框架结构抗震性能分析

关键词： 振型 谱法 有限元 框架结构

框架结构抗震性能分析（精选十篇）

框架结构抗震性能分析 篇1

关键词：混凝土框架结构,有限元,振型分解反应谱法,时程分析法

地震是一种破坏性极大的自然灾害, 地震发生时, 山摇地陷, 河溢桥移, 建筑因之而塌毁者屡见不鲜。自从建筑上的抗震问题突出以来, 工程界不断的对结构抗震性能问题进行着深入细致的研究。

在世界范围内, ANSYS软件已经成为土木建筑行业CAE (计算机辅助工程) 仿真分析的主流。ANSYS可以对建筑结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析, 从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案, 为土木工程师提供了一种功能强大且方便易行的分析方法。

1框架结构计算模型

根据《抗震规范》[1], 采用ANSYS软件设计了一个6层钢筋混凝土框架结构。框架结构如图1所示, 首层层高均为3.9 m, 2层～6层层高3.6 m, 总高度21.9 m, 设计地震烈度为8度, 地震分组为第二组, Ⅱ类场地。节间为5.4 m, 边跨为6.6 m, 中间跨为2.7 m。

在该模型中短边方向为Y方向, 长边方向为X方向。

2反应谱理论

2.1单质点反应谱理论

目前, 在我国和其他许多国家的抗震设计规范中, 广泛采用反应谱理论来确定地震作用。其中以加速度反应谱应用最多。所谓加速度反应谱[2], 就是单质点弹性体系在一定的地面运动作用下, 最大反应加速度 (一般用相对值) 与体系自振周期的变化曲线。如果已知体系的自振周期, 利用反应谱曲线和相应计算公式, 就可很方便地确定体系的反应加速度, 进而求出地震作用。

我们将地震系数κ和动力系数β以其乘积α表示, 并称为地震影响系数:

因为:

所以, 地震影响系数α就是单质点弹性体系在地震时最大反应加速度 (以重力加速度g为单位) , 如图2所示。

2.2振型分解反应谱法

振型分解反应谱法是求解多自由度弹性体系地震反应的基本方法。其基本概念是假定结构为线弹性多自由度体系, 根据振型正交原理, 将求解n个自由度线弹性体的地震反应分解为求解n个独立的等效单自由度线弹性体系的最大地震反应。由于结构的动力效应, 各个截面处的振型作用不可能同时达到最大, 故将各振型作用效应的最大值简单叠加是不合理的。对于规则结构, 采用平方和开平方的振型组合法 (SRSS) 来求解总的地震效应;而对于不规则结构, 扭转明显的结构, 采用完全二次项开平方的振型组合法 (CQC) 来求解。

采用振型分解反应谱法确定结构地震作用效应时, 计算步骤如下:

1) 根据结构特征选择平面结构或空间结构力学模型及相应的多质点系或多层刚片系振动模型。

2) 建立质点系或刚片系的无阻尼自由振动方程并解之, 得质点系或刚片系的各阶振型{Xji (t) }和周期Tj, 如图3所示。

3) 取前若干个较长的周期T1, T2, …, Tm, 按照建筑设防烈度、地震分区、场地类别, 分别查反应谱, 得相应于前若干个振型的地震影响系数a1, a2, …, am (在本结构中沿Y方向输入谱值) 。

4) 计算若干个振型的振型参与系数γ1, γ2, …, γm及其地震作用Fji, Fji=αjγjXjiGi (j=1, 2, …, m) 。

5) 分别计算出前若干个振型地震作用下的结构内力和变形, 并按照一定法则进行结构振型地震内力和变形的组合, 得结构各构件 (或杆件) 的地震作用。本框架结构采用的组合原则是SRSS方法。

6) 将构件地震内力与其他荷载内力组合, 进行截面设计。

3 时程分析

采用时程分析法进行计算, 时程分析法是用于结构承受任意随时间变化作用下的动力响应的一种方法。本文仅沿Y方向输入人工波对结构的层间位移进行分析。1层～6层楼板的Y方向位移如图4所示。

根据GB 50011-2001建筑抗震设计规范各类结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算, 其楼层内最大的弹性层间位移应符合下式要求:

Δue≤[θe]h。

其中, Δue为多遇地震作用标准值产生楼层内最大的弹性层间位移;[θe]为弹性层间位移角限制, 在本例中结构类型为钢筋混凝土框架, [θe]=1/500;h为计算楼层层高。

从表1中可以看出该框架结构满足弹性层间位移的要求。

4 结语

采用大型通用有限元分析软件ANSYS及现行《建筑抗震设计规范》的标准反应谱, 用振型分解反应谱法计算了框架钢筋混凝土结构的内力, 为结构设计奠定了基础。运用时程分析法检验了该框架结构在人工地震波作用下的弹性层间位移, 满足现行规范的要求。

参考文献

[1]GB 50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].

[2]郭继武.建筑抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[3]李围.ANSYS土木工程应用实例[M].第2版.北京:中国水利水电出版社, 2007.

框架结构抗震性能分析 篇2

1)柱截面尺寸:柱的平均剪应力太大,会使柱产生脆性的剪切破坏，平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏,为了使柱有足够的延性,柱截面尺寸应符合以下要求:柱截面的长边应小于柱净高的1/4,且柱截面的宽度不宜小于300mm;当剪压比保持较低时,可获得较好的延性,为此柱端截面的平均剪应力一般宜小于3N/mm。

2)柱纵向钢筋的配置:柱中纵向钢筋宜对称配筋:为了保证柱有足够的延性,柱的最小配筋率必须满足《抗震规范》要求;纵向钢筋的接头,一级框架应采用焊接接头;二级宜采用焊接接头,而底层柱根应焊接;三级可采用搭接,而底层柱根宜焊接;直径大于32mm的钢筋必须采用焊接，

在纵向钢筋连接区段内宜加密箍筋,防止纵向钢筋的压曲,增加粘结强度。

钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 篇3

【关键词】钢筋混凝土；框架结构；抗震性能

1、引言

钢筋混凝土框架结构是指由钢筋混凝土梁和柱连接而成，共同构成承重体系的建筑结构，该结构建筑的墙体都为自承重墙，仅起到分隔和围护的作用。钢筋混凝土框架结构因其具有平面布置灵活和抗震性能好等优点，在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。但是，近几年我国地震频繁发生，暴露出我国很多钢筋混凝土框架结构的基础设施与建筑物的抗震性能依然较差，震害比较严重，造成了人员伤亡和经济损失。因此，分析钢筋混凝土框架结构的特点及造成震害的原因，并以此为基础提出科学合理的抗震措施，对完善我国钢筋混凝土框架结构的抗震设计，优化我国钢筋混凝土框架结构建筑的抗震性能，减少地震造成的损失具有十分重要的意义。

2、钢筋混凝土框架结构的特点及震害分析

2.1钢筋混凝土框架结构的特点

钢筋混凝土框架结构的特点是自重比较轻，具有较好的抗震性能。其主要构件是柱和梁，分别承受使用过程中的竖向荷载与水平荷载，其屋盖和楼板的荷载经过板传给梁，又由梁传给柱，再由柱传给基础。通过合理的设计，钢筋混凝土框架结构能够具有良好的延性性能，有效耗散地震造成的输入能量。但同时也具有明显的缺点，就是其侧向刚度较小导致抵抗水平荷载的能力较低，在地震作用下水平变形较大，进而造成非结构构件的破坏。当建筑结构较低时，水平变形以剪切变形为主，由钢筋混凝土框架柱的弯曲变形与节点转角引起；当建筑结构较高时，水平变形则表现为弯剪型，过大的水平位移引起较大的P-△效应，使结构损伤更为严重，甚至出现极少数倒塌现象[1]。

