抗震設計論文

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抗震設計論文范文第1篇

關鍵詞：抗震規范

1．R-μ-T關系及其應用

在二十世紀五十年代，當美國的權威人士G.W.Houser導出了第一條地震反應譜和對地震激勵下的彈性反應規律的研究很快被學術界接受后，人們很快發現了一個與當時的抗震設計方法相矛盾的問題，那就是例如對一個第一振型周期為0.5s~1.5s,阻尼比為0.05的結構，結構地震反應加速度約為地面運動峰值加速度的1.5~2.5倍，比如賦予上述結構一個不大的地面運動加速度0.15g,則根據反應譜導出的結構反應加速度已達到0.23g~0.375g，而世界各國當時的設計規定中一般用來確定水平地震力大小的加速度只有0.04g~0.15g，但讓人不解是，震害表明，雖然設計用的反應加速度很小，但結構在地震中的損傷卻不太大。這么大的差距是不能用安全性或設計誤差來解釋的，于是，各國的學術界加緊了對這一問題的研究，大家通過對單自由度體系的屈服水準、自振周期（彈性）以及最大非彈性動力反應之間的關系；同時還研究了當地面運動特征（包含場地土特征）不同時，給這種關系帶來的變化，我們把這方面的研究工作關系其中R是指在一個地面運動下最大彈性反應力與非彈性反應屈服力之間的比值，稱為彈塑性反應地震力降低系數，簡稱地震力降低系數或者反應調節系數；µ為最大非彈性反應位移與屈服位移的比值，稱為位移延性系數；T則為按彈性剛度求得的結構自振周期。研究表明，對于長周期（指彈性周期且T>1.0s）的結構可以適用“等位移法則”，即彈性體系與彈塑性體系的最大位移反應總是基本相同的；而對于中周期（指彈性周期且0.12s<T<0.5s）的結構，則適用于“等能量法則”，即非彈性反應下的彈塑性變形能等于同一地震地面運動輸入下的彈性變形能。

之所以存在上訴規律，我們應該注意到鋼筋混凝土結構的一些相關特性。首先，通過人為措施可以使結構具有一定的延性，即結構在外部作用下，可以發生足夠的非線性變形，而又維持承載力不會下降的屬性。這樣就可以保證結構在進入較大非線性變形時，不會出現因強度急劇下降而導致的嚴重破壞和倒塌，從而使結構在非線性變形狀態下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結構，在一定的外力作用下，結構將從彈性進入非彈性狀態。在非彈性變形過程中，外力做功全部變為熱能，并傳入空氣中耗散掉。我們可以進一步以單質點體系的無阻尼振動來分析，在彈性范圍振動時，慣性力與彈性恢復力總處于動態平衡狀態，體系能量在動能、勢能間不停轉換，但總量保持不變。如果某次振動過大，體系進入屈服后狀態，則體系在平衡位置的動能將在最大位移處轉化為彈性勢能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到，在地震往復作用下，結構在振動過程中，如果進入屈服后狀態，將通過塑性變性能耗散掉部分地震輸給結構的累積能量，從而減小地震反應。同時，實際結構存在的阻尼也會進一步耗散能量，減小地震反應。此外，結構進入非彈性狀態后，其側向剛度將明顯小于彈性剛度，這將導致結構瞬時剛度的下降，自振周期加長，從而減小地震作用。

2我國現行抗震設計規范中的不足之處

抗震規范規定，我國的抗震設防目標必須堅持“小震不壞，中震可修，大震不倒”的原則，而建筑應根據其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類四個抗震設防類別。甲類建筑應屬于重大建筑工程和地震時可能發生嚴重次生災害的建筑，地震作用應高于本地區抗震設防烈度的要求，其值應按批準的地震安全性評價結果確定；抗震措施，當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求，當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求。乙類建筑應屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑，抗震措施，一般情況下，當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求，當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求。丙類建筑應屬于甲、乙、丁類以外的一般建筑，地震作用和抗震措施應符合本地區抗震設防烈度的要求。我們知道，一棟建筑在大震下能否不倒，已經不是看其承載力的大了了，而是看它的延性是否能夠到達設計要求。由上面的建筑物抗震類別劃分可以看出，我們對甲、乙、丙、丁建筑物延性的要求是依次從高到低的，此時，結構的延性實際上是由其抗震措施來決定的，現以一棟乙類建筑和丙類建筑為例：

