害调查, 总结单层工业厂房在地震中的破坏现象, 分析其破坏原因, 对震区企业的震后恢复重建具有重要的现实意义和指导价值。并可作为今后的结构设计中的参考依据。

1 单层工业厂房的典型震害

1.1 柱间支撑

柱间支撑是保证结构稳定的重要构件, 在地震中柱间支撑出现支撑斜杆的扭曲, 随之引起支撑与钢柱连接节点的破坏, 而交叉式支撑中部的连接处则出现节点板扭曲变形。当支撑与柱的连接节点为焊接时, 其破坏特征多呈现为焊缝断裂或节点板撕裂, 或者将连接处钢柱腹板拉裂;当支撑与柱的连接节点为螺栓连接时, 多呈现为:螺孔处的节点板断裂、支撑杆端的连接孔处断裂、连接螺栓剪断、支撑螺栓连接端部板开裂、支撑节点板与柱剪断等震害。据统计, 螺栓连接的支撑破坏高于焊接连接[2]。

1.2 柱顶与屋架连接节点

单层工业厂房为装配式结构体系, 构件的连接点是单层工业厂房的抗震薄弱环节。地震时如果连接节点遭到破坏, 整个结构的连续性和设计的传力途径遭到破坏, 产生的震害是十分严重的。钢结构厂房的重量主要集中在屋顶部分, 如果屋架与柱的连接节点遭到破坏, 致使屋架掉落, 会影响正常使用且造成巨大损失。一般屋架与柱的连接破坏以焊缝切断、螺栓剪断或拉坏等。图2为节点破坏情况;图3为屋盖系统破坏实例。

1.3 围护结构

维护结构的破坏主要表现为纵墙、山墙的塌落或者闪出破坏。造成该破坏的主要原因是维护墙与屋盖和柱子拉接不牢, 布置不合理等[2]。图4为围护结构破坏情况。

1.4 钢柱柱脚支座锚栓连接

柱脚破坏会造成柱子倾斜甚至导致厂房倒塌。其破坏特征主要表现为:柱脚支座的锚固螺栓剪断或拉坏, 支座的混凝土破坏脱落。1978年日本宫城县地震中的单层钢结构运动球房, 即为柱子倾斜引起结构整体倒塌的实例。图5为整排柱子倒塌。

2 震害分析

通过对多个工业厂房震害情况分析, 总结其破坏主要表现出如下特点:

1) 破坏多发生在构件与构件连接处, 并可能引起巨大的震害损失。

2) 螺栓连接比焊接连接破坏情况严重。

3) 支撑结构有局部破坏, 会对整体稳定的安全造成影响。

4) 围护墙结构倒塌情况严重, 且大多出现十字交叉的裂缝, 造成严重的经济损失[3]。

3 抗震设计措施

厂房抗震设计主要原则是力求简化结构的造型, 当结构复杂时可采用防震缝分为几个简单单元。当不能采用防震缝时, 应对薄弱环节处采取相应加强措施, 使厂房在地震作用下具有整体振动的特点[4]。

3.1 结构的布置

厂房的平面布置应力求体型简单对称均匀规正平直[5]。对于多跨厂房宜使各跨等长, 避免产生扭转效应。与厂房贴建的房屋和构筑物不宜在紧邻防震缝处。在地震作用下, 防震缝处排架的侧移量较大;当有贴建房屋时, 将产生互相碰撞同时约束结构变形, 造成严重破坏。厂房竖向布置, 要避免质量和刚度沿高度的突变, 多跨厂房各跨的高度宜相同, 使厂房沿竖向受力均匀、变形协调。厂房整体布置应力求厂房的质量和刚度分布均匀, 尽量使质心和刚度中心重合。

3.2 结构的重量影响

结构的重量越大, 结构受到的地震作用就越大, 震害就越严重, 反之震害就轻。因此, 单层工业厂房的屋盖体系应尽量采用钢屋架加轻质复合屋面板的新型屋面系统, 并保证屋架与柱子、屋架与屋面板的可靠连接;9度时屋架与柱子之间的连接宜采用钢板铰节点[6]。避免节点破坏引起的损失。

3.3 支撑系统的布置

震害表明, 支撑布置不足或不合格是造成房屋大面积倒塌的重要原因。柱间支撑作为单层工业厂房最主要的减震措施和传力体系, 应选用合理的支撑式, 确定合理的设置位置, 并注意柱间支撑与柱子之间的连接。

