抗震性能分析

关键词： 砖混 建筑 性能 抗震

抗震性能分析（精选十篇）

抗震性能分析 篇1

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.

桥梁抗震的分析方法 篇2

针对我国桥梁抗震研究的重要性,对当前桥梁抗震分析方法中的确定性分析方法及概率性分析方法进行了论述,指出同一桥梁对不同地震动输入有不同地震反应,合理的地震动输入至少应是桥址区的`可能地震动,强调了大力发展桥梁抗震随机分析方法的必要性.

作 者：杨斌 纪延安 杜昊璇 YANG Bin JI Yan-an DU Hao-xuan 作者单位：杨斌,YANG Bin(上海市第一市政工程有限公司,上海,200083)

纪延安,JI Yan-an(贵州大学土木建筑学院,贵州,贵阳,550003)

杜昊璇,DU Hao-xuan(上海市隧道工程轨道交通设计研究院,上海,200070)

基于性能的抗震设计 篇3

关键词：抗震结构设计基于性能的抗震设计

0 引言

汶川地震、玉树地震和芦县地震使人们再次看到抗震结构设计的重要性，如何提高抗震性能又保证经济效益，是我们面临的一大问题。随着经济水平的提高，我国的超限高层建筑工程越来越多。这些工程在房屋高度、规则性等方面都不同水平地超过现行标准规范的适用范围，如何进行抗震设计缺少明确具体的目标、依据和手段，按照《全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会抗震设防专项审查办法》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》等的要求，需要根据具体工程实际的情况，进行分析、研究，必要时还要进行试验，从而确定采取比标准规范更加有效的抗震措施，设计者的论证还需要超限额审查，以期保证结构的抗震安全性能，这就提出了基于性能的抗震设计。

1 传统的抗震设计方法局限性

按我国抗震规范进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需要修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即“小震小坏，中震可修，大震不倒”的多级设计思想，但其实质是以保证人的生命安全为原则的一级设计理论。其设计方法采用：小震不坏采用结构线弹性验算；中震可修及大震不倒采用加强结构构造措施及薄弱层弹塑性验算。这样设计的建筑物可以避免主体结构倒塌而保证人的生命，但地震所造成的正常使用功能的丧失和巨大的社会经济损失，很可能会大大超出社会和业主可接受的程度。纵观现行抗震理论和设计方法中存在的问题，可总结如下：①对损失的控制不力，对业主的要求难以满足；②结构性能概念不明确，设计透明度小；③结构性能标准缺乏灵活性；④结构性能目标实现过程的误区。

2 基于性能的抗震设计PBSD（Perform Based Seismic Design）

2.1 概念。近年来，地震工程学者从不同的角度致力于抗震设计原理与方法的完善，其中最引人注目的进展是以结构性能评价为基础的抗震设计理论（Performance2based Seismic Design Theory）和基于结构性能的地震工程学（Performance2based Seismic Engineering）

美国ASCE-41 SEI对PBSD 的定义，在分析和设计中采用弹性静力和弹塑时程分析，基于不同设防水准地震作用，达到不同的性能目标。来实现一系列的性能水准，不同的结构形式采用不同的性能水准，建议采用建筑物层间变形来定义结构和非结构构件的性能，而且ASCE-41SEI适合于设计方法从线性静力延伸到弹塑性时程分析与多级性能水准结构的分析，可以利用随机地震动概念提出了许多种性能目标。

美国ATC-40对PBSD的定义为“基于性能的抗震设计是指结构的设计准则由一系列可以实现的结构性能目标来表示，主要针对钢筋混凝土结构并且建议采用基于能力谱的设计原理”。显然，ATC-40建议使用能力谱方法对钢筋混凝土结构进行抗震设计。

基于性能的抗震设计使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，业主设计者可选择所需的性能目标，提出满足性能要求的方案论证（结构体系、详细分析、必要的试验、抗震措施）来通过专门评估。

2.2 性能目标。建筑物抗震设计的性能目标指某一设定地震地面运动（如在给定年限内超越概率63%、10%和2%—3%的小震、中震和大震）下建筑的预期性能水准。根据图1及图2，可把结构的性能水平分为以下四个阶段：

接近倒塌（Collapse Prevention,简称CP）

生命安全（Life Safety,简称LS）

基本运行（Immediate Occupancy,简称IO）

充分运行阶段（Operational,简称OP）

■

■

2.3 分析方法。①大震静力弹塑性，又称Push-over方法，在水平位移控制下推覆结构，按一定荷载分布形式施加水平荷载，施加竖向荷载后作为初始状态，建立弹塑性模型，从而得到薄弱层和能力需求曲线交点（能力点）。②中震弹性，采用弹性分析程序对结构进行设计，通过设定内力调整参数及组合系数。③小震弹性。0.90.750.60.

450.30.150。④大震动力弹塑性，建立弹塑性模型，进行时程分析后可得结构的内力及变形响应。在施加竖向荷载后作为初始状态，对结构施加地震波，基于性能的设计方法的关键在于结构弹塑性分析方法，而基于纤维模型的弹塑性时程分析方法是目前最可靠且效率高的方法之一，但塑性动力时程分析计算结果受到地震波以及构件恢复力和屈服模型的影响大，且计算分析工作繁琐，只是能准确而完整地得出结构在罕遇地震下的反应全过程，要尽量使构件恢复力模型符合构件的实际特性，在设计重要高层建筑结构采用该法时，注意好各方面问题。

在这里还要提一下时程分析法中选取地震波的问题：时程曲线从地方地震设计部门提供的人工模拟曲线及实际记录时程曲线中挑选。这些时程曲线分析后得到的小震下（63%超越概率）的基底剪力与规范振型反应谱产生的小震下的基底剪力作了比较，发现满足规JGJ3-2002 Section 3.3.5的要求，即单个时程分析计算基底剪力结果应大于反应谱法结果的65%，时程分析的基底剪力结果的平均值应大于反应普法结果的85%。

■

3 结语

3.1 基于性能的抗震设计是国际上一种发展趋势，超限高层结构设计采用基于性能的抗震设计理念和方法是可行的，有利于技术进步和创新。基于性能的抗震设计理论可完善简化的规范设计、为规范设计的不同性能水准提供一个有效的选择、改进已有建筑的评估和翻新、改进和完善区域损失估算、提高历史地震斟察的适用性、提高地震工程研究的效率等。

3.2 要不断总结震害经验，针对新结构、新技术进行试验和理论研究，对计算方法要不断改进完善。

参考文献：

[1]夏支贤，马健，申俊昕，张焱，翟红丽.云南龙江特大桥保山岸锚碇应力分析[J].价值工程，2013(08).