表1

設防烈度

抗震措施烈度

實際延性

6

7（6）

低

7

8（7）

中等

8

9（8）

稍高

9

比9度高（9）

高

說明：在抗震措施烈度中，括號外為乙類建筑，括號內的為丙類建筑。

由表1可以看出，如果按規范設計，就可能會出現9度（設防烈度）下的丙類建筑的延性比7度（設防烈度）下的乙類建筑延性還要高的情況出現，而根據上面所述的R-μ-T理論關系的研究可以知道，當R取值不變時，對結構的延性要求也應該是不變的，與處在什么烈度區沒有關系，如果R-μ-T理論關系的研究結果是正確的，那么我國規范對甲、乙、丙三類建筑的要求就存在概念性矛盾。

我國取R＝3.33，與國外規范相比較，我們對乙類和丙類建筑的是比較合理，而對于甲類建筑則過于偏松，對丁類建筑過于嚴格了。

目前，國際上逐步形成了一套“多層次，多水準性態控制目標”的抗震理念。這一理念主要含義為：工程師應該選擇合適的形態水準和地震荷載進行結構設計。建筑物的性態是由結構的性態，非結構構件和體系的性態以及建筑物內容物性態的組合。目前性態水準一般分為：損傷出現（damageonset）、正常運作（operational）、能繼續居住（countinuedoccupancy）、可修復的（repairable）、生命安全（lifesafe）、倒塌（collapse）。性態目標指建筑物在一定程度的地震作用下對所期望的性態水準的表述。對建筑抗震設計應采用多重性態目標，比如美國的“面向2000基于性態工程的框架方案”曾對一般結構、必要結構、對安全起控制作用的結構分別建議了相應的性態目標―基本目標（常遇地震下完全正常運作，少遇地震下正常運作，罕遇地震下保證生命安全，極罕遇地震下接近倒塌，相當與中國的丙類建筑）、必要目標（少于地震下完全正常運作，罕遇地震下正常運作，極罕遇地震下保證生命安全，相當與中國的乙類建筑）、對安全其控制作用的目標（罕遇地震下完全正常運作，極罕遇地震下正常運作，相當與中國的甲類建筑），目前中國正在進行用地震動參數區劃分圖代替基本烈度區畫圖的工作。對重要性不同的建筑，如協助進行災害恢復行動的醫院等建筑，應該按較高的性態目標設計。此外，也可以針對業主對建筑提出的不同抗震要求

2．鋼筋混凝土結構的核心抗震措施

我國抗震設計對鋼筋混凝土結構提出的基本上是“高延性要求”，也就是要求結構在較大的屈服后塑性變形狀態下仍保持其豎向荷載和抗水平力的能力，對于有較高延性要求的鋼筋混凝土結構必須使用能力設計法進行有關設計。“能力設計法”的要求是在設計地震力取值偏低的情況下，結構具有足夠的延性能力，具體做法是通過合理設計使柱端抗彎能力大于梁端從而使結構在地震作用下形成“梁鉸機構”，即塑性變形或塑性鉸出現在比較容易保證具有較大延性能力的梁端；通過相應提高構件端部和節點的抗剪能力以避免構件發生非延性的剪切破壞。其核心是：

（1）“強柱弱梁”措施：主要是通過人為增大相對于梁的抗彎能力，使塑性鉸更多的出現在柱端而不是梁端，讓結構在地震引起的動力反應中形成“梁鉸機構”或“梁柱鉸機構”，通過框架梁的塑性變形來耗散地震能量。

“強柱弱梁”措施是“能力設計法”的最主要的內容。

根據對構件在強震下非線線動力分析可知，強震下，由于構件產生塑性變形，因此可以耗散部分地震能量，同時根據桿系結構塑性力學的分析知道，在保證結構不形成機構的要求下，“梁鉸機構”或“梁柱鉸機構”相對與“柱鉸機構”而言，能夠形成更多的塑性鉸，從而能耗散更多的地震能量，因此我們需要加強柱的抗彎能力，引導結構在強震下形成更優、更合理的“梁鉸機構”或“梁柱鉸機構”。

這一套抗震措施理念已被世界各國所接受，但是對于耗能機構卻出現了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。這兩種思路都承認應該優先引導梁端出塑性鉸，但是雙方對柱端塑性鉸出現的位置和數量有分歧。

新西蘭追求理想的梁鉸機構，規范中底層柱的彎距增大系數比其它柱的彎距增大系數要小一些，這么做的目的是希望在強震下，梁端塑性鉸形成較為普遍，底層柱塑性鉸的出現比梁端塑性鉸遲，而其余所有的柱截面在大震下不出現塑性鉸的“梁鉸機構”。但是新西蘭人也不認為他們的理想梁鉸方案是唯一可用的方法，因此他們在規范中規定可以選用兩種方法，一種是上述的理想梁鉸機構法，另一種就是類似與美國的方法。