3.4 柱与连接点

单层厂房设计中, 排架是按铰接考虑的, 而实际构件为焊接连接, 刚度较大。在地震作用下, 排架结构有较大的侧向力。如设计中未考虑此作用力, 没有较大的延性会造成较严重的破坏, 因此, 采用螺栓连接, 可以起铰作用, 减小柱顶与屋盖间的震害破坏。

3.5 围护结构布置

围护结构的破坏多由于拉结不足或者高宽比较大造成破坏, 在以后的设计中应加强柱与墙的拉结, 调整高宽比, 局部可采用框架、轻质维护墙等措施减少震害。

3.6 厂房选址应避免建在断层上

4 结束语

单层工业厂房抗震设计时, 应从提高厂房整体的抗震性能着手, 使厂房在总体上满足抗震的要求, 而不仅仅考虑局部的构件和部位。随着对地震作用研究的深入, 对抗震设计的经验总结也越来越全面。同时, 抗震设计也越来越受到重视。工业厂房的抗震设计发展前景将会很广阔。

参考文献

[1]赵西安.从汶川地震看结构抗震设计与施工中的一些问题[J].建筑科学, 2008 (7) :97-98.

[2]王晓初, 王岩, 周宇环, 等.工业厂房抗震的概念设计[J].沈阳大学学报, 1997 (3) :54-57.

[3]GB50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].

[4]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社, 1998.

[5]陈骥.钢结构稳定理论与设计[M].北京:科学出版社, 2003.

钢结构抗震性能分析篇7

关键词：建筑结构,抗震设计问题,抗震设计方案

自然灾害的发生会对社会造成严重的伤害, 严重的灾害会导致人身安全受到威胁与财产受到损失, 我国的地震发生概率比较高, 对于地震的防御能力一直是建筑行业非常重视的方面。现在的科学技术不断上升, 我国的建筑结构抗震能力在不断加强, 根据一些先进的抗震设计方案结合我国建筑自身的特点不断设计适当的抗震方案进行建筑, 保证人身安全与财产稳定, 促进我国城市化建设的顺利发展。

1. 建筑结构抗震设计问题分析

1.1 抗震地点建筑的选择问题

在进行建筑施工的过程中不仅对施工技术等进行加强, 还需要针对抗震方面进行分析与研究, 在施工条件相同的情况下针对不同的施工地点会严重影响到施工抗震的效果。I因此针对这样现象, 对于施工抗震地点的选择非常重要。在进行建筑施工场地选择期间需要充分的掌握施工场地抗震性, 这是进行抗震性建设的基础与原则, 在进行建筑施工场地的选择期间, 一定要注意充分降低地震灾害造成的影响, 尽量选择一些抗震性较好的地方进行施工建筑, 对于抗震性或是一些多发地震以及自然灾害的地方一定的避而远之, 例如一些山川河流的边界、单独的山丘或是非岩质陡坡等【1】。针对一些风化现象比较严重、或是基层岩石稳定性比较差的地方需要在建筑中加强抗震技术, 选择抗震性较强的方案进行设计与建筑。逐渐加强抗震监督管理能力, 并且详细了解抗震的方面之后需要针对相关的地震原因等制定适当的抗震方案, 加强抗震类别的选择。针对一些湿线性黄土或是地基液化现象的发生等需要采取专业的改善措施进行改善与建设, 保证建筑的刚度与稳定性。若是建设的地点经常受到各种力层的影响, 大致土地不够均匀、土质比较松软或是在填土期间影响其稳定性的情况下, 需要对地震期间的土层下降与凹陷情况进行具体的计算与合理的规划, 根据具体的计算结构制定合理的改善计划, 加强地基建设或是加强建设整体的稳固性等, 来完善建筑地基的承受能力, 加强抗震效果。