[2]翟红丽，王进，王承格.高地震区高速公路无伸缩缝半整体式桥梁的抗震研究[J].价值工程，2013(08).

[3]黄春霞.多层砌体房屋震害及抗震措施[J].价值工程，2011(03)

[4]欧阳平.浅析住宅建筑的抗震施工技术及应用[J].价值工程，2012(32).

[5]欧阳平.现代建筑玻璃幕墙概述[J].番禺职业技术学院学报，2006(02).

[6]陈洁.简述桥梁结构抗震设计与设防措施[J].价值工程，2013(10).

作者简介：

闫怀青（1963-），男，山东人，现任广空珠海办事处主任，学士学位，研究方向为生态军营建设、工程设计等。

抗震性能分析 篇4

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.

论民用建筑的抗震性能 篇5

摘要：地震中由于建筑损毁而带来的严重人员伤亡，引起了大家对于自己所处的各种建筑抗震性的关注。作为地震中最威胁我们生命安全的建筑而言，什么结构的房屋比较抗震成了市民关注的焦点，本文着重论述民用建筑结构与建筑物抗震性能之间的关系。

关键词：民用建筑 结构 地震 抗震

汶川大地震中由于建筑损毁而带来的严重人员伤亡，引起了大家对于自己所处的各种建筑抗震性的关注。作为地震中最威胁我们生命安全的建筑而言，什么结构的房屋比较抗震。很多市民认为高层比砖混好，其实不是这个道理。虽然砖的强度比混凝土弱一些，但是抗震性能高低主要取决于建材质量的好坏及承重结构的连接形式、施工质量和地基的状态。而砖混结构的建筑，则通过增加圈梁、柱子的数量，增强房屋的整体性。因此在设计规范中，不同建筑结构的楼盘抗震标准是一样的，建筑结构工程师都会保证抗震性能，没有“塔楼比砖混结构的多层效果好”等说法。

地震发生时，人们通常用地震烈度来描述地面遭受地震影响和破坏的程度，简称烈度。烈度的大小是根据人的感觉，室内设施的反应，建筑物的破坏程度以及地面的破坏现象等综合评定的，它的单位是“度”。即地震烈度是地震发生后地面建筑物或其他物体遭受破坏的程度。震级与烈度虽然都可以反映地震的强弱，但含义并不一样。同一个地震，震级只有一个，但烈度却因地而异，不同的地方烈度值不一样。对于建筑物的设计而言，国家有关部门根据全国各地历史统计规律及地震研究成果的相关数据规定不同的房屋抗震设防烈度，具体来说就是建筑物能够防止相应地震烈度的破坏程度的能力，也就是建筑物的抗震能力。各个城市及地区的抗震设防烈度都不相同，而一般建筑物的使用年限是50年，也就是相应的抗震设防烈度维持功效的年限是50年。

目前民用建筑最常见的建筑结构形式主要包括：钢结构、框架结构、砖混结构和砖木结构。这4种结构的建筑在抗震方面有着一定的区别：

（一）钢结构建筑 抗震级别★★★★

钢结构建筑被誉为21世纪的绿色建筑之一，其独特的可循环使用的建筑结构，符合发展节能省地建筑和经济持续健康发展的要求。钢结构建筑一是重量轻、强度高。用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的二分之一左右，实用面积比钢筋混凝土住宅提高4%左右。二是抗震性能好。由于钢材的匀质性、强韧性，可有较大变形，能很好的承受动力荷载，具有很好的抗震能力。从国内外震后调查结果看，钢

结构建筑倒塌数量最少。从理论上讲钢结构的建筑比框架跟砖混的结构结实的多，使用年限也长。不过，由于钢结构建筑的造价比较高和其它原因，目前应用不是非常普遍。随着高科技的发展，人们的观念与生活方式也将不断更新与变化，对建筑总体质量的要求也将不断提高，钢结构建筑将使人们的首选结构形式。

（二）框架结构建筑 抗震级别★★★

即由钢筋混凝土浇灌成承重梁柱，组成骨架，再用空心砖或预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成的建筑。墙主要是起围护和隔离的作用，由于墙体不承重，可以用各种轻质材料制成。框架结构建筑的优点是抗震性能好，结构牢固，使用寿命长，房屋的结构可以随客户的意愿而改变，大开间建筑均采用此结构。梁、板、柱等承重构件，可以预制，也可以浇注，现浇的房子抗震度比较高，防水性比较好，目前大多数框架结构都采用现浇。框架结构中，还有一种框煎结构建筑，又名框架剪力墙结构，它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。这种结构的建筑在抗震性能上也有不错的表现。

（三）砖混结构建筑 抗震级别★★

砖混结构是由砖墙支撑和现浇、预制钢筋混凝土板盖成的建筑。由于建材质量和施工质量的不同，抗震性能悬殊。砖的抗压性强，但韧性差，一遇到6、7度地震破坏就会局部开裂和散落，8度时裂缝会更大，稳定性差的会倒塌。但施工质量确实好，砖的形状规则，砂浆的强度高，灰缝均匀，这类房屋只有在10度时才会被严重破坏或倒塌。通常这种结构房屋易发生问题的部位和构件有：跨度大的横梁、楼梯间墙体和开有较大洞口的墙体等。地震发生时，住户应避开这些部位和构件进入结构稳定并具有小空间的部位，如厕所、小厨房等较安全。

砖混结构抗震性能好于砖砌体结构，占混结构在唐山地震经历了考验，受灾小很多，这种结构经济实惠，会便宜一些，冬暖夏凉，砖混结构建筑一般以多层为主，其抗震性能比起上述两者相对弱一些。底层框架的结构抗震最不利，主要是出于建筑使用功能才这么做的，底层柱子比较少，容易出现薄弱、破坏。一般首层破坏，上部结构就整体掉下去。