2.2钢筋混凝土框架结构的震害分析

总的来说，钢筋混凝土框架结构的震害分为柱、梁及梁柱节点等结构构件破坏和填充墙等非结构构件破坏两类。

（1）钢筋混凝土框架柱的破坏 一般情况下，地震对钢筋混凝土框架柱的破坏重于梁，柱顶端的破坏重于柱底，角柱的破坏重于中柱和边柱，短柱的破坏重于一般柱。由于钢筋混凝土框架柱的两端弯矩较大，故柱的两端极易发生弯剪破坏，形成水平裂缝和斜裂缝，有时甚至形成交叉裂缝，并进一步导致箍筋严重扭曲而崩断。而在柱底部分的水平裂缝处，局部混凝土会被压碎，进而导致纵向受力的钢筋发生屈曲暴露出柱体表面。

（2）钢筋混凝土框架梁的破坏 钢筋混凝土框架梁的破坏一般发生在梁端，其主要原因是梁端部分的剪力和弯矩都比较大，而且在地震中会反复受力。另外，在梁端处的钢筋端部常出现锚固不好、纵筋和箍筋配筋不足等情况，这些原因都会导致梁端纵向钢筋屈服，形成垂直裂缝或交叉裂缝，使梁端在地震中被严重破坏。总的来说，地震对钢筋混凝土框架梁的破坏没有柱的破坏严重，并且属于框架结构的局部破坏，故通常不会引起建筑的整体倒塌。

（3）钢筋混凝土梁柱节点的破坏 在地震中，钢筋混凝土梁柱节点是最易被破坏的区域之一，其主要包括剪切破坏与钢筋锚固破坏。造成梁柱节点易被破坏的主要原因有：一是梁柱节点区域的箍筋绑扎十分困难，故在施工时经常出现箍筋配置不足或未设箍筋的情况[2]；二是梁柱节点处箍筋的绑扎不牢固，导致在振捣混凝土时箍筋下滑至柱顶区域；三是梁柱节点核芯区的钢筋过密，导致节点处的混凝土浇筑质量下降。这些原因都会降低梁柱节点的抗剪能力，造成震害。

（4）填充墙体的破坏

钢筋混凝土框架结构中的填充墙体多为砖砌体，只用于分割和围护空间，与框架结构缺乏有效连接，其具有承载力低、刚度大、变形性能差和抗剪强度低等特点。因此，在地震水平作用力下，填充墙体极易沿柱周边出现斜裂缝和交叉裂缝，并且这种破坏发生的早且严重。

3、提高钢筋混凝土框架结构抗震性能的措施

3.1合理设计钢筋混凝土框架结构的构造

在进行钢筋混凝土框架结构设计时，必须对其抗震性进行充分的考虑，合理的设计方案应具有良好的承载力、稳定性、刚度及延性等特点。由于在地震中不规则建筑平面极易导致局部和扭转振动的发生，而不规则建筑立面极易导致建筑物应力变形集中以及局部振动过度等现象，因此，在进行钢筋混凝土框架结构设计时，应合理布置构造柱、梁、楼梯以及窗间墙等构件，保证抗侧力构件的对称；同时应使纵横墙及上下墙对齐，保证竖向抗侧力、刚度及质量的均匀。另外，应重视“强柱弱梁、强节点弱锚固、强剪弱弯”的设计原则，并严格限制框架结构的轴压比，提高钢筋混凝土框架结构的延性，减少钢筋混凝土柱的脆性受压破坏，有效提高建筑物的抗震性能。

3.2严格管理钢筋混凝土框架结构的施工

（1）施工原材料的选择 在钢筋混凝土框架结构中，钢筋的性能和混凝土的强度等级都直接关系到建筑的抗震性能。为了实现钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁、强剪弱弯”的要求，应注意控制钢筋的屈服强度、实际抗拉强度以及强度标准值间的关系，避免超强过多，使钢筋充分发挥其延性性能。为了减少钢筋混凝土框架梁柱的柱轴压比及剪压比，应适当提高混凝土的强度等级，有效提高框架结构的整体延性。

（2）钢筋的制作与安装 在地震时，钢筋混凝土框架柱或梁端的截面会出现弹塑性状态，可能导致纵向钢筋伸入梁柱节点的锚固在钢筋与混凝土间的粘结破坏中失效[3]，因此必须确保其锚固长度和锚固形式的可靠性。另外，框架节点的箍筋可有效约束混凝土和纵向受压钢筋，防止纵向钢筋被压屈，所以在加工时，必须保证其平直段的长度符合要求；在现场绑扎时，梁、柱交接处及梁上有集中荷载处必须使用箍筋，不可漏放，特别是核心区还应按加密要求布置。

（3）混凝土的浇注 钢筋混凝土框架的不同部位对混凝土强度等级的要求是不同的，因此在浇筑时，必须严格检查混凝土的强度等级及其浇筑顺序，防止高等级混凝土部位被注入低等级混凝土。在验收时，必须加强对节点核心区及构造柱的混凝土试块留置，以便控制强度质量；同时还应注意混凝土的振捣及养护。

（4）填充墙体的加固 在地震中，砌体强度不足的填充墙体会出现压裂、压碎、拉裂和剪断等现象，有的甚至会倒塌。因此，应该对填充墙体采取设置水平拉结筋和混凝土连系构件等加固措施，提高填充墙体的抗震性能。

4、结束语

本文通过对钢筋混凝土框架结构特点及震害的分析，从设计和施工两方面得出了一些优化其抗震性能的措施。但由于不同地区的地震特点不同，对钢筋混凝土框架结构的抗震设计方法和抗震措施的实施也要区分对待，选择各地更为适合的抗震设防方法，这就需要相关的工作人员不断努力研究，不断优化抗震措施来有效减少地震对我国的损害。

参考文献

[1]张婧，高衡山.钢筋混凝土框架结构的抗震分析及施工质量的控制措施[J].科学之友，2012（8）.

[2]崔海涛.建筑框架结构设计中的抗震技术综述[J].科技创业家，2012（2）.

混凝土框架结构抗震分析 篇4

在世界范围内，ANSYS软件已经成为土木建筑行业CAE(计算机辅助工程)仿真分析的主流。ANSYS可以对建筑结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析，从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案，为土木工程师提供了一种功能强大且方便易行的分析方法。

1 框架结构计算模型

根据《抗震规范》，采用ANSYS软件设计了一个6层钢筋混凝土框架结构。框架结构如图1所示，首层层高均为3.9m, 2层～6层层高3.6m，总高度21.9m，设计地震烈度为8度，地震分组为第二组，Ⅱ类场地。节间为5.4m，边跨为6.6m，中间跨为2.7m。

在该模型中短边方向为Y方向，长边方向为X方向。

2 反应谱理论

2.1 单质点反应谱理论

目前，在我国和其他许多国家的抗震设计规范中，广泛采用反应谱理论来确定地震作用。其中以加速度反应谱应用最多。所谓加速度反应谱，就是单质点弹性体系在一定的地面运动作用下，最大反应加速度(一般用相对值)与体系自振周期的变化曲线。如果已知体系的自振周期，利用反应谱曲线和相应计算公式，就可很方便地确定体系的反应加速度，进而求出地震作用。