1.2 房屋建设结构抗震机制的选择

房屋结构对于建筑的抗震效果具有非常重要的作用, 其中的房屋结构机制选择需要具备科学合理的原理, 对于其中的刚度进行适当的计算, 保证选择的房屋结构机制能够很好的避因为自然情况或是突发状况等造成的不稳定性, 因为建设比较薄弱的地方导致出现抗压能力减小或是抗震水平降低的现象发生。其次是对房屋构架机制的选择, 一定要注意其中的抗震功能的科学设计, 能够顺利的将抗震信息进行传输, 保证抗震期间有效措施的制定, 同时在纵向设计房间过程中, 一定要将房屋的垂直重力保持在规定压力之内, 计算出其中的垂直压力平均值, 根据平均值进行垂直压力的设定。在进行楼层建筑中的盖梁设计期间, 需要掌握其中垂直压力的变化, 尽量实现垂直压力能够利用最小的空间或是途径将其转移到柱子或是承重墙上, 保证在压力转换期间, 建筑物上面的纵向构架能够对其进行第二次转换, 以达到减小地震的振动力。最后是在选取房屋构架期间, 需要注意因为一些房屋构架或是建筑等出现破损, 导致整个建筑的抗压能力减弱, 失去重心的承受能力, 导致抗震性能与建筑的承受能力减弱。因为在建筑中将地震的压力经过一定的渠道进行转化, 将地震产生的振动进行分散, 利用优秀的结构变形以及抗震能力, 当出现地震的情况下能够很好的保证建筑物的稳定。

2. 加强建筑抗震能力的有效方案

2.1加强建筑中对于地震产生的外力振动的抗震能力, 在抗震能力提升的基础上制定合理的改善方案, 充分的保证建筑中的承重墙与房梁以及柱等形成一个平面, 在这个平面中完成对地震进行双性抗御的体系, 在这个建筑体系中不仅能够很好的减少地震对于建筑物的影响, 还能保护建筑物受到各种自然因素的伤害。这种建筑形态对对地震产生的破坏造成弯剪或是破坏, 防止地震对建筑物产生破坏, 降低地震的破坏能力。

2.2根据地震的登记对建筑中的梁、柱等进行抗震改善, 利用适当的改善措施加强其自身的抗震性能, 尽量保障在出现地震的情况中建筑物能够具有一定的抗震能力, 能够达到抗震要求的标准【2】。根据建筑构件中的各个原则:强节点弱构件、强剪弱弯、强柱弱梁等来进行建筑截面的设计, 对于建筑的材料等一定要进行严格的检查与使用, 保证建筑材料的标准与质量, 在保证建筑结构抗震性提升的基础上加强建筑整体的抗震能力。

2.3对于建筑结构中的抗震防线一定要多设计。正常在一个建筑结构中, 对于抗震结构的设计, 一定要在地震的影响下将其中一部分抗震性比较好的建筑构件作为第一道抗震防线中, 随后设置第二道抗震防线, 一定要保证抗震防线的设计环环相扣, 加强抗震的连环性, 这样才能提升全面抗震的效果, 不同地区对于这方面的建筑要求不同, 需要结合地区自身的需要进行抗震防线的设置。

2.4在一些地震发生概率比较高的地区, 对于建筑行业、地震监控以及抗震研究部门等需要保持相互之间的联系, 制定严格的抗震防御制度与体系, 对建筑的施工材料以及建筑的施工方案等一定要进行严格的审核, 经过专业的检查与鉴定之后在开始投入建筑, 保证建筑的各方面符合相关的规定与要求。

3. 结束语:

地震对于人们的伤害非常大, 需要人们针对不同地震发生的原因制定合理的抗震计划, 特别是在建筑方面, 一定要对建筑结构的抗震设计进行严格科学的审核, 提升建筑自身的抗震能力, 尽最大能力保证人们的人身安全以及减少财产损失。

参考文献

[1]赵建荣.建筑结构抗震设计若干问题的探究[J].科技创新导报, 2012, 06:45.