（四）砖木结构 抗震级别★

此类建筑在我国的农村较为普遍，用砖墙、砖柱、木屋架作为主要承重结构的建筑，这种结构建造简单，材料容易准备，费用较低，稳定性较差，6、7度地震时极易倒塌，所以这类房屋的住户在地震时特别要注意墙倒砸人。

面对可能发生的破坏力巨大的地震，我们可以注意这样几点：

（一）房子的体型。体型规则、均匀、对称的房子抗震能力强。上大下小头重脚轻的房屋体型叫竖向不规则，平面局部凸出的L型、“丁”字形体型叫平面不规则，一头沉一头轻的叫扭转不规则，不规则建筑抗震能力都较差。

（二）地震除了和房子的建筑结构形式有关，与户型也有着很大的关系。跃层、复式和错层户型的房子虽然在居住的舒适和美观度上有着平层无法比拟的优势，但是从抗震的能力上来讲，平层的房子抗震性最好。

（三）新房优于老房。较早的房子依据的抗震设防标准相对较低。由于认识水平和财力的增长，后建的房子抗震能力相对较强。一般说抗震标准会根据实际情况每10年进行一次调整，随着社会经济各个方面的发展，它也是越来越严格，标准也在不断地提高。从这一点来说，年代越是久远的房子抗震性能就要差一些。

（四）建筑材料的质量。混凝土标号够不够，钢筋是否合格，有没有偷工减料等都很重要。

（五）房子的施工质量。住宅抗震性能的高低主要取决于建材质量的好坏，照图施工、技术到位，房屋质量就好，否则设计再好，施工质量差也会出问题。

（六）“证件”齐全保平安。开发商是否能提供商品住宅楼的《住宅质量保证书》、《住宅使用说明书》等相关文件。在这些文件中，对于包括防震抗震性在内的房屋安全性能都

会有较具体的说明。另外查验开发建设单位的相关验收手续，也是购房者对房屋的防震抗震性能进行考察的最简单也最有效的方法。

（七）居家装修也要防震。在房屋的设计中，有许多结构都是按照房屋的抗震需要建造的。屋内有些地方是坚决不能改动的，否则一旦破坏房屋的整体防震设计，在遇到地震时就极为危险。尤其是目前有不少临街居民楼1层、2层改为商铺。一般情况下，如果一楼的一户居民将承重墙拆除，将会导致该楼的抗震性能减弱和负荷力出现异常，如果此时发生强地震，楼体很可能会发生整体坍塌。另外，承重墙也不能随意凿洞，屋内墙上的门窗尺寸也不能随意拆改，扩大原有门窗尺寸或者另建门窗，这也有损于房屋的抗震性。

综上所述，房屋的抗震能力是设计、施工、监理、质检、业主共同作用的结果，希望我们在以后的工作和生活中共同努力，造就美好的生活空间。

作者：孙军

楼梯对主体结构抗震性能的影响分析 篇6

在以往结构设计中一般是将楼梯部分的荷载转化为等效荷载加到周边构件，梯板、平台板、梯柱等构件单独计算，没有考虑楼梯参与结构整体的计算分析，关于楼梯构件对结构整体的抗震性能影响不很清楚。

以往这种将楼梯部分简化为等效荷载的考虑方式使我们现在的设计中存在重大的安全隐患。楼梯是重要的逃生通道，楼梯破坏意味着逃生通道被截断。在5.12地震中大量楼梯构件在地震的反复作用下发生破坏，导致逃生人员不能顺利逃离，失去了宝贵的生命，在地震中，楼梯对周围构件的影响主要有两种体现，一种为楼梯间的整体破坏，另一种为楼梯间角柱的剪切破坏。作为结构设计人员，我们有责任从灾难中总结经验教训，并运用到以后设计中。

汶川地震发生后，规范编制组对《建筑结构抗震规范》GB50011-2001进行了局部修订，在3.6.6.1条中新增了“计算中应考虑楼梯构件的影响”，该条的条文说明中介绍“本次修订，考虑到楼梯的梯板等具有斜撑的受力状态，对结构的整体刚度有较明显的影响。建议在结构计算中予以适当考虑。”。之后规范编制组提出了《建筑结构抗震规范》GB50011-20xx的征求意见稿，在6.1.5条中新增了“楼梯间的布置不应导致结构平面显著不规则，并应对楼梯构件进行抗震承载力验算”，在6.1.15条中新增了“楼梯休息板的横梁和楼梯边梁不宜直接支承在框架柱上，支承楼梯的框架柱应考虑休息板的约束和可能引起的短柱”。 这也反映出楼梯做为整体结构的一部分要参与到整体分析中的必要性和迫切性。

本文通过对典型算例的分析来探讨楼梯对主体结构抗震性能的影响。

二、模型简介

本文研究的算例为典型的4层钢筋混凝土框架结构宿舍楼，按楼梯位置的不同分为6种情况，其平面布置图如图2.1，2.2所示。算例的基本参数为：纵向7×6m，横向6m+2.4m+6m，层高3.6m，楼板厚均为100mm，梯板140mm，楼梯休息平台板100mm；梁、柱、板采用混凝土C30，纵向钢筋HRB400，箍筋HRB335；场地类别Ⅲ类，抗震设防类别7度（0.15g），设计地震分组第一组，抗震等级三级。

假定所有构件均为均质材料，框架柱与框架梁连接简化为固接，次梁与框架梁连接简化为铰接，楼板与边梁的连接简化为简支。

柱、梁（包括楼梯柱、梁）采用直线杆单元模拟，直线杆单元为空间杆件单元，具有双向弯曲、扭转、轴向变形、双轴剪切变形效应。楼板采用膜单元模拟，膜单元只给结构提供平面内的刚度，不提供平面外的刚度，只承受面内的力和法向弯矩。

三、在地震作用下楼梯构件对整体结构的影响

通过对考虑楼梯在位置1时的模型和不考虑楼梯模型两种情况的有限元分析，将分析结果列于表3-1中，从表3-1中可知楼梯对结构X向和Y向的刚度都有影响，对Y向的影响最大。从图3.1可以看出层2位移角的变化最明显，随着层数的增加影响逐渐减少