我们将地震系数κ和动力系数β以其乘积α表示，并称为地震影响系数

所以，地震影响系数α就是单质点弹性体系在地震时最大反应加速度(以重力加速度g为单位)。

2.2 振型分解反应谱法

振型分解反应谱法是求解多自由度弹性体系地震反应的基本方法。其基本概念是假定结构为线弹性多自由度体系，根据振型正交原理，将求解n个自由度线弹性体的地震反应分解为求解n个独立的等效单自由度线弹性体系的最大地震反应。由于结构的动力效应，各个截面处的振型作用不可能同时达到最大，故将各振型作用效应的最大值简单叠加是不合理的。对于规则结构，采用平方和开平方的振型组合法(SRSS)来求解总的地震效应;而对于不规则结构，扭转明显的结构，采用完全二次项开平方的振型组合法(CQC)来求解。

采用振型分解反应谱法确定结构地震作用效应时，计算步骤如下：

1)根据结构特征选择平面结构或空间结构力学模型及相应的多质点系或多层刚片系振动模型。

2)建立质点系或刚片系的无阻尼自由振动方程并解之，得质点系或刚片系的各阶振型{Xji (t) }和周期。

3)取前若干个较长的周期T1, T2，…，Tm，按照建筑设防烈度、地震分区、场地类别，分别查反应谱，得相应于前若干个振型的地震影响系数a1, a2，…，am(在本结构中沿Y方向输入谱值)。

4)计算若干个振型的振型参与系数r1, r2，…，rm及其地震作用，

5)分别计算出前若干个振型地震作用下的结构内力和变形，并按照一定法则进行结构振型地震内力和变形的组合，得结构各构件(或杆件)的地震作用。本框架结构采用的组合原则是SRSS方法。

6)将构件地震内力与其他荷载内力组合，进行截面设计。

3 时程分析

采用时程分析法进行计算，时程分析法是用于结构承受任意随时间变化作用下的动力响应的一种方法。本文仅沿Y方向输入人工波对结构的层间位移进行分析。1层～6层楼板的Y方向位移如图4所示。

根据GB5001122001建筑抗震设计规范各类结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最大的弹性层间位移应符合下式要求：

其中，Δμe为多遇地震作用标准值产生楼层内最大的弹性层间位移;[θe]为弹性层间位移角限制，在本例中结构类型为钢筋混凝土框架，[θe]=1/500;h为计算楼层层高。

从表1中可以看出该框架结构满足弹性层间位移的要求。

4 结语

采用大型通用有限元分析软件ANSYS及现行《建筑抗震设计规范》的标准反应谱，用振型分解反应谱法计算了框架钢筋混凝土结构的内力，为结构设计奠定了基础。运用时程分析法检验了该框架结构在人工地震波作用下的弹性层间位移，满足现行规范的要求。

摘要：使用有限元程序 (ANSYS10.0) 建立力学模型, 对混凝土框架结构进行了抗震分析, 主要运用了振型分解反应谱法和时程分析法分别对结构进行了内力计算和弹性层间位移控制, 为结构设计奠定了基础。

关键词：混凝土框架结构,有限元,振型分解反应谱法,时程分析法

参考文献

[1]GB5001122001, 建筑抗震设计规范[S].

[2]郭继武.建筑抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[3]李围.ANSYS土木工程应用实例[M].2版.北京:中国水利水电出版社, 2007.

现浇混凝土框架结构抗震性能研究 篇5

【关键词】现浇混凝土；框架结构；抗震性能

1.现浇混凝土框架结构抗震问题概述

钢筋混凝土框架结构是多高层建筑广泛采用的一种结构型式，他具有传力明确、结构整体性好、抗震能力较强、工程造价较低、结构用钢量较省等优点；由于不设承重墙，所以建筑平面布置灵活，可以形成较大开间，适用于各类公用建筑和民用住宅。按照施工工艺的不同，框架结构可以分为装配式、装配整体式和全现浇式。现浇结构因为比装配结构具有更好的抗震性能，同时施工比较简便，在框架结构中具有更广泛的应用。

在一般情况下，钢筋混凝土结构都要求整体浇筑，但由于施工组织（如工人换班，待料等）和施工工艺（如安装上部钢筋、模板，限制支撑结构上的荷载等）上的原因，或者意外情况的发生（如停电，设备损坏等），往往无法实现混凝土的连续浇筑。当浇筑中的时间间隔超过混凝土的初凝时间时，就会在前后浇筑的混凝土接槎处形成施工缝。施工缝是现浇结构中不可避免的，他是保证结构构件质量、保证结构安全和整体性的重要因素，处理不好，极易成为结构上的薄弱部位，对结构抗震极为不利。

我国规范规定，钢筋混凝土框架柱应在梁底标高以下20～30mm处或在梁、板面标高处留设水平施工缝，这样设置主要是考虑到施工的方便。然而，这些部位正是柱受弯矩和剪力最大处，施工缝设在这些部位是否会对结构的整体性产生影响一直存在争议。为保证框架结构能以较低的设防标准确定的截面承载力，在强烈地震中有较大的弹塑性变形能力和耗能能力，应当避免梁、柱、节点的剪切破坏，满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的抗震设计要求。对于经受侧移的框架，要避免形成“柱侧移破坏机构”，因此要求塑性铰在梁端而不是柱端形成，这样可以使结构受非线性影响的部分最小，同时保持承受竖向荷载的能力。考虑到框架柱的水平施工缝恰好留设在邻近节点的柱端，而梁柱节点处，受力又比较复杂，加之钢筋比较密集，纵横向钢筋都交叉于此，因此各国规范对施工缝的设置和处理都有比较详细的规定。尤其当梁、柱等结构构件的混凝土强度等级不同的时候，施工缝的处理要求更为严格。

2.在实际施工过程中应注意的问题

工程实体的质量是在施工过程中形成的。实际施工过程中建筑结构的施工质量受各种因素的影响多、变化复杂、质量控制的任务和难度大。虽然我国规范已对现浇混凝土框架结构施工缝的留设位置和处理方法做了较为详细的规定，但仍无法满足实际施工的需要。对于某些问题还存在着一些不同意见。

2.1施工缝的留设位置

2.1.1不应对施工缝的留设做过多限制

认为施工缝具有客观性和任意性。随着建筑物功能及美观需要，“高、大、新”建筑物越来越多，由于混凝土浇筑、模板支设、施工操作等问题，使混凝土会分成若干段进行施工，只要对钢筋混凝土构件的内力和抗渗问题有比较正确的认识，施工缝处理方法合理、科学，就不应当对施工缝设置做过多的限制[1]。施工缝的问题，主要是应该对施工缝的处理方法需要认真研究，谨慎从事[2]。

2.1.2严格控制施工缝留设位置的正确

随着构件类型和受力状况的不同（弯矩或剪力等），混凝土施工缝的留设位置和处理方法也不同。现浇混凝土施工缝是保证结构构件质量、保证结构整体性和安全性的重要因素之一。施工缝处理不好，极易成为结构的薄弱部位，对结构抗剪，特别是抗震和防渗漏极为不利。因此认为施工缝不能随意设置[3]，其位置必须在混凝土浇筑之前确定，严格控制施工缝留设位置的正确[4]。

2.2对施工缝危害性的两种看法

一种看法认为，由于施工缝的存在，使混凝土有一道天然的缝隙，从而影响混凝土的抗拉和抗剪强度[5]，与一次性浇筑混凝土相比较而言，施工缝必然会削弱结构的接体性能。另一种看法认为，只要按照规范要求设置和处理施工缝，并认真施工，施工缝的存在就不会对结构承载能力产生不利影响，不会影响工程质量。

2.3混凝土抗压强度未达到1.2MPa

《混凝土结构工程施工及验收规范》规定：在施工缝处继续浇筑混凝土时，已浇筑的混凝土，其抗压强度不应小于1.2 MPa。但是，由于在工程施工现场缺少可靠的检测手段和保证满足这一条件的技术措施。实际上施工缝处的混凝土还未达到1.2MPa，就又继续浇筑了。对这一问题，施工中普遍存在着重视不够的现象，常常被忽略[6]。混凝土初凝后，过早在上面或附近浇筑新混凝土，会导致初凝混凝土内部结构的破坏，影响混凝土与钢筋的粘结握裹，严重影响施工缝的质量。