隔震结构的抗震效果分析篇8

相比传统抗震建筑,隔震建筑不仅在震时体现了其优越的抗震性能,也由于其上部结构只产生相对缓慢的平移,而在保护一些重要历史文物、个人财产等方面起到了重要作用,同时还能有效预防二次灾害的发生,并且震后仅需更换隔震装置,建筑物便可重新使用,对震后的恢复工作极为有利。

1 隔震结构动力分析

1.1 隔震结构动力分析模型

对于基础隔震结构,可将其上部结构视为刚性。故地震时结构体系的水平位移主要集中在隔震层,而上部结构只随隔震层做水平整体平动,基本不发生相对位移。因此,基础隔震结构便可简化为一个单质点的动力分析模型(见图1,图2)。

1.2 隔震结构的加速度反应分析

在单质点动力分析模型中,假设结构的质量、刚度、阻尼分别为 $m ‚ k ‚ c ‚ \overset{\cdot \cdot}{x}_{g}$ 为地面水平加速度。故地震作用下该体系的动力方程为:

$m \overset{\cdot \cdot}{x} + c \dot{x} + k x = c \dot{x}_{g} + k x_{g}$ (1)

由式(1)可得到隔震结构加速度反应的衰减比Ra:

$R_{a} = \frac{| \overset{\cdot \cdot}{x} |}{| \overset{\cdot \cdot}{x}_{g} |} = \sqrt{\frac{1 + (2 ξ β)^{2}}{(1 - β^{2})^{2} + (2 ξ β)^{2}}}$ (2)

其中, $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n} (ω$ 为地震动的振动频率,ωn为隔震结构的固有频率, $ω_{n} = \sqrt{\frac{k}{m}})$ ;ξ为阻尼比。

Ra=1时表示结构的加速度响应既不放大也不减小,也即为隔震结构与传统抗震结构的理论分界线值,而此时 $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n} = \sqrt{2}$ 。也就是说, $R_{a} ≺ 1 (β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n} ≻ \sqrt{2})$ 时,结构的加速度响应衰减,发挥出隔震作用。

从图3可以看出, $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n} ≻ \sqrt{2}$ 后,加速度衰减比Ra≺1,并且随着β的增加而减小。同时, $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n} ≻ \sqrt{2}$ 后,加速度衰减比Ra会随着阻尼比ξ的增大而呈现增大的趋势。因此,减小阻尼比ξ和结构自震频率ωn可以减小隔震结构的加速度响应。

一般情况,隔震结构在抗震设防地震作用下的基本周期,约为相应不隔震结构基本周期的3倍左右。以某一确定的阻尼比和频率比(如 $ξ = 0.2 ‚ β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n} = 2.5 \sim 4.0)$ 进行分析,可分别得出隔震结构的加速度反应衰减比与传统抗震结构的加速度反应衰减比,发现:隔震结构的加速度反应可减小至传统抗震结构的1/20～1/10。

1.3 隔震结构的位移反应分析

设上部结构与隔震层的相对位移为D,在地震作用下结构的动力微分方程为:

$m \overset{\cdot \cdot}{D} + c \dot{D} + k D = - m \overset{\cdot \cdot}{x}_{g}$ (3)

由式(3)可得到隔震结构位移反应放大比Rd:

$R_{d} = \frac{| D |}{| D_{g} |} = \frac{(ω / \tilde{ω}_{n})^{2}}{\sqrt{[1 - (ω / \tilde{ω}_{n})^{2}]^{2} + (2 ξ ω / \tilde{ω}_{n})^{2}}}$ (4)

从图4不同β下Rd—ξ关系曲线可以看出:当ξ≺0.5时, $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n}$ 越大,隔震结构的位移反应放大比Rd越小;当ξ≻0.7时, $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n} 越大$ ,隔震结构的位移反应放大比Rd越大;当ξ=0.5～0.7时,隔震结构的位移反应放大比Rd与 $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n}$ 关系不明显。而 $β = \tilde{ω} / \tilde{ω}_{n}$ 一定时,位移反应放大比Rd受阻尼比ξ影响较小。因此,减小结构自震频率ωn(ξ≤0.7)和增大阻尼比ξ可以减小隔震结构的位移反应。

2 隔震结构特性测试

魏陆顺,周福霖等人测试了福建省防震减灾指挥中心在环境振动和隔震层发生初位移时结构的动力特性,从而得到了该隔震结构的前3阶频率、振型和阻尼比,同时还测得了隔震层在小变形时的滞回性能和加速度响应。最终测试结果表明:在隔震层发生初位移时,结构的卓越周期比在环境振动作用下的周期长,且有较大的振型阻尼比;而在地震时,隔震结构能够有效的减小结构的地震作用。