四、楼梯布置在不同位置对框架结构的影响规律

1）设置两个楼梯时，从表4-1可以看出楼梯布置在平面位置2时Y向地震下顶点位移、层间位移角、层间位移比最小，结构的刚度最好，扭转变形的影响最小。

2）只设1个楼梯时，随着楼梯位置从楼层对称轴向两端改变，Y向地震下顶点位移、层间位移角、层间位移比等逐渐增大。层间位移比从位置6的1.03增加到位置4的1.34，说明楼梯刚度对框架结构的扭转变形影响很大。边柱A在Y向地震作用的轴力、弯矩和剪力在6位置比在1位置增大约37%。

3）楼梯不同布置在Y向地震作用下的计算结果比较见表4-1。

五、楼梯对楼梯间角柱的影响

以楼梯在位置1时为例，通过分析比较楼梯对楼梯间框架角柱的影响较大，对其他柱影响较小。楼梯间框架角柱和相邻柱在Y向地震作用下轴力见表5-1。

六、结论

通过分析软件的计算结果，可以得到以下结论：

1）楼梯构件对结构刚度有一定的贡献，结构刚度的贡献值随楼梯布置位置的不同而变化。当楼梯对称布置在平面的四分之一部位（即位置2）处时，对整体结构刚度的贡献值最大；当楼梯对称布置在平面的中间部位时，对整体结构刚度的贡献值最小。

2）楼梯间在平面布置上的不对称，造成结构平面刚度分布不均匀，扭转效应增大，设计时宜考虑楼梯间对扭转效应的影响。对于平面不规则的结构，当楼梯布置在结构的角部时，应将楼梯构件进行简化建入模型之中，在此基础上再进行结构的调整，才能够更加符合实际情况，有效的降低结构的扭转效应。

3）由于楼梯对结构刚度的贡献作用，使得与楼梯相连接的框架柱轴压力加大，轴压比变大，当框架柱的轴压比接近规范规定的相应限制时应引起注意。由于休息平台梁与框架柱相连，使得框架柱形成短柱，造成该框架短柱的剪切破坏，进而导致整体结构的破坏，这就要求设计人员必须采取可靠的构造措施来保证短柱部分安全可靠。但是现在大部分软件无法将楼梯与主体结构进行整体分析，建议取消与框架柱相连的休息平台梁，休息平台采用悬挑楼板的方式可以切实有效的解决短柱的问题。

通过以上分析可知，楼梯构件作为建筑物不可缺少的部分，在抗震性能方面对整体建筑有着不容忽视的影响，楼梯构件参与整体计算以后对整体结构周期、位移、地震力等都产生了一定的影响，实际设计中将楼梯简化为荷载，输入到模型中进行考虑的做法是偏于不安全的。作为结构设计人员，我们应当吸取经验，将楼梯模型与整体结构进行整体分析，并采用必要的构造措施，做到简化模型更加符合实际情况，更好的满足人们生产、生活的使用要求。

建筑工程抗震性能分析 篇7

1 建筑常见结构的抗震性能分析

目前, 民用建筑最常见的建筑结构形式主要包括:钢结构、框架结构、砖混结构和砖木结构。这四种结构的建筑在抗震方面有着一定的区别:

1.1 钢结构建筑的抗震性能。

钢结构建筑被誉为21世纪的绿色建筑之一, 其独特的可循环使用的建筑结构, 符合发展节能省地建筑和经济持续健康发展的要求。钢结构建筑一是重量轻、强度高。用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的二分之一左右, 使用面积比钢筋凝土住宅提高4%左右。二是抗震性能好。由于钢材料的匀质性、强韧性, 可有较大变形, 能很好地承受动力荷载, 具有很好的抗震能力。从国内外震后调查结果看, 钢结构建筑倒塌数量最少。从理论上讲钢结构的建筑比框架跟砖混的结构结实得多, 使用年限也长。不过, 由于钢结构建筑的造价相对较高和其它原因, 目前应用不是非常普遍。随着高科技的发展, 人们的观念与生活方式也将不断更新与变化, 对建筑总体质量的要求也将不断提高, 钢结构建筑将是人们的首选结构形式。

1.2 框架结构建筑的抗震性能。

由钢筋混凝土浇灌成承重梁柱, 组成骨架, 再用空心砖或预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成的建筑。墙主要是起围护和隔离的作用, 由于墙体不承重, 可以用各种轻质材料制成。框架结构建筑的优点是抗震性能好, 结构牢固, 使用寿命长, 房屋的结构可以随客户的意愿而改变, 大开间建筑均采用此结构。梁、板、柱等承重构件, 可以预制, 也可以浇注, 现浇的房子抗震度比较高, 防水性比较好, 目前大多数框架结构都采用现浇。框架结构中, 还有一种框剪结构建筑, 又名框架剪力墙结构, 它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合, 吸取了各自的长处, 既能为建筑平面布置提供较大的使用空间, 又具有良好的抗侧力性能。这种结构的建筑在抗震性能上也有不错的表现。

1.3 砖混结构建筑的抗震性能。

砖混结构是由砖墙支撑和现浇、预制钢筋混凝土板盖成的建筑。由于建材质量和施工质量的不同, 抗震性能悬殊。砖的抗压性强, 但韧性差, 一遇到6、7度地震破坏就会局部开裂和散落, 8度时裂缝会更大, 稳定性差的会倒塌。但施工质量确实好, 砖的形状规则, 砂浆的强度高, 灰缝均匀, 这类房屋只有在10度时才会被严重破坏或倒塌。通常这种结构房屋易发生问题的部位和构件有:跨度大的横梁、楼梯间墙体和开有较大洞口的墙体等。地震发生时, 住户应避开这些部位和构件进入结构稳定并具有小空间的部位, 如厕所、小厨房等较安全。

砖混结构抗震性能好于砖砌体结构, 砖混结构在唐山地震经历了考验, 受灾小很多, 这种结构经济实惠, 会便宜一些, 冬暖夏凉, 砖混结构建筑一般以多层为主, 其抗震性能比起上述两者相对弱一些。底层框架的结构抗震最不利, 主要是出于建筑使用功能才这么做的, 底层柱子比较少, 容易出现薄弱、破坏。一般首层破坏, 上部结构就整体掉下去。