美國規范的做法則希望在強震下塑性鉸出現較早，柱端塑性鉸形成較遲，梁端塑性鉸形成得較普遍，柱端塑性鉸可能要形成得要少一些的“梁－柱塑性鉸機構”（柱端塑性鉸可以在任何位置形成，這一點是與新西蘭規范的做法是不同的）。中國規范和歐洲EC8規范也是采用與美國類似的方法。

（2）“強剪弱彎”措施：用剪力增大系數增大梁端，柱端，剪力墻端，剪力墻洞口連梁端以及梁柱節點中的組合剪力值，并用增大后的剪力設計值進行受剪截面控制條件驗算和受剪承載力設計，以避免在結構出現脆性的剪切破壞。

我們在上學期學過，鋼筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、裂縫界面的骨料咬合力、縱筋銷栓力和箍筋的拉力4部分構成，而通過對框架梁在強震下的抗剪分析可知，混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性鉸后會比非抗震時有所下降，主要原因有幾下幾個：

1由結構力學和材料力學的分析可知，梁端總是正剪力大于負剪力，如果發生剪切破壞時，剪壓區一般都在梁的下部，而此時混凝土保護層已經剝落，且梁下端又沒有現澆板，所以混凝土剪壓區的抗剪能力會比非抗震時偏低

2由于在強震下剪切破壞要發生在塑性鉸充分轉動的情況下，而非抗震時的剪切破壞往往發生在縱筋屈服之前，因此在抗震條件下混凝土的交叉裂縫寬度會比非抗震情況偏大，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應慢慢退化，加之斜裂縫反復開閉，混凝土體破壞更嚴重，這使得混凝土的抗剪能力進一步被削弱。

3混凝土保護層的剝落和裂縫的加寬又會使縱筋的抗剪銷栓作用有所退化。

我們一般在計算鋼筋混凝土的抗剪能力時，只計算了混凝土自身的抗剪能力和箍筋的抗剪能力（V＝Vc+Vsv），而把斜裂縫界面中的骨料咬合能力及縱筋的銷栓作用作為它多余的強度儲備。在抗震下梁端的塑性鉸的形成，使得骨料咬合力及縱筋的銷栓作用有所下降，鋼筋混凝土的抗剪強度儲備也會下降，同時由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降，V也會比非抗震時小，如果咬使V不變，那么就只有使Vsv變大，即增加箍筋用量，所以我們可以得出這樣的結論，在抗震情況下箍筋用量比非抗震時要大一些，這不是因為地震使梁的剪力變大了而增加箍筋用量，而是由于混凝土項的抗剪能力下降，相應的必須加大箍筋用量。其他構件的原理也相似。

（3）抗震構造措施：通過相應構造措施保證可能出現塑性鉸的部位具有所需足夠的延性，具體來說就是塑性轉動能力和塑性耗能能力。

對于梁柱等構件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點：混凝土極限壓應變，破壞時的受壓區高度。影響延性的其他因素實質都是這兩個根本因素的延伸。

對于梁而言，無論是對不允許柱出現塑性鉸（底層柱除外）的新西蘭方案，還是允許柱出現塑性鉸但控制其出現時間和程度的方案，梁端始終都是引導出現塑性鉸的主要部位，所以都希望梁端的塑性變形有良好的延性（即不喪失基本抗彎能力前提下的塑性變形轉動能力）和良好的塑性耗能能力。因此除計算上滿足一定的要求外，還要通過的一系列嚴格的構造措施來滿足梁的這種延性，如：

1控制受拉鋼筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率，前者是為了使受拉鋼筋屈服時的混凝土受壓區壓應變與梁最終破壞時的極限壓應變還有一定的差距（梁的最終破壞一般都以受壓區混凝土達到極限壓應變，混凝土被壓碎為標志的）；后者是保證梁不會在混凝土受拉區剛開裂時鋼筋就屈服甚至被拉斷。

2保證梁有一定的受壓鋼筋。受壓鋼筋可以分擔部分剪力，減小受壓區高度，另外在大震下，梁端可能出現正彎距，下部鋼筋有可能受拉，。

3保證箍筋用量，用法。箍筋的作用有三個，一是抗剪，這在前文已經說過，這里不再充分；二是規定箍筋的最小直徑，保證縱筋在受壓下不會過早的局部失穩；三是通過箍筋約束受壓混凝土，提高其極限壓應變和抗壓強度。