3 隔震结构经历实际地震时的抗震效果

1995年1月17日,日本兵库县南部发生7.2级地震,在神户市一栋隔震建筑——松村组技术研究所研究大楼得到了地震观测记录,同时对该建筑物边上的一栋传统抗震建筑物也进行了观测(见表1)。

cm/s2

松村组技术研究所研究大楼为三层的钢筋混凝土结构,其隔震层共使用了8个高衰减积层橡胶。从表1中数据可以看到,传统抗震建筑的反应增幅较大,而隔震建筑的反应增幅明显相对较小,其中屋顶的加速度相比,隔震建筑只相当于传统抗震建筑物的1/4～1/2.5,且其各方向上屋顶与一层的反应加速度相差不大,隔震效果显著。

4 结语

从以上动力分析、结构特性测试和实际抗震的结果可以得出以下结论:

1)减小结构自震频率ωn(ξ≤0.7时)可以同时减小隔震结构的加速度响应Ra和位移反应Rd;而减小阻尼比ξ虽可以减小隔震结构的加速度响应Ra,但结构的位移反应Rd会增大。因此,进行隔震设计时,要合理选择隔震结构的阻尼和刚度。

2)隔震建筑的抗震效果明显。从理论上,隔震结构的加速度反应可减小至传统抗震结构的1/20～1/10,而实际应用中可以达到1/4～1/2.5。

3)在隔震层发生初位移时,结构的卓越周期比在环境振动作用下的周期长,且有较大的振型阻尼比。

参考文献

[1]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[2]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社,1997:49-51.

[3]CECS160∶2004,建筑工程抗震性态设计通则及条文说明(试用)[S].

[4]党育,杜永峰,李慧.基础隔震结构设计及施工指南[M].北京:中国水利水电出版社,2007:9.

[5]魏陆顺,周福霖,陈建秋,等.隔震结构特性测试研究[J].振动与冲击,2007,26(3):150-165.

工民建结构抗震分析篇9

概念设计就是从结构总体方案设计开始, 就运用人们对建筑结构抗震已有的正确认识去处理结构设计中将遇到的问题, 诸如建筑体型、结构体系、刚度分布、构件延性等。从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理, 再辅以必要的计算和构造措施, 以消除建筑物抗震的薄弱环节, 达到合理抗震设计的目的。也就是说概念设计是在特定的建筑空间及地理条件下, 用整体概念来考虑结构的总体方案, 依据结构总体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想, 从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部构造措施的宏观控制。概念设计受到国内外工程界的普遍重视, 并将发挥更大的作用。

1 概念设计的重要性和必要性

随着社会经济的发展和生活水平的提高, 人们对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论, 加强计算机的应用, 加快新型高强、轻质、环保建材的研究与开发, 使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济已成为当务之急。而且针对建筑结构设计的现状, 提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性, 推动结构设计的发展, 是非常有必要的。这就需要工程界和教育界共同的努力, 而推广概念设计思想是一种有效的办法, 分析如下:

1.1 建筑抗震设计规范 (GB50011-2001) (以下称新抗震规范) 以可靠度理论为基础, 吸收了延性设计的思想。

但对于一些具体问题, 例如“中震可修”的设防目标等, 规定相当模糊。所以我们不能盲目地照搬照抄规范, 应该把规范作为一种指南和参考, 并在实际工程应用中作出正确的选择。这就要求我们对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识, 把概念设计应用到实际工作中去。

长期以来, 人们认为结构设计很简单, 只需遵循规范和手册, 等建筑师完成建筑设计后, 使用计算机就可以完成结构设计。但这不能充分地运用结构设计者的知识和技能, 而且还会与建筑设计方案产生分歧和矛盾。所以我们应考虑在结构设计中如何运用概念设计, 比如结构的抗风设计与抗震设计, 抗震设计要求能消减外荷载, 吸收或转换震动的能量;而抗风设计则要求结构在风的作用下动力效应较小, 刚度较大。这一矛盾必然影响结构体系的抗风和抗震性能。为了弥补这一缺陷, 需要合理的概念设计与延性构造措施来加以保证。

1.2 概念设计的重要性, 还体现在方案设计阶段。

初步设计过程是不能借助计算机来实现的, 这就需要结构工程师综合运用结构概念, 选择最为可靠、经济的结构方案。为此, 需要工程师不断地丰富自己的设计理念, 深入了解各类结构的性能, 并能有意识地、灵活地运用它们。运用概念性近似估算方法, 可以在设计方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案往往概念清晰、定性准确, 避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算, 具有较好的经济可靠性能。同时, 这也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。美国一些著名学者和专家曾说过:“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。”计算软件的选择和使用不当, 也会造成结构设计的不合理, 甚至影响到建筑物本身的安全性。应用概念设计的思想, 可以避免此类情况的发生。