1.4 砖木结构的抗震性能。

此类建筑在我国的农村较为普遍, 用砖墙、砖柱、木屋架作为主要承重结构的建筑, 这种结构建造简单, 材料容易准备, 费用较低, 稳定性较差, 6、7度地震时极易倒塌, 所以这类房屋的住户在地震时特别要注意墙倒砸人。

2 与抗震性能相关的要素

面对可能发生的破坏力巨大的地震, 我们每个人都希望自己的房子能够更加“坚固”一些, 对此, 我们可以注意这样几点:

2.1 房子的体形。

体形规则、均匀、对称的房子抗震能力强。上大下小头重脚轻的房屋体形叫竖向不规则, 平面局部凸出的L形、“丁”字形体形叫平面不规则, 一头沉一头轻的叫扭转不规则, 不规则建筑抗震能力都较差。

2.2 地震除了和房子的建筑结构形式有关, 与户型也有着很大的关系。

跃层、复式和错层户型的房子虽然在居住的舒适和美观度上有着平层无法比拟的优势, 但是从抗震的能力上来讲, 平层的房子抗震性最好。

2.3 新房优于老房。

较早的房子依据的抗震设防标准相对较低。由于认识水平和财力的增长, 后建的房子抗震能力相对较强。一般说抗震标准会根据实际情况每10年进行一次调整, 随着社会经济各方面的发展, 它也是越来越严格, 标准也在不断地提高。从这一点来说, 年代越是久远的房子抗震性能就越差一些。

2.4 建筑材料的质量。

混凝土标号够不够, 钢筋是否合格, 有没有偷工减料等都很重要。

2.5 房子的施工质量。

住宅抗震性能的高低主要取决于建材质量的好坏, 照图施工、技术到位, 房屋质量就好, 否则设计再好, 施工质量差也会出问题。

2.6 居家装修也要防震。

在房屋的设计中, 有许多结构都是按照房屋的抗震需要建造的。屋内有些地方是坚决不能改动的, 否则一旦破坏房屋的整体防震设计, 在遇到地震时就极为危险。尤其是目前有不少临街居民楼将1层、2层改为商铺的。一般情况下, 如果一楼的一户居民将承重墙拆除, 将会导致该楼的抗震性能减弱和负荷应力出现异常, 如果此时发生强震, 楼体很可能会发生整体坍塌。另外, 承重墙也不能随意凿洞, 屋内墙上的门窗尺寸也不能随意拆改, 扩大原有门窗尺寸或者另建门窗, 这也有损于房屋的抗震性。

2.7“证件”齐全保平安。

开发商是否能提供商品住宅楼的《住宅质量保证书》、《住宅使用说明书》等相关文件。在这些文件中, 对于包括防震抗震性在内的房屋安全性能都会有较具体的说明。另外查验开发建设单位的相关验收手续, 也是购房者对房屋的防震抗性能进行考察的最简单也是最有效的方法。

总之, 我们在工程施工中必须要执行设计要求, 按抗震规范施工。在钢筋制作时, 要注意柱竖筋驳接48d长度, 梁钢筋入支座锚固48d长度, 箍筋抗震钩要留够10d长度、弯钩够135度。柱与墙之间的拉结筋入墙不得少于1m, 入柱不少于300mm, 两头90度弯钩, 水平每隔500mm两条一度。其它的施工操作必须要执行抗震规范及措施, 房屋的抗震能力是设计、施工、监理、质检、业主共同作用的结果, 希望我们在以后的工作和生活中共同努力, 造就美好的生活空间。

结语

多层砖房在城乡建设中量大面广, 应加强多层砖房的抗震设计, 使民用建筑的地震破坏降低到最低限度。应按照概念设计的原则重视抗震概念设计, 避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失承载能力, 从根本上消除建筑物中的抗震薄弱环节, 较好的控制震害的发生。

高层单塔建筑抗震性能分析 篇8

关键词：单塔结构,抗震,性能分析

1 建筑结构侧移概述

侧移是高层结构设计中的重要影响因素, 侧移△=f (H4) 。为了控制建筑结构的侧移, 就必须控制水平荷载下的建筑物侧移, 这就需要提高建筑物的强度, 刚度和抗侧移能力, 根据相关规范规定, 层间侧移与楼层间最大位移层高之比为△U/h。

建筑结构的侧移与很多因素有关, 会随着高度的增加以四次方成正比而迅速增加, 建筑结构的侧移在高层建筑设计中成为关键。

(1) 侧移过大会使墙柱产生裂缝, 难以满足结构的耐久性, 不利于防潮、防腐蚀。

(2) 结构的附加内力会因为结构侧移而产生P-Δ效应, 而结构设计都是按照地震小震计算, 高层建筑结构在水平力下一般情况下会发生扭转, Δu的一般会在边角部位产生最大值。

2 高层单塔建筑适应结构体系

我国高层单塔结构都采用钢筋混凝土结构或钢结构, 钢筋混凝土高层住宅常用的结构体系有框架核心筒, 框架-剪力墙, 剪力墙, 筒中筒结构。

剪力墙结构又称为抗震墙, 截面高度大, 相对墙厚较小, 依照结构受力有多种形态, 一般设置在平面剪切变形较大的部位或者薄弱部位, 剪力墙结构能够集承重、抗风、抗震于一体, 抗震性能良好, 具有较强抗击地震的能力。

框架-剪力墙结构是又一种高层建筑的常用结构, 剪力墙分担大部分剪力, 柱子钢筋均匀, 主侧向刚度小, 侧移较大, 全剪力墙结构无法满足大开间的要求, 框架结构刚好满足这点。

框架核心筒结构是利用建筑内部的电梯井, 配电箱等布置成筒体结构, 主要抵抗建筑的主要结构构件, 筒体布置密柱或实体墙, 其抗震能力可以和框剪结构比美, 加上其平面的规则性和抗侧力作用, 力学性能往往优于框剪结构。

3 PKPM抗震实例分析

3.1 实例简介

本工程为北京市某高层单塔结构, 地下一层, 地上二十层, 层高2.8m, 建筑总高度57m, 建筑隔墙为200厚混凝土砌块, 内墙为200厚剪力墙, 屋面防水等级二级, 使用年限20年, 抗震设防为乙类, 地震加速度0.1g, 设计地震分组为二组, 抗震烈度7度, 建筑结构阻尼比0.05。除特别之处使用短肢剪力墙之外, 其余剪力墙抗震等级为二级, 基本风压0.7 KN/m2, 风载体系数1.3。本工程采用的梁板混凝土为C25~C30, 剪力墙混凝土为C25~C45, 非承重墙用蒸压加气混凝土, 地基基础设计等级为乙级, 桩基础。