3.钢筋混凝土框架结构震害特点

在历次大地震中，钢筋混凝土房屋的震害都要比砌体房屋轻得多。但是未经设防的钢筋混凝土框架建筑也存在着很多薄弱环节，在较高裂度地震作用下，这类建筑也产生了中等和严重破坏，甚至倒塌的情况[7]。

钢筋混凝土框架结构的的震害如下：震害多发生在柱端，梁端、梁深的震害较少、较轻，节点的震害较少；就框架柱所在的位置而言，边柱的破坏程度比中柱重；边柱之中，又以角柱的破坏最重；就一根柱子而言，柱上端的震害往往重于下端，尤其带有砖填充墙的框架，楼层柱的上端往往发生比较严重的破坏。

3.1柱顶

常见的震害现象有两种：柱顶周围有水平施工缝，有时柱四角混凝土压裂，局部崩落，钢筋外露弯曲；柱顶有斜裂缝或交叉裂缝，重者混凝土压碎崩落，柱头顺斜裂缝下滑错动，钢筋顺斜裂缝方向弯曲，严重者混凝土全部崩落，上部梁板下塌，柱内纵向钢筋压弯成灯笼形。

3.2柱底

常见的震害现象是在离地面100～400mm处柱有周围水平裂缝，有部分柱在离地面0.8—1.2m处有周围水平裂缝，在柱四角有混凝土压碎。

3.3柱身

有的出现严重的X裂缝和斜裂缝（短柱），柱主筋压弯，箍筋有颈缩和拉断。

3.4施工缝

施工缝处常有一圈水平裂缝，下截面部分混凝土剥落，露出较为平滑的柱横截面。

【参考文献】

[1]吴留恩.钢筋混凝士施工缝的特性与处理.电力建设，1994，15（7）：57-60.

[2]张玉堂.混凝土结构工程施工监理需要注意的两个问题.建设监理，1999（5）：20-21.

[3]吴留恩.钢筋混凝士施工缝的特性与处理.电力建设，1994.

[4]张玉堂.混凝土结构工程施工监理需要注意的两个问题.建设监理，1999：20-21.

[5]林文.混凝土施工缝的质量控制与监督.福建建设科技，1998.

[6]丛志勇.混凝土施工缝的质量控制，工程质量管理与监测，2011.

框架结构中楼梯的抗震设计分析 篇6

在汶川大地震中,许多建筑的楼梯未能发挥其作为灾难中逃生通道的重要作用。在地震中首先发生扭转、剪拉等破坏。特别是框架结构的楼梯在地震中损毁严重,造成重大的人员伤亡和财产损失[1]。

我国新修订的GB 50011-2010 建筑抗震设计规范[2]中,第3.6.6的1条规定:计算模型的建立,必要的简化计算与处理,应复核结构的实际工作情况,计算中应考虑楼梯构件的影响。在《条文说明》中提出:地震中楼梯的楼板具有斜撑的受力状态。

框架结构属于柔性结构,地震中变形较大。楼梯构件作为K形斜撑[3],提高了框架结构的整体刚度。同时,由于楼梯间的局部刚度较大,使结构吸收了过多的地震能,容易首先发生破坏。且在考虑楼梯的抗震设计中,由于其刚度较大,梯板配筋及截面尺寸也相应增大,从而造成楼梯间的局部刚度继续增大[4]。主要原因是因为楼梯板与平台梁及平台板的刚接,使得水平地震作用下产生较大轴力;同时作为斜撑的楼板使得连接处的平台梁产生弯、剪、扭的复杂受力状态。如果消除楼梯板的斜撑作用,使其成为单纯的受弯构件,则可降低楼梯间局部刚度,使楼梯构件在地震中不会过早的破坏。

1 结构模型的建立

本工程采用五层框架模型,抗震设防烈度为7度第一组,设计基本地震加速度为0.10g,场地类别为Ⅱ类,框架抗震等级为二级,计算振型个数为15,地震影响系数最大值为0.12。首层层高4.5 m,其他层层高为3.3 m。柱子截面为0.5 m×0.5 m,梁截面X方向为0.5 m×0.7 m,Y方向为0.4 m×0.5 m。框架结构平面图见图1。为了方便对比,采用PKPM程序分别建立不考虑楼梯建模以及楼梯滑动连接、铰接和刚接的四种计算模型,楼梯构造如图2所示[5]。

2 小震下结构模型的反应谱分析

对不考虑楼梯建模以及楼梯滑动连接、铰接和刚接四种模型分别进行小震下的结构地震反应谱分析,对结构前三阶自振周期以及最大水平位移、层间位移角等进行对比分析,分析结果见表1。

由表1计算结果显示,楼梯参与整体建模对框架结构周期影响较大。其中,楼梯铰接时第一振型周期减小6.42%,楼梯刚接时第一振型周期减小10.35%。且考虑楼梯建模后,结构的第二、第三自振周期发生变化,结构扭转加剧。主要原因是楼梯的加入使得结构刚心与质心不对称,容易形成水平方向的刚度突变,造成扭转。

结构的最大水平位移和层间位移角随着楼梯滑动连接、铰接、刚接,依次减小,说明楼梯对结构水平位移的影响依次增大。楼梯参与整体建模后,使得结构自振周期减小,刚度增大,地震中将吸收更多的地震能,最大地震作用力增大。同时,随着结构刚度的增大,结构的层间位移以及最大水平位移角均减小。

3 中震下结构模型的反应谱分析

我国GB 50011-2010 建筑抗震设计规范中给出了结构中震条件下的地震影响系数最大值,7度(0.10g)时为0.23。模型按照中震不屈服设计,框架设计等级调整为一级。中震反应谱分析结果见表2。

中震条件下,结构的最大水平位移和层间位移角显著增大。结构的最大水平位移和层间位移角在Y方向时楼梯滑动连接与无楼梯模型的值接近,主要是因为楼梯滑动连接时楼梯构件不形成斜撑的受力状态,允许相对位移的出现,使得结构变形一致。

4 大震下结构模型的分析

大震作用下,结构的部分构件进入弹塑性变形状态,并陆续出现塑性铰。本文分别采用弹塑性动力时程分析法以及弹塑性静力分析法(Push-over分析法)来研究结构不同模型在大震下的受力及变形情况。大震反应谱分析结果见表3。

通过表3可以看出,楼梯刚接时结构性能点的基底剪力最大,最大水平位移和层间位移角最小。主要是因为楼梯刚接使得结构刚度增大。通过对结构大震下的弹塑性变形分析,得出结构塑性铰首先出现在楼梯梯板构件中,以及梯梁、楼梯间柱上下节点处,表明楼梯构件先于其他构件达到塑性,而且当楼梯刚接时这种趋势最明显,当楼梯滑动连接和铰接时,结构整体塑性铰的出现时间推迟,数量减少,且楼梯与其他构件塑性铰出现时间较接近,说明楼梯滑动连接和铰接时,结构整体变形趋于一致,有利于对楼梯构件的保护。

5 结语

1)结构抗震设计时,不能忽略框架结构中楼梯的作用。楼梯参与整体建模后,结构的自振周期减小,最大水平位移和层间位移减小,刚度增大,最大地震反应力增大。

2)由于楼梯的存在,造成结构水平方向刚度突变,使结构扭转变形加剧。

3)楼梯采用滑动连接和铰接方式连接,相对于楼梯刚接,可以有效降低结构的刚度,减少地震中楼梯构件的破坏。

4)在弹塑性阶段,塑性铰首先出现在楼梯构件中,所以应该采取设计和构造措施予以加强。

参考文献

[1]陈东明,杨德健.汶川地震中板式楼梯的破坏分析及抗震措施[J].天津城市建设学院学报,2011,17(2):68-100.