4對截面尺寸有一定的要求。規范規定框架梁截面尺寸宜符合下列要求：1>截面寬度不宜小于200mm；2>截面高度與寬度的比值不宜大于4；3>凈跨與截面高度的比值不宜大于4。在施工中，如梁寬度太小，而梁上部鋼筋一般都比較多，會使混凝土的澆注比較困難，容易造成混凝土缺陷；在震害和試驗中多次發生過腹板較薄的梁側向失穩的事例，因此提出要求了2；一般我們把跨高比小于5的梁稱為深梁，深梁的抗彎和抗剪機理與一般的梁（跨高比大于5的梁）有所不同，所以我們在設計中最好能避免設計成深梁，如果實在不能避免，就要去看專門的設計方法和規造措施。

柱的構造措施也和梁差不多，但是柱除了受彎距和剪力以外，還要承受軸力（梁的軸力一般都很小，在設計中都不予以考慮），尤其是高層建筑，軸力就更大了，所以柱還有對軸壓比的限制，其中對不同烈度下有著不同延性要求的結構有著不同的軸壓比限值；另外，柱端箍筋用量的控制條件不是簡單的用體積配箍率，而是用配箍特征值，它同時考慮了箍筋強度等級和混凝土強度等級對配箍量的影響。

高強度混凝土（C60以上）的極限壓應變都比一般混凝土（C60及其以下）要小一些，而且強度越高，小的越多；另外，強度越高，混凝土破壞時脆性特征越明顯，這些對于抗震來說是不利的。

3．常用的抗震分析方法

結構抗震設計的首要任務就是是對結構最大地震反應的分析，以下是一些常用的抗震分析方法：

1．底部剪力法

底部剪力法實際上時振型分解反應譜法的一種簡化方法。它適用于高度不超過40m，結構以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結構，此時假設結構的地震反應將以第一振型為主且結構的第一振型為線性倒三角形，通過這兩個假設，我們可近似的算出每個平面框架各層的地震水平力之和，即“底部剪力”，此方法簡單，可以采用手算的方式進行，但精確度不高。

2．振型分解反應譜法

振型分解反應譜法的理論基礎是地震反應分析的振型分解法及地震反應譜概念，它的思路是根據振型疊加原理，將多自由度體系化為一系列單自由度體系的疊加，將各種振型對應的地震作用、作用效應以一定方式疊加起來得到結構總的地震作用、作用效應。此法計算精度高，但計算量大，必須通過計算機來計算。

3．彈性時程分析

彈性時程分析法，也稱為彈性動力反應分析。所謂時程分析法就是將建筑物作為彈性或彈塑性振動系統，直接輸入地面地震加速度記錄，對運動方程直接積分，從而獲得計算系統各質點的位移，速度，加速度和結構構件地震剪力的時程變化曲線。而彈性時程分析法就是把建筑物看成是彈性振動系統。

4．非線（彈）性時程分析

非彈性時程分析法，也稱為非線性動力反應分析。就是將建筑物作為彈塑性振動系統來輸入地面地震加速度記錄。上面所提到的基于地震反應譜進行設計的方法，可以求出多遇地震作用下結構的彈性內力和變形，同樣可以求得罕遇地震作用下結構的彈塑性變形。但是它不能確切了解建筑物在地震過程中結構的內力與位移隨時間的反應；同時也難以確定建筑結構在地震時可能存在的薄弱環節和可能發生的震害；由于計算簡化，抗震承載力和變形的安全度也可能是有疑問的。而時程分析法就可以準確而完整的反映結構在強烈地震作用下反應的全過程狀況。所以，它是改善結構抗震能力和提高抗震設計水平的一項重要措施。