3.2 荷载取值

根据建筑结构荷载规范规定, 利用PKPM模拟框架结构, 框剪结构, 剪力墙结构需要的荷载如下:卧室、餐厅荷载取值1.5k Nm2, 楼梯取2.0 k N/m, 阳台荷载取值2.5k N/m2;屋面活载取0.7。 (2) 对于非承重的部位, 如暗梁, 墙体横载取值则参照相关的设计规范。墙体的恒载计算砖砌体按200厚计算, 容重13, 梁板钢筋按照尺寸取值25, 楼面面层选择块料面层计算, 顶板容重取值25, 楼梯设计按照横载和活荷载, 板厚按0输入, 阳台设计及规范计算分别集中在相应的节点上, 屋面恒载按5计算, 活载0.7。地震烈度按照北京设计要求规范, 抗震等级为11级, 抗震烈度为8度地震。

3.3 结果分析

该曲线是21层结构, 从图上也可以看出, 在6层以前, 框架核心筒结构的层间位移角最小, 但其出现曲折线, 在11层, 框架核心筒结构再次出现折线, 16层以后, 框架核心筒的位移曲线逐渐失去优势, 没有剪力墙结构层间位移角小。框架结构曲线自始至终变化平滑, 但层间位移角相比其他两种结构一直是最大的, 剪力墙结构在6层左右层间位移角失去优势, 但始终优于框架剪力墙结构, 16层以后, 相比框架核心筒结构也有较大优势。

根据X方向最大楼层位移曲线, 如图所示, 位移结构层间位移和最大层间位移角得出的结构曲线, 显而易见, 对于21层的建筑而言, 剪力墙结构的位移明显要比框架核心筒和框架剪力墙结构要小的多。

在最大楼层位移曲线上, 剪力墙结构的位移曲线整体平滑, 相对于框架核心筒结构有着明显的优势, 曲线平滑, 说明结构本身没有明显的薄弱层, 两方案中又以剪力墙结构的位移为最小。柱子在剪力墙结构中呈现弯曲形状, 而在框剪结构中是弯剪曲线。

层间位移角是反应受力和建筑变形的重要指标, 根据其变化趋势, 我们看出层间位移角对于框剪结构为最大, 在这种情况下, 无论是安全性还是整体性, 剪力墙都有明显的优势。

由上述结果表明, 剪力墙结构在此建筑抗震性能设计上具有较好的受力情况, 因此, 本建筑物最适应的是剪力墙结构。当然, 建筑抗震设计还有综合考虑多方面的因素, 比如成本和经济效益, 但就结构体系来说, 明显剪力墙结构最好。

4 结论

本文通过对位移层间角的描述, 论述了位移层间角对建筑结构选型的重要性, 通过PKPM结构设计软件, 从理论上验证了剪力墙结构相比其他结构的优势, 为结构选型提供了理论上的支持和参考。当然, 结构选型是一个复杂的工程, 还要兼顾风荷载, 地震荷载和其他各个方面的因素, 尤其是经济成本的制约, 这就要求我们在结构选型中, 应该从多方面进行分析, 尽可能的优化建筑结构类型。

参考文献

[1]张殿林, 高层建筑结构体系选型及分析[J].黑龙江科技信息, 2011, (23) :12~18

[2]金来建, 高层建筑结构方案比较研究[D].清华大学, 2004

[3]韩通, 高层建筑结构方案的形成方式与创新途径[D].厦门大学, 2009

抗震性能分析 篇9

带加强层高层建筑结构的抗震性能要基于基本结构的受力性能进行研究, 在进行研究与分析的时候, 我们要依旧具体的超高层建筑结构图例进行分析, 例如下图的超高层建筑结构的平面图以及每层的位移比, 框架的刚度比以及残余力的变形比 (如图1~5) 。

除了对基本带加强层的受力结构性能进行分析外, 我们还要研究带加强层高层建筑结构的基本性能比例, 每层之间的位移变化, 如图1~5所示, 结合具体的规范建设方法, 要对带加强层高层建筑结构划分基本的性能标准, 通过一系列的数据分析与量化从而为基于带加强层高层建筑结构性能的抗震设计进行准备, 基于层层位移的性能抗震设计就决定了整体的带加强层高层建筑的基本结构, 以下就对带加强层高层建筑结构抗震性能及基于性能的抗震设计方法进行简单的分析。

2 带加强层高层建筑结构的抗震性能的研究分析

对于带加强层高层建筑结构来说, 要想进行抗震性能的研究, 就要控制好对整体建筑结构的侧面方向变形, 避免整体的结构侧向位移较大造成难以估计的损失与伤害, 设置加强层可以有效的提高建筑水平方向的强度与刚度, 控制建筑结构的侧向位移, 使其在地震的作用下满足规范的性能要求。

带加强层高层建筑结构往往都需要注重整体的刚性与强度要求, 在水平与竖直方向会造成极大的突变现象发生的结构部位进行加强控制, 由于在地震的作用下, 整体带加强层建筑的相邻楼层之间会产生较大的内力作用变化, 使得整体的地震应压力比较大, 并且集中在特殊的结构位置上, 所以, 在进行带加强层高层建筑结构设计时, 我们要根据具体的抗震性能原则进行整体结构的方法设计, 主要为: (1) 要有效地发挥出带加强层的侧向抵抗作用, 合理的设置加强层的数量与位置, 不同的加强层数量会有不同的位置设计, 我们要进行合理地计算, 从而满足带加强层高层建筑结构的抗震性能; (2) 要发挥带加强层水平方向上的构件延伸作用, 方便在地震作用下进行整体的外力传送的可靠性, 保证整体结构的稳定可靠性; (3) 带加强层高层建筑结构在设计时, 要对整体的结构进行优化分析, 减少由于建筑结构水平的荷载作用对相邻之间的构件破坏, 避免由于在地震的强大作用力下导致相邻楼层之间的构件破坏, 提高抗震的性能; (4) 要对带加强层高层建筑结构进行详细的抗震性能相关参数进行计算与分析, 尽量精确整体结构的内力以及在地震作用下的位移变量, 做好弹性的变形分析, 严格的校验带加强层高层建筑结构的抗震性能。