[2]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[3]冷雪睿.板式楼梯抗震分析[J].价值工程,2011,18(12):67-68.

[4]孙喜晶.框架结构楼梯间的抗震设计初步研究[D].成都:西南交通大学,2010.

框架式地下建筑结构抗震性能分析 篇7

1 当前地下结构抗震研究的概述

地下结构通常情况, 均会被认为具有一定的抗震性能。但是, 现阶段来看地震的震害方面一直受到地震的作用, 其结构受到严重的破坏。探究地下的结构的形式和动态特征, 能够看出地下的结构具有一定的震动星河地面的结构有一定差异。地下结构抗震方式日显重要, 近几年获取很大的进步。

框架式地下的建筑受到地震方面的作用, 由于建筑的四周有很多的岩土介质, 地下的结构很容易出现与地面不同的结构会产生不同的地震方面的反应。地震方面, 一般来讲, 多以地震波的方式进行传播能量。地震波自基岩传播与场地的过程, 地基土壤的介质会受到地震波的作用不断运动, 土壤方面的介质将这种运动的方式传播与框架式的地下结构。若为较小断面的地下结构, 在受到动力荷载的作用地下的结构和土壤的作用方面可给予忽视。框架式地下结构会随着土壤的介质变化做以运动, 因此其动应力比较小。然而, 框架式地下结构具有显著的作用力, 这时建筑结构就会出现变形, 造成地下结构方面的破坏。地下结构的抗震性能, 主要途径包括许多的类型, 常见的途径有: (1) 原型观测的方式, 主要是针对原型进行具体的观测。 (2) 模型方面应进行试验, 针对试验操作进行具体的模拟。 (3) 针对数值进行模拟, 这种方式可以和试验模拟有效的区分。因为其存在的问题非常复杂, 现阶段还没有具体的方法可以达到地下结构动力反应的模拟和准确的解释。

2 框架式地下结构抗震性能方面的分析

2.1 地下结构设计方面的分析

(1) 框架式地下的结构的设计, 其设计的内容体现为:抗震、人防、材料方面的等级, 地基、承载力和活荷载值等方面的内容。地下结构在施工过程的注意事项, 应该选择详图的方式和施工图的方式表现, 以施工的说明表现相关的信息等。

(2) 框架式地下结构的种类包括:建筑结构的安全等级、建筑的设计实际应用的年限、建筑抗震的设防方面的分类、防震设防的强度和建筑施工场地、钢筋方面的混凝土结构的抗震的等级, 以及人防工程抗力方面和地基设计方面的等级等。

(3) 框架式的地下结构中地基持力层土层方面的分类和承载力方面的特征, 以及工程施工过程中地基液化不良反应和地基的冻结的深度。

(4) 建筑结构的活荷载。

(5) 地下结构在施工过程, 受力钢筋混凝土实际的保护层的厚度。同时应保证办正式工的结构和预先的方案中的方法一致, 结合相关要求和规定进行施工。

(6) 地下建筑物应具有耐火方面的等级。

(7) 施工中的注意事项应严格对待, 如施工过程后浇带方面的设置、工程完工后的质量方面的验收工作等。

2.2 地下结构抗震性能方法的分析

(1) 静力方法;即为随着时间的变化, 通过等代方式的静地震荷载计算模型结构的内力。等代方面的静地震的荷载为:结构自身、洞顶上的土柱惯性力、侧向土压力等。

(2) 地基抗力系数方法;即为在相互作用下进行结构横断面地震反应的方式。一般情况下, 适合应用于半埋设以及全埋设方面的地下结构, 通过剪切弹簧及多点压缩弹簧取代地下结构四周的岩土介质, 如梁元素能够模拟结构。具体操作步骤为:四周岩土介质弹簧方面使用常数进行计算、四周岩土地震通过变位进行计算、结构反应进行计算等。其四周的岩土抗力弹簧的常数, 一般会通过静力有限元法进行类似或相近常数方面的计算。侧面和下方边界应做好固定工作, 可结合地震反应进行具体的探析, 从而获取应变幅度弹性方面的常数。其次获取空洞所有方向方面的均衡荷载, 以获取准确的地基抗力方面的系数, 通过抗力方面的系数计算弹簧方面的常数值。

(3) 反应变位的方法;由于共振响应一般不会出现于地下结构中, 因此忽略结构自身震动的惯性力, 对计算方面的最后结构没有过多影响。计算地下结构地震反应动力的方程的过程, 应将静计算方面的公式简化。因为这样地下结构的地震效应就会和地下结构的实际位置相联系, 这种方式可以将地震变位和抗力系数具体化。

(5) 有限元的方法;地下结构进行抗震性能方面的分析过程, 需要对其抗震方面的特征和一些特别的部分或突发情况进行进一步的研究。如建筑地下室分支部分、拐角的位置均适用于这种方法。模型的便捷可通过能量传递边界, 如莱斯默完善的粘性边界、斯密斯改进的迭加边界, 以及廖振鹏设计的透射性边界等, 其使用的效果均为较佳。

2.3 地下结构的抗震性能方面的分析

如果地震产生的过程, 框架式地下结构的框架柱, 因为承受过多土体方面的压力, 就会和四周的土体产生动态的效力。地震波传来, 通过基岩向软土层传到结构的柱梁, 就会产生框架结构的变形, 很多地震波反射于土层, 这时土层就会出现相反的作用。现将地下结构地震反应特征进行分析:

(1) 框架式的地下结构震动变形, 主要因为承受过多的地基土壤方面的约束力, 使其受到动力的作用, 呈现出自震的特征。

地下建筑结构对四周地基振动的影响非常小。

(2) 地震波入射的方向会对地下结构震动的方式造成直接的影响, 地下结构出现变形和应力方面明显的变化。

(3) 地下结构震动相位差距非常大, 且各点在振动过程的相位也非常明显。

(4) 地下结构振动过程的应变和地震实际的速度没有过多的联系。

(5) 地下结构的地震反应和埋深变化很小。

3 框架式地下结构抗争性能的完善策略

现阶段, 我国还缺少对于地下结构抗震方面的设计内容的认识, 特别为抗震施工的设计和处理策略。很多建筑单位的地下结构因为受到底层方面的限制, 进而就会造成一些问题出现。还有一种观点需要结合地下结构的标准进行建筑结构的构造。由此可见, 这两者观点均有一定的偏差, 如地震对于建筑物的损害没有得以重视、将地下结构和地上结构混淆。

随着社会经济的不断发展, 人们对于建筑的抗震性能要求也更加严格, 而减震和抗震的设计也应该满足市场和实际的需求, 以防不时之需。为不断将建筑结构的整体抗震性能提升, 就需要认真落实隔震和消能减震方面的抗震工作。因为这方面的抗震工作, 对于建筑结构的整体设计来讲, 有着重要的意义和价值。所以, 应结合各个国家地下结构对地震方面的具体分析, 并加强地下架构抗震方面的能力, 通过适宜的方式和措施完善地下结构的抗震性能。

(1) 把框架式地下建筑结构设计在平整度良好的地基位置, 同时要确保远离断层, 防止建筑设置在近山坡的坡面或是地面平整度较差的地域, 尽可能防止设置在饱和砂土方面的地基。

(2) 框架式地下结构在实际施工的过程, 相同的条件应尽可能选择埋深更大的线路, 避免设置于风化岩层的地段。

(3) 如果施工条件允许, 地下建筑应利用暗挖的方式进行施工。

(4) 框架柱和中柱、梁、顶板等节点的位置需要利用具有一定弹性的节点, 禁止使用刚性的节点。

4 总结

当前, 框架式地下建筑的设计、施工的环节为建筑工程中的重点内容。框架式的地下结构能够达到高层建筑对于地下室方面设计的标准。由于框架式地下结构的抗震性能的设计非常关键, 所以应给予建筑结构更多的关注, 给予地下结构抗震设计更多的重视。从而提高建筑物的整体质量, 并达到一定的抗震性能。

摘要：本文通过对当前地下结构抗震研究进行概述, 框架式地下结构抗震性能方面进行分析, 通过对框架式地下结构抗争性能策略进行探究, 亦在完善地下建筑结构的性能, 减少地震所带来的危害。

关键词：框架式,地下建筑结构,抗震性能分析

参考文献

[1]刘汉龙.土动力学与岩土地震工程[A].中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集[C].北京:清华大学出版社, 2012:25-26.