抗震設計論文范文第2篇

摘要；文章闡述了抗震設計方法的轉變，并介紹了兩種不同設計方法的優缺點，對能量分析方法在抗震結構計算中的應用進行了分析。

關鍵詞：推覆分析方法；結構能量反應分析；地震動三要素；耗散能量

目前世界各國的抗震設計規范大多數都以保障生命安全為基本目標，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設防水準，據此制定了各種設計規范和條例。依此設計思想設計的各種建筑物在地震中雖然基本保證了生命安全，卻不能在大地震，甚至在中等大小的地震中有效的控制地震損失。特別是隨著現代工業社會的發展，城市的數量和規模不斷擴大，城市變成了人口高度密集、財富高度集中的地區，一般的地震和1995年的日本阪神地震，造成了巨．大的經濟損失和人員傷亡。嚴重的震害引起工程界對現有抗震設計思想和方法上存在的不足進行深刻的反思，進一步探討更完善的結構抗震設計思想和方法已成為迫切的需要。上個世紀九十年代，美國地震工程和結構工程專家經過深刻總結后，主張改進當前基于承載力的設計方法。加州大學伯克利分校的J.P.Moehlelll提出了基于位移的抗震設計理論；日本建設省建筑研究院根據建筑物的性能要求，提出了一個有關抗震和結構要求的框架，內容包括建議方案，性能目標，檢驗性能水準等：我國學者已認識到這一思潮的影響，并在各自研究領域加以引用和研究，如王亞勇、錢鎵茹、方鄂華、呂西林分別發表了有關剪力墻、框架構件的變形容許值的研究成果，程耿東采用可靠度的表達形式，將結構構件層次的可靠度應用水平過渡到考慮不同功能要求的結構體系，王光遠把這一理論引入到結構優化設計領域，提出基于功能的抗震優化設計概念。

我國現行的結構抗震設計，主要是以承載力為基礎的設計，即用線彈性方法計算結構在小震作用下的內力、位移；用組合的內力驗算構件截面，使結構具有一定的承載力；位移限值主要是使用階段的要求，也是為了保護非結構構件；結構的延性和耗能能力是通過構造措施獲得的。結構的計算分析方法基本上可以分為彈性方法和彈塑性方法。當前在建筑結構抗震設計和研究中廣泛地采用底部剪力法和振型分解反應譜法等。這些方法沒有考慮結構屈服之后的內力重分布。實際上結構在強震作用下往往處于非線性工作狀態，彈性分析理論和設計方法不能精確地反映強震作用下結構的工作特性，讓結構在強震作用下處在彈性工作狀態下工作將造成材料的巨大浪費，是不經濟的。隨著人們認識的提高，結構的地震反應分析設計方法經過了兩個文獻的轉變：(1)靜力分析方法到動力分析方法的轉變：(2)從線性分析方法到非線性分析方法的轉變。其中動力分析方法就經過了從振型分解反應譜法到時程分析法、從線性分析到非線性分析、從確定性分析到非確定性分析的三個大的轉變。作為一種簡化實用近似方法，目前的推覆分析方法(Push—overAnalysis)受到眾多學者的重視。它屬于彈塑性靜力分析，是進行結構在側向力單調加載下的彈塑性分析。具體做法是在結構分析模型上施加按某種方式(研究中常用的有倒三角形、拋物線和均勻分布等側向力分布方式)模擬地震水平慣性力作用的側向力并逐步單調加大，使結構從彈性階段開始，經歷開裂、屈服直至達到預定的破壞狀態甚至倒塌。這樣可了解結構的內力、變形特性和能量耗散及其相互關系，塑性鉸出現的順序和位置，薄弱環節及可能的破壞機制。這種方法彌補了傳統靜力線性分析方法如底部剪力法、振型分解法等的不足并克服了動力時程分析方法過程中，計算工作量大的問題，僅用于近似評估結構抵御地震的能力。但是，傳統的推覆分析方法基本上只適用于第一振型影響為主的多層規則結構，對于高層建筑或不規則的建筑，高階振型的影響不容忽視，并且對于非對稱結構，還必須考慮正、反側反推覆的不同所帶來的影響。此外推覆分析方法無法得知結構在特定強度地震作用下的結構反應和破壞情況，這限制了它在抗震性能設計中的使用地震動能量是刻畫地震強弱的綜合指標，它綜合體現了地面最大加速度和地震持時兩個反映地面運動特性的重要因素。結構地震反應的能量分析方法是一種能較好地反映結構在地震地面運動作用下的非線性性質及地震動三要素(幅值、頻譜特性和持時)對結構抗震性能影響的方法。地震時，結構處于能量場中，地面與結構之間有連續的能量輸入、轉化與耗散。研究這種能量的輸入與耗散，以估計結構的抗震能力，是結構抗震能量分析方法所關心的問題。結構在地震(反復交變荷載)作用下，每經過一個循環，加載時先是結構吸收或存儲能量，卸載時釋放能量，但兩者不相等。兩者之差為結構或構件在一個循環中的“耗散能量”(耗能)，亦即一個滯回環內所含的面積。能量等于力與變形的乘積。一個結構(構件)所耗散的地震能量多，不僅因為它承擔了較大的地震作用，還因為它產生了較大的變形。從這個意義上來看，耗能構