带加强层高层建筑结构的抗震性能是指根据建筑物在地震作用系的功能与使用要求, 在抗震上的经济支出以及各种其他方面的因素作用所形成的一个量化的抗震性能标准, 带加强层高层建筑结构的抗震性能由多种因素共同影响, 所以我们要根据整体建筑结构的各个方面进行抗震性能的标准量化。

3 基于性能的抗震设计方法的简述分析

3.1 基于带加强层高层建筑结构的承载力基础上的抗震方法设计

地震灾害往往会导致地面进行剧烈的破坏及颠簸, 往往一个大地震就会导致地面的建筑物严重的破坏或倒塌, 引发生命以及财产的安全, 所以我们在进行建筑结构设计时, 必须要进行抗震的设计, 特别是对于带加强层高层建筑结构抗震的设计, 基于性能的建筑结构的抗震设计往往需要满足基本的结构安全功能, 传统的建筑抗震设计的方法已经不能满足基本的要求了。我们要基于抗震性能进行抗震的方法研究, 基于性能的抗震性能的研究往往是基于承载力学的结构研究进行的。我们在基于性能以及建筑结构构造、建筑承载力度设计方法是为了解决在实际应用过程中存在的静力向反应谱方法的改变与过渡, 在进行设计时, 往往要基于地震的作用力进行抗震性能的研究, 根据反应谱方法对地震的加速数值进行设计, 根据建筑结构的不同延伸性质来确定地震的作用力系数, 考虑到整体带加强层高层建筑结构的抗震性能, 从而进行抗震设计的方法研究。

3.2 基于带加强层高层建筑结构的破坏作用与能量作用基础上的抗震方法设计

除了对基于承载作用力的设计方法之外, 还有基于能量的设计, 地震时建筑结构的非弹性作用力会造成整体的变形, 会给建筑本身带来一定的危害, 我们在进行带加强层高层建筑结构抗震性能进行研究时, 就要根据实际的地震结构损坏与能量原理, 对带加强层高层建筑结构抗震性能进行研究, 从而基于此性能要求上进行抗震方法的设计。基于建筑结构的地震损伤与地震能量理论对抗震性能的研究具有重要的指导作用, 也为基于性能的带加强层高层建筑抗震方法设计提供了理论基础。

3.3 基于带加强层高层建筑结构的能力作用基础上的抗震方法设计

对于带加强层高层建筑结构的能力抗震方法设计来说, 主要是指钢筋混凝土建筑施工结构所具备的塑性变形的能力作用, 该能力抗震设计方法主要是以非弹性的抗震结构性能为基础, 带加强层高层建筑结构在地震的巨大破坏作用下, 如何提高抗震的性能, 保证整体结构的抗震性能目标是整体设计的主要原理, 基于抗震性能的抗震方法设计主要表现在几点: (1) 要将整体带加强层高层建筑结构的框架与剪力墙结构在地震破坏做与功能下进行抗震的塑性变形的能力分析, 查看变形的大小与范围; (2) 为了避免带加强层高层建筑结构的梁柱等构件在地震破坏下会造成极大的变形能力, 超过限定的变形能力致使构件产生非延性的结构破坏, 就要控制这种现象的发生, 合理的设计构件的配置; (3) 要采用一些有效的措施保证带加强层高层建筑容易出现变形的结构部位具备足够的变形能力, 基于抗震的性能所具备的最大限度非弹性的变形作用与能力。

3.4 基于带加强层高层建筑结构的位移与性能的抗震设计方法

要想进行带加强层高层建筑结构的抗震设计, 就要在之前计算好所需要的抗震设计的目标, 保证在某种情况下不会造成整体建筑结构的破坏, 基于性能的抗震设计方法可以加强对整体结构的稳固性研究, 我们要保证带加强层高层建筑结构在使用的时候能够满足所有的性能防护的基本目标, 在确定具体的带加强层高层建筑结构抗震性能使, 我们还要根据地震破坏的一些物理变量进行计算与分析, 例如在地震破坏作用下的作用力大小、每层之间的刚度位移、变形的加速度、地震的能量、建筑结构在地震作用下的损伤等, 根据不同地震作用性能下的结构反应值进行基于性能或者说是位移的抗震方法的设计。

4 结束语

总之, 带加强层高层建筑结构的抗震性能非常的复杂, 我们要综合的分析各种要素影响, 并且研究基于不同性能情况下的抗震设计的方法, 提高带加强层高层建筑结构的抗震能力, 保证整体建筑的质量。

参考文献

[1]石伟亮.李娟.高层建筑结构抗震性能和抗震设计的分析[J].建材与装饰, 2013, 09 (7) :23~34.

[2]李路彬.超高层钢——混凝土混合结构抗震性能和设计方法研究[J].北京建筑工程学院, 2012, 10 (5) :21~29.

[3]朱清峰.高层钢-混凝土混合结构节点抗震性能及设计方法研究[J].北京建筑工程学院, 2010, 05 (12) :22~34.

桥梁抗震分析方法 篇10

关键词：桥梁抗震,反应谱法,时程分析法

桥梁抗震分析方法分确定性和非确定性两种。确定性分析法将地震发生时地面的运动看做是确定的。而后者则以随机理论做基础, 以随机地震动作用于桥梁体系计算桥梁结构的动力响应统计量。非确定性分析方法有概率性抗震分析方法及虚拟激励法。但目前对非确定性方法的研究还不成熟在实际工程中的应用需要进一步研究。目前常用的分析方法为反应谱法和时程分析法。

1 桥梁地震激励运动方程的建立

根据D’Alembert原理由动平衡的概念可知考虑惯性力的动力系统在每个瞬时都保持动平衡状态, 则桥梁体系运动方程为:

m为体系质量;C为体系阻尼矩阵;k为体系刚度矩阵;P (t) 外动力荷载;fI=mu..t为惯性力fD=cu.为阻尼力, fs=ku为弹性力

当外荷载P (t) =-u..g (t) 时, 可得桥梁体系地震激励运动方程为:mu..+cu.+ku=-mu..g (t)