[2]王璐.地下建筑结构实用抗震分析方法研究[D].重庆大学, 2011.

[3]刘晶波.地下结构抗震分析与设计的Pushover分析方法[J].土木工程学报, 2008.

[4]北京城建设计研究总院有限责任公司, 江苏省交通规划设计院股份有限公司.宁天城际轨道交通一期工程抗震专项论证报告[R].北京:北京城建设计研究总院有限公司, 南京:江苏省规划设计院股份有限公司, 2012.

框架结构抗震性能分析 篇8

近年来, 城市环境保护和建筑垃圾资源化等成为中国可持续发展急需解决的问题之一, 再生混凝土的结构性能研究被越来越多的学者关注重视。混凝土中的粗细骨料全部来自建筑废料的被称为全再生混凝土, 其力学性能与普通混凝土有一定的区别, 因此, 有必要研究全再生混凝土框架结构的抗震性能。吕西林等[1]研究全再生混凝土框架结构振动台模拟地震试验, 提出全再生混凝土框架结构基本可以满足8 度抗震设防要求。肖建庄等[2]通过利用三维6自由度振动台试验发现再生混凝土框架结构各层的最大剪力、最大倾覆力矩沿高度总体上呈递减趋势。上述学者对再生混凝土框架结构抗震性能通过试验做了深入研究, 全再生混凝土的抗震性能研究, 有学者已经取得了一定成果。

通过应用有限元分析软件对全再生混凝土框架结构抗震性能进行研究已经成为全再生混凝土抗震性能研究的重要辅助手段。借助于计算方法和计算机技术, 全再生混凝土结构力学性能、本构关系等基本问题已经得到人们较深入的认识[3,4,5]。

全再生混凝土中的粗骨料和细骨料由于经过二次破碎、筛分、分级, 其材料组成存在多组分性, 材料收缩和徐变变异性较大, 特别是全再生混凝土与钢筋之间粘结的复杂性等, 造成再生混凝土有限元分析比普通钢筋混凝土结构更为复杂。全再生混凝土有限元分析的步骤和一般有限元结构分析步骤是一致的。本文通过建立有限元模型, 分析再生混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能, 为再生混凝土框架结构抗震设计提供参考依据。

1 有限元模型的建立

全再生混凝土框架结构和一般混凝土框架结构一样, 由梁、柱、板组成, 框架梁和框架柱通过刚性节点连成一体, 形成承重结构。该全再生混凝土框架模型3 跨3 层, 跨度为5. 4 + 2. 7 + 5. 4 ( m) , 进深3. 6 m, 层高3. 9 m, 柱截面450 × 450 ( mm) , 梁截面300 × 450 ( mm) , 所有尺寸选择符合建筑模数统一标准。按照该尺寸, 利用软件建立了有限元模型, 参数输入参照已有经验数据[6,7], 并进行了单元划分, 见图1。

2 全再生混凝土框架结构模态分析

按照一般混凝土分析方法, 全再生混凝土框架结构反应谱法分析宜取前10 阶振型进行地震效应计算。该全再生混凝土框架结构的10 阶自振的频率见表1。通过软件观察该框架结构的前10 阶振型基本与一般混凝土结构一致, 但在个别位置的数据上存在差异, 具体见图2。

分析图2 全再生混凝土三层框架结构振型云图, 可以看出: (1) 由于包含了X、Y、Z三个方向的振动, 第一阶和第二阶振型、第四阶和第五阶振型、第八阶和第九阶振型等均对称出现; (2) 由于所建立的全再生混凝土框架结构具有对称性, 在振型成对出现时, 大小和振型均相等, 说明只是绕中心轴转了90°。

3 全再生混凝土框架结构的地震响应分析

在分析地震相应时, 首先设定谱参数, 抗震设防烈度为8 度区、场地Ⅱ类、阻尼比为0. 02, 水平地震加速度峰值取为0. 92 m/s2。然后利用事先设定好的地震波计算全再生混凝土框架结构响应。

3. 1 结构计算模型位移响应

通过反应谱分析, 可得出该全再生混凝土框架结构所有节点的地震位移响应, 有限元计算所得的模型位移云图见图3。限于篇幅, 表2 仅列出了部分节点的位移响应数值。

mm

通过分析全再生混凝土框架结构位移响应云图可以看出: (1) 由于该框架结构具有对称性, 所以X、Y、Z三个方向的位移均具有对称性, 这也就表明, 如果仅给框架结论施加竖向或者水平地震作用, 该结构物的位移是对称的; (2) 由于在建立模型时, 给该框架结构的底面施加的是刚性约束, 因此第一层节点的位移为0, 相应的位移也随着竖向高度的增多不断增大, 在顶层边缘处达到最大, 这点和肖建庄[2]的研究结果基本一致, 该数据模型节点的最大位移响应最大值约3. 918 6 mm。

3. 2 结构计算模型结构内力响应

分析有限元计算所得的模型内力云图见图4。可以看出, 结构中各节点的内力响应均较大, 而且梁、板上比较均匀, 柱上的内力值较小, 其中最大值出现在框架结构的顶层板的中部, 最大值为209 MPa左右。

4 结论

借助已有的全再生混凝土力学性能研究基础, 建立了全再生混凝土框架结构抗震模型, 分析了在地震作用下全再生混凝土框架结构的位移与应力, 结果显示全再生混凝土框架结构的X、Y、Z三个方向的位移均具有对称性; 相应的, 位移随着竖向高度的增大而不断增大, 在顶层边缘处达位移到最大。而内力最大值出现在上层板的中部。分析结果比较准确地显示了地震作用下全再生混凝土框架结构内力与位移的变化规律、最大值的位置和大致数值, 为全再生混凝土框架结构设计中危险截面位置的确定和承载力验算提供参考。

摘要：为了分析全再生混凝土框架结构在地震激励下位移与应力响应, 并为研究应用提供参考, 借助于已有的钢筋混凝土非线性分析理论和有限元分析程序, 建立有限元模型对全再生混凝土框架结构抗震性能进行非线性有限元分析, 发现全再生混凝土框架结构在竖向激励作用下的位移具有对称性, 位移量随着建筑高度增高而增大;水平一致输入下结构的内力响应均较大, 最大值出现在框架结构的顶层中部, 但内力响应比较均匀。依据分析结果为全再生混凝土框架结构抗震设计提供参考。

关键词：全再生混凝土,框架结构,抗震性能,非线性分析

参考文献

[1]吕西林, 张翠强, 周颖, 等.全再生混凝土框架抗震性能[J].中南大学学报:自然科学版, 2014, 58 (6) :180-190.