1.3 新抗震规范提出了在建筑物内设置地震反应观测系统的

要求, 并提出了结构两个主轴方向的动力特性 (周期和振型) 相近的抗震概念。所以在结构概念设计中还应该注意结构与场地的共振问题。例如在唐山地震时, 天津塘沽地区的7-10层框架结构房屋破坏严重, 而3-5层的砖混结构住宅却只有轻微损坏。后来经调查发现, 框架房屋的自振周期和场地的卓越周期一致导致共振, 而3-5层砖混住宅的自振周期远低于场地的卓越周期, 因此破坏较轻。

1.4 建筑结构的抗震设计, 存在着许多模糊而且不确定的因素。

例如地震作用是一种随机性很强而且循环往复的荷载, 建筑物的地震破坏机理又十分复杂, 要准确计算或预测建筑物所遭遇的地震特性和参数, 还难以做到。风荷载的脉动性与涡流作用情况也是如此。因为建筑物受到的地震作用难以确定, 所以适用、安全、经济的结构体系必须注重概念设计。

2 概念设计的理解及应用

结构抗震设计的目的是使结构在强度、刚度、延性以及节能等方面取得最佳, 从而满足“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的要求。在当前的科技水平和经济条件下, 为了保证结构具有可靠的抗震性能, 概念设计应充分考虑以下因素:场地条件和场地土的稳定性, 建立结构计算模型, 抗震结构体系的选取, 材料效用, 风作用、温度作用以及结构的空间作用等。

2.1 现行抗震计算模型的理解和应用

新抗震规范规定:一般情况下, 应允许在建筑结构的2个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算, 各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。而实际结构难以实现强柱弱梁的主要原因则是计算模型问题。即:仅仅对相互正交的2个主轴方向进行内力分析和强度设计, 不能真实反映结构的空间作用。所以, 应用概念设计的原理, 结合大量震害和试验研究成果, 所得出的结论是:构件的最不利受力状态随着构件和地震作用方向而变化。当地震作用方向与结构主轴方向一致时, 梁处于最不利受力状态;当地震作用与结构的主轴方向呈45度时, 大多数柱处于最不利受力状态。

2.2 结构薄弱部位抗震构造措施的理解和应用

结构薄弱部位的处理, 如建筑平面外墙转角处的转角窗, 限制了角部结构竖向抗侧力构件的设置, 如果采用概念设计, 解决这一问题的方法是2竖向构件间应设厚板、暗梁等可靠拉结。再如, 由于节点部位的重要性, 所以引入抗裂性的概念, 以此来比较梁、柱节点偏心所引起的节点性能的变化。建议在地震区, 不宜采取梁柱偏心过大的节点形式, 而且构件节点的承载力不应低于其连接构件的承载力。

3 建筑结构抗震设计的前景展望

结构抗震体系由传统的以“硬抗”为主的抗震体系向以“柔抗”为主的结构减震控制体系发展。结构减震体系采用的是以“柔”克刚的新概念, 它通过调整结构动力特性、隔震、减能或控制来达到抗震的目的, 在未来的工民建中结构抗震的思路将向着减轻危害的方向发展。

4 总结

工业与民用建筑结构抗震设计分析篇10

关键词：工业与民用建筑；结构抗震；设计思路；必要性与重要性；建筑结构

一、概述

地震是我国一种极为常见的自然性灾害，在建筑结构领域其危害性是不言而喻的，严重的时候甚至会造成建筑物倒塌，危害着人们的生命与财产安全，这对于建筑的直接使用者的人生安全带来了极大的威胁。随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高，人们对建筑的要求也更加的严格，除了对于建筑物外观与形式上的要求，人们对于建筑物安全性、实用性和环保性的要求也逐步提高，针对当前我国建筑抗震性较差的现状。因此，工业与民用建筑在结构设计过程中，应该将抗震设计工作做好，保证其在正常使用中始终保持良好的抗震性能，保证在地震灾害来临时保证强大的稳定性。