2 桥梁抗震分析方法

2.1 反应谱分析法

反应谱分析法指不通过结构反应时程分析直接根据地震反应谱或者设计谱计算地震作用下结构峰值反应的方法。计算最大地震力分两步:由强震记录统计用于分析的地震反应谱;将体系振动方程进行振型分解, 通过各阶振型按照相应的方法进行组合求得结构体系反应量的最值。

2.1.1 常用振型组合方法

1) SPSS平方和开平方振型组合。

这种组合规则是将每个振型的峰值反应平方, 然后相加, 所得和的平方根为总反应峰值的一个估计值。

对于具有稀疏固有频谱的结构, SPSS振型组合法能得到极好的结构反应估计。但对于具有密集固有频谱的体系如管道体系和平面非对称的多层建筑物该方法不再适用。

2) CQC完全二次组合。

每一N2项都是第i阶振型和第j阶振型的峰值反应与这两振型的相关系数ρin (0<ρin≤1) 的乘积当i=n时ρin=1时:

振型组合表达式等号右边第一项跟SRSS组合规则相同, 该求和项为正, 双重求和包含所有的交叉项 (i≠n) 可正可负。则得到的r0估计值比SRSS组合规则得到的估计值大或者小。

2.1.2 反应谱计算地震作用下峰值反应的步骤

1) 确定桥梁体系的结构特性:求质量矩阵M和侧向刚度矩阵K;估计振型阻尼比sn。

2) 求固有频率ωn (固有周期Tn=2π/ωn) 和固有振型φn。

3) 重复一下步骤计算第n阶振型 (n=1, 2…, N) 反应的峰值。

4) 相应于固有周期Tn和阻尼比ζn, 从地震反应谱或设计谱中读取位移Dn和伪加速度An。

5) 计算基地剪力, 基地倾覆力矩。

6) 对具有悉数频谱的结构根据SRSS组合规则将各阶振型的反应峰值进行组合, 求任意反应量峰值r的估计值;对于具有密集频谱的结构采用CQC规则计算。

2.1.3 反应谱分析法优缺点

反应谱法可以在计算量很小的情况下就获得桥梁体系地震反应的最值。但是只能在弹性范围内对桥梁结构进行地震响应分析, 如果结构进入塑性状态则反应谱法将不再适用。叠加失掉相位信息得到的结构反应最大值是近似值;并且地震激励是一个时间过程, 反应谱法计算出的只是桥梁结构在地震作用下的最大反应, 无法反映出整个地震过程中桥梁结构体系的反应经历、破坏顺序及结构破坏机理。

2.2 时程分析法

时程分析法是将强震记录或按照规范人工合成的地震波当做荷载施加到结构体系上, 利用逐步积分的方法求解体系动力方程的数值积分, 求得地震作用下的结构的响应时程。根据是否考虑结构的非线性分线性时程分析和非线性时程分析。常用的时程分析法有中心差分法、Newm ark-β法等。

2.2.1 中心差分法

采用等时间步长△ti=△t用有限差分代替速度和加速度:

在离散点满足体系运动方程

m u..+cu.+ku=P (t) ;其中P (t) =-mu..g (t) ,

带入整理得出多自由度体系中心差分法逐步计算公式为:

公式中MCK分别为体系质量、阻尼、刚度矩阵, Ui、Pi分别为ti时刻体系位移和外荷载向量。

2.2.2 Newmark-β法

将时间离散并在离散点满足运动方程, 由已知ti时刻的ui.uiU..i, 计算ti+1时刻的运动。假设ti和ti+1之间加速度值记为a:

通过ti到ti+1时间段上对a进行积分运算, 求解出ti+1时刻的速度和位移的基本递推公式为:

ti+1时刻的速度和加速度的计算公式为:

Ne w m ark-β法的求解过程为:

1) 准备基本资料计算初始条件

选择时间步长△t、参数β和γ并计算积分参数确定运动的初始值

2) 形成刚度矩阵K质量矩阵M阻尼矩阵C

2.2.3 时程分析法地震波选择与调整

1) 地震波的选择。

所选择地震波的特性应和建筑场地的条件相符。要满足地震活动的三要素要求:频谱特征、有效峰值和地震加速度时程曲线持续时间。

地震波的选择来源有强震记录、人工合成、根据规范选用。当在时程分析中直接应用强震记录时, 应按照强震记录所适用场地条件进行选择, 最大峰值加速度应符合烈度要求;主要周期尽量接近桥址场地的卓越周期。常用的强震记录有EI-Centro波、Taft波、天津波。若根据随机振动理论人工合成地震波时应符合三要素的要求, 并且人工合成的地震波反应谱曲线应与规范设计的反应谱曲线很好的拟合。

2) 地震波的调整。

若选用强震记录作为输入地震波分析桥梁结构体系的抗震性时;所选实际地震记录与要求输入的地震波之间可能存在不相符;这种情况下需要对强震记录进行强度修正和周期修正。

强度修正将地震峰值加速度按比例放大或缩小, 使其与桥址场地抗震设防烈度所对应的峰值加速度一致。周期修正使地震加速度时程的主要周期和桥址场地的卓越周期一致, 但这将使地震加速度时程的频谱特性发生改变, 故幅度不宜过大。对于强震持续时间, 原则上应采用持续时间较长的记录。

2.2.4 时程分析法优缺点

时程分析可以计算出结构体系在每个时程点的位移、速度和加速度反应。利用时程分析法对结构体系可以进行弹性状态或者非弹性状态下的地震响应分析, 考虑多点地震输入的问题以及土-基础-结构间的相互作用, 是公认的精细分析方法。

3 小结

桥梁抗震分析是通过对桥梁结构地震振动微分方程进行求解, 分析桥梁结构的地震反应 (位移、内力等) 的过程。本文全面详细地介绍了常用的反应谱法及时程分析法, 可方便抗震分析中方法的选用。

参考文献

[1]范立础, 卓卫东.桥梁延性抗震设计.北京:人民交通出版社, 2001.

[2]刘晶波, 杜修力.结构动力学.北京:机械工业出版社, 2005.

[3]高峰, 关树宝.深圳地铁地震反应.西南交通大学学报, 2001.