[2]肖建庄, 王长青, 丁陶.再生混凝土框架结构抗震性能及其评价[J].土木工程学报, 2013, 59 (8) :63-74.

[3]孙跃东.再生混凝土框架抗震性能试验研究[D].上海:同济大学, 2005.

[4]朱晓辉.再生混凝土框架节点抗震性能研究[D].上海:同济大学, 2005.

[5]张鹏.再生混凝土框架结构抗震性能非线性分析[D].济南:山东科技大学, 2005.

[6]肖建庄.再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究[J].同济大学学报:自然科学版, 2007, 35 (11) :1445-1449.

框架结构抗震性能分析 篇9

经济的发展和进步带来了城市化, 同样, 伴随着城市化的不断发展和进步, 城市交通的拥堵以及环境条件的日趋恶化, 交通的拥挤和效率低下成为各大一线城市的心病, 人们开始逐渐认识到发展以地下铁道为主要线路的大运量快速地铁系统是解决问题的重要途径。确实, 在地上交通拥挤问题纷至沓来的时候, 开辟一种新的交通运输方式对缓解各种交通拥堵问题极为重要。实践证明, 地铁确实以其快速、高效、清洁的特点, 而在我国乃至世界上大多数经济发达地区的一线城市的客运交通中发挥着无可厚非的作用, 比如纽约、莫斯科、北京等。近几年来, 我国的地铁方面的建设也得到了飞速的发展。我们甚至可以说, 我国已经开始进入了一个地铁的黄金时代。

在此背景下, 地铁工程的安全性开始越来越多得被人们所关注。地铁工程是生命线工程的重要组成部分, 地铁的抗震问题因此成为地铁城市工程抗震有机组成部分。迄今为止, 发达国家诸如美国、日本等国家都对地铁等地下结构的抗震设计问题进行了很多研究, 并且提出了一些非常实用和有效的抗震设计方法。然而与之相反的是, 我国在这一领域的研究相对滞后。截止到目前, 我国尚且没有独立完整的地下结构抗震设计纲常。目前的《地下铁道设计规范》 (GB50157-92) 和新颁布的《地铁设计规范》 (GB50157-2003) 都只是对地铁的抗震设计简单给出了极为笼统的规定, 究其原因主要是研究工作开展不够, 对地下结构抗震设计方法缺乏系统研究。

另外, 我国地处于多地震带的区域, 东部连接太平洋地震带, 而南部邻欧亚地震带, 整体位于环太平洋地震带, 地震的活动的频度较高、范围也很广, 算得上是在全球范围内遭受到地震灾害颇为严重的一个国家。由此我们也可知到, 处于地震带上的地下结构中的抗震的问题, 是目前处于地震带上城市建设地下建筑时所应该关注的。

1 地下结构抗震性能的研究

1.1 阪神地震的冲击

一直以来, 地铁结构的抗震设计基本都是按照《铁路工程抗震设计规范》 (GBJ111-87) 中有关隧道部分的条款和《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) , 并且应用地震系数法进行的。而不得不承认的是, 地下结构抗震计算时如果运用地震系数法时是有明显的缺陷的, 举例来说, 比如按照这种方法, 作用在地下结构的水平惯性力就会呈正相关, 即随埋深的增加而增加, 但是我们都知道这与实际情况并不符合。追究出现这一局面的原因, 不难发现这与人们的自我危机意识不强, 对危机的认识不明确不无关系。我们完全可以客观地说, 由于地下结构被压制和约束, 再加上地上的诸多优越性, 这样一来, 震害明显低于地上结构。但我们众所周知的1995年日本阪神大地震中, 神户市地铁站和隧道遭到严重破坏, 这一事实给以往的传统观念带来了巨大的冲击, 引起了众多地震工作者的极大重视。

阪神地震后, 我国对地铁等地下结构的抗震问题进行了一系列的研究, 但仍然缺少实质性进展。为改变目前我国在这一研究领域中的落后局面, 需要在理论分析、数值模拟和模型试验等方面开展更为深入的工作, 系统地研究地铁车站及区间隧道等的地震反应, 以图在抗震分析及设计方法与理论基础方面有实质性的突破。

1.2 研究地下结构抗震性能的途径

目前研究地下结构抗震性能的主要途径有很多种。以下简单列举几个较为常见的: (1) 原型观测, 顾名思义就是对原型进行观测; (2) 模型试验, 通过模拟现实情况进行试验操作; (3) 数值模拟, 是区别于试验模拟的另外一种新途径。由于问题的极其复杂性, 目前还没有哪一种手段能够完全实现对地下结构动力反应进行全面而真实的解释和模拟。

1.3 地铁地下结构的抗震构造措施

我国目前还缺乏对地下结构抗震设计中结构统一认识, 尤其是对地铁车站及区间隧道等地下结构抗震设计中结构构件应采用的抗震构造措施。有人认为单建的地下结构由于受到或多或少的地层的约束, 这样会导致一些无法避免的麻烦, 其实在现实构建的过程中, 我们无须特别考虑抗震构造措施。与此相对应的, 另一种观点认为基本可以按照地上建筑的要求来完成地下建筑的构建。比较不难发现, 这两种观点都有一定的片面性, 第一种观点基本完全忽视了地震的对建筑 (无论是地上还是地下) 的损害作用;第二种观点又完全把地下结构等同于地上结构。实际上我们应该区别不同的方法, 并且适当的根据地下结构采取抗震措施。

2 建筑抗震设计趋势分析

2.1 以位移为基准的结构抗震

分析我国当下实行的建筑物结构抗震设计, 抗震设计者大多都是把承载力看做基础, 这种设计方法其实也就是用线弹性方法来计算结构在小震情景下的一些问题;用一种组合结构的内力来计算构件截面数值, 并衡量数值是否能让建筑物的结构具有足够的承载力;通常而言, 建筑物位移限值主要是使用阶段的要求的标准, 同样也是为了对建筑物非结构的构件加以保护;而抗震结构的延续性和损耗性是通过构造的措施获得的。为了可达到以位移为基础的抗震设计目标, 首当其冲要做的就是必须要研究简单建筑结构的各种构件变形跟配筋间的关系, 并以此来实现按变形要求进行构件设计;在这一切完成后, 再进一步研究整个结构进入弹塑性后的变形与构件变形的关系。这样计算的话, 就要求除了小震阶段的计算外, 还要加上按大震作用下的变形进行设计这一个环节, 这才是真正实现二阶段抗震设计。

2.2 建筑结构中针对隔震与消震的抗震设计

如果我们想要将建筑结构的整体抗震性能更高的提升到一个新的层次, 那么不容忽视的就是隔震与消能减震这一类的抗震工作, 因为这类抗震工作在整个建筑结构设计中有着极为特殊的功能。

我们在这里所提及的隔震, 通俗点讲其实就是隔离地震, 实际操作上其实就是在建筑物的基础结构跟上部结构间加上一层隔震层, 这一隔震层所起到的作用就是将房屋跟基础结构相隔离, 除此之外, 还能隔离地面运动能量向建筑物的传递过程, 从而使房屋结构经受的地震作用力变小, 这样一来就使得地震时发生理想化现象, 那就是我们常常说的建筑物仅仅轻微发生运动和变形现象, 这种现象的好处就在于能够确保整个建筑物的安全性及人生财产安全。

伴随着社会的发展和不断进步, 人类对各种建筑构筑物具有的抗震减震的性能标准有着越来越严格的要求, 减震和抗震设计也面临着更大的市场需求。

3 结语

总之, 由于地下建筑的特殊性, 导致地铁隧道结构形成的因素是多方面的, 框架式地下建筑的抗震性能如果得不到不及时处理会严重影响到地铁运营安全。因此, 从制度层面上去制定一套全面的监测方案, 从现实层面上时刻搞好抗震减震工作是地下建筑结构的当务之急, 对地铁隧道结构进行长期的监测是至关重要, 只有这样才能营造更加安全可靠的交通运输环境。

摘要：随着我国现阶段社会经济的飞速发展, 社会的需求开始不断增多, 这就决定了我国城市中地下建筑结构的要求和难度不断增高, 形式也愈加复杂, 因而建筑中结构的抗震设计也越来越重要, 抗震性能也占据着越来越重要的地位。基于我国目前尚且缺少完善的地铁地下结构抗震的分析方法以及专业的地铁结构抗震设计规范的现状, 本文在分析目前我国地铁等地下结构抗震研究及设计方法的基础上, 进一步叙述了亟需解决的关键问题, 这些问题的研究和解决将为地铁地下结构抗震设计规范或规程的制定奠定坚实的基础。

关键词：地铁,地下结构,抗震设计

参考文献

[1]刘晶波, 吕彦东.结构-地基动力相互作用问题分析的一种直接方法[J].土木工程学报, 19:15~16.