二、结构抗震设计的重要性

我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。每年因为全国各地的地震所造成的人身意外与财产损失不计其数，究其原因，主要是因为建筑物缺乏必要的抗震设计。所谓抗震设计，是指对建筑物进行抗震设计。其中主要包括地震作用、抗震承载力计算和采取抗震构造措施来达到抗震的目的。对建筑物进行抗震设计主要是为了保障安全，所采取的措施应是与国民经济相适应的。举例来说，如果希望建筑物在地震过后依然完好无损，这不仅在抗震设计过程中会增加造价，而且在技术上对于设计人员也具有极高的挑战性。相反，如果抗震设计要求过低，使用者的安全必然会成为严重问题，可谓是后患无穷。基于国际趋势，从我国实际国情出发，提出一个适当的抗震设计标准是非常重要的。因此，国家也出台了相应的政策和措施，例如《建筑抗震设计规范》就提出了“三水准”的抗震设防目标：小震不破坏，可正常使用；设计烈度地震可修复使用；遭遇大震时不倒塌。

三、工业与民用建筑结构形式的特点

通过分析我国工民建结构抗震设计要求，可将工业与民用建筑的结构主要分成钢结构、砖木结构、框架结构及砌体结构等不同种类，下面主要针对这几种建筑结构形式的主要特点进行分析。

3.1砖木结构

砖木结构中，建筑的屋顶和楼板等皆采用木材作为主要承重结构，这种结构在我国传统民居非常常见，其优点在于结构简单、成本低廉柔韧性和适应性强，但其缺点是砖木结构不能保证砂浆的质量，所以现如今这种结构的建筑物已不多见，通常抗震能力比较差。

3.2砌体结構

砌体结构是一种比较常见的工业与民用建筑结构，通常情况下，进深与开间较小且较为规整、内墙较多的房屋会采用这种结构。因此，采取这种结构形式的建筑其抗侧力刚度是较好的。但是砌体结构的抗变形能力差很多，很容易出现开裂等问题，一旦遇到地震，砌体结构的建筑将会出现破损甚至局部坍塌的严重问题。

3.3钢结构

在目前我国的建筑行业中钢结构的使用范围非常广泛，钢结构可以充分保证建筑的强度、刚度、塑性和延性。钢结构自身重量较轻，加之其延性和塑性极高，因此可以有效地提高建筑物的抗震能力，避免建筑物出现倒塌的情况。然而，钢结构的耐火性能差，一旦发生火灾极易出现建筑安全问题，建筑成本也相对较高。

3.4框架结构

框架结构是指由梁、柱铰接成承重系统的建筑结构，这种结构的自重比较轻，同时空间分隔非常灵活，不仅可以保证建筑结构的抗震能力，同时还能节省建筑耗材，其缺点在于本身的刚度不足。

四、常见的工民建结构抗震的设计方法

首先，设计人员应以工民建筑结构的基本构造为主要设计原则。我国对于建筑的屋顶电梯，楼道构造的设计等等都已经有强制性的规范内容，进而使整个建筑成为一个较为牢固的整体，加强提出部分和其余部分的吻合度。

其次，设计人员应当以工民建筑规划和场地为依据。为了提高工民建的抗震水平，很多开发商修建建筑之前事先都需要对建筑场地进行科学准确的测定和选择。合理的设计抗震层也是结构抗震设计中的必要环节，抗震层对于建筑物未来的稳定性具有十分重要的作用。众所周知，建筑物的使用周期较长，对于建筑出入口的障碍物将严重妨碍地震发生时人员的疏散速度，所以，对于建筑出入口的障碍物必须进行及时的清理，建筑专业进行设计时应当适当提高出入口的高度和宽度，确保使用者在发生紧急情况时能够及时的流通和疏散。

最后，设计人员应当以结构性能目标为依据。工民建筑抗震设计目的在于当地震发生时能够在最大程度内保障人员的安全疏散和撤离，将人员伤亡和财产损失尽量控制在最低限度。有效的预防地震灾害所带来的严重损失。

结束语：建筑的抗震设计对于一栋建筑整体的优劣评价具有较大的影响，建筑结构的防震设计是保证建筑物稳定的基础，也是对人们生命及财产安全的有效保障。

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性能抗震分析02-18

抗震性能分析02-18