[2]刘汉龙.土动力学与岩土地震工程[A].中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集[C].北京:清华大学出版社, 2012:25~26.

框架结构抗震性能分析 篇10

1.浙江建院建筑规划设计院 310000；2.中国联合工程公司 310000

摘要：框架剪力墙结构亦被称为框剪结构，它对竖向布置繁杂或平面、水平荷载较大的高层建筑十分适用。框架剪力墙的性价比较高，因此在国内有很广泛的应用。本文主要分析了高层框架结构在抗震设计中应用。

关键词：高层建筑；框架；剪力墙结构

引言

框架剪力墙结构由于兼备框架和剪力墙的特征，在高层建筑中得到了广泛应用。如何提高框剪结构的抗震性能，也成为建筑领域的研究重点，其焦点就是如何将剪力墙与框架结构的形变特征和谐起来，使得建筑在地震中体现出框架和剪力墙的结构优势，抵抗地震产生的破坏。

1、框架剪力墙抗力特性

1.1 框架和剪力墙的受力特征

高层建筑框架结构的形变，呈现出来的往往是剪切型的特征，位移越高其变化越慢，曲线形式为开口型，即形变曲线为剪切型。纯框架结构的建筑中期形变曲线都是类似的。所以，水平的受力会按照各个框架的抗推刚度D比例分配。而剪力墙的位移曲线所呈现的是悬臂弯曲梁的特征，位移越高其增大的速度越快，呈现出来的是弯形开口的曲线。在平面范围内具备很大的抗弯曲强度，在普通的剪力墙结构中，所有抗侧力的建筑构件受力侧移的曲线均相似，即水平的力在各个剪力墙之间按照等效的刚度EI来分配。

1.2 框架剪力墙的受力特征

在框架-剪力墙建筑结构中，通过平面内无限大刚度的楼盖将框架和剪力墙连接在一起，使其形成了一個网络结构，共同抵抗水平向的侧应力，不会单独受到各种弯曲变形或者剪切变形的影响，框架剪力墙在同一个楼层的位移是基本相同的。因此，框架剪力墙结构在水平面内的位移呈现出来的特征是介于框架与剪力墙之间的形态，为反S型的曲线，即弯剪型。所以，在框架-剪力墙结构中，剪力墙在下部的层面形变较小，承担80%以上的水平向剪力，而在高层建筑的上部，框架结构的形变较小，可以协助剪力墙进行作用，抵抗剪力墙的外拉式的形变，从而承受更大的水平剪切力。可见，框架剪力墙结构实际上就是综合了框架和剪力墙这两种结构的优势，有效地协调了水平的形变，从而达到减小结构性形变的效果，增强了结构的侧向刚度，提高了建筑的抗震能力，在高层建筑的结构设计中适用性较好。

2、高层框剪结构抗震设计的技术要点

2.1 提高剪力墙的抗震能力

（1）在设计过程中，在剪力墙的周围增加梁柱结构，形成边框剪力墙。这样可阻止斜向的裂缝不会向邻近的结构扩展，也可以在剪力墙遭到破坏后代替其承载。这里增加的边框结构应具备斜截面的承载能力，以抵抗剪力墙开裂后对梁柱施加的附加剪应力。

（2）合理的肢墙面积。这种方法的思路是将肢墙的面积变小，利用结构形式使其形成多肢墙或者双肢墙，可以控制裂缝和屈服部位出现在结构竖缝和洞口的连梁位置，形成一个耗能的结构。而且这样的剪力墙可以降低刚度，避免在地震时发生剪切破坏和底部墙体过早屈服。

2.2 改善框架的抗震能力

（1）对框架结构的角柱进行强化。角柱是连接横纵框架的关键，要增加框架结构的整体性，就需要增强角柱的抗剪能力。

（2）在外围框架的平面内设计一定数量的钢筋混凝土剪力墙墙板，这样可以有效地克服框架的剪力滞后的情况，提高框架结构的整体性和抵抗推力的刚度，减少整体结构的侧向移动，特别是层间的位移，其形式为K或者X型。但是，应注意这样的结果是延性较差，如果在墙板上适当地设计十字开口，人为地使之出现结构薄弱部位，形成延性的耗能墙板，则更加有效。

（3）在结构中增加偏交斜撑等赘余构件，用弯曲耗能的形式代替轴变的耗能形式，其中折曲支撑可以利用钢纤维混凝土杆来制造，偏心连接支撑一般采用钢杆或者劲性钢筋混凝土杆构成。在强烈的地震中，一方面可以利用这些赘余的杆件来实现先行屈服和形变消耗地震能量；另一方面，当这些赘余构件因为形变而失去作用后，整体结构会发生稳定体系的变化，而诱发建筑自振周期的改变，可以避免地震造成的建筑物的共振效应。

2.3 改善整体抗震能力

（1）设计中采用机构控制达成总体屈服效果。在框剪结构中的特定位置，设置一定数量的“塑性铰”，实现对塑性铰发生位置、次序、形变程度的控制，使结构在地震时形成较好的耗能机构。在水平向力的作用中，水平的构件首先屈服，然后才是竖向构件。

（2）平衡结构刚度和承载能力。在框架-剪力墙结构中，剪力墙的数量增多，体积增大，刚度也会随之增加。但是，这就会使结构的自振周期变小，总体水平地震作用加大；反之，结构的刚度就会减小，地震力作用也就变小。因此，在设计过程中，应当根据建筑的基本情况来综合考量，将建筑的设防烈度、高度、装修等级等内容考量在内，以确定结构允许的位移的最大限值，从而确定剪力墙的数量和体积，保证经济和安全并重。

（3）刚度与延性的和谐统一。框架与剪力墙结构在刚度和弹性限值、延性系数等方面都存在着一定的差异，这就给框剪结构抗震性能的提升制造了难题。理论上，框剪结构会出现各个构件不能协调性发挥作用，而出现先后破坏、各个击破的情况，这就大大降低了结构中各个构件的有效性和抗震的可靠程度。所以，在设计中应将各个构件协调起来，使刚度与延性和谐统一，以此保证建筑的抗震需求。

3、结语

框架-剪力墙结构之所以在建筑中得到了广泛应用，就是因为其结构的互补性。合理的设计可以使其突出框架和剪力墙的结构优势，提高高层建筑的抗震能力，而设计的关键则是剪力墙数量和形式的使用。因此，在实际的设计中，应遵循结构均匀、承载分散、把握节点等原则，来确定框架和剪力墙的使用比例和形式，以此来保证框剪结构在高层建筑抗震中起到应有的作用。

参考文献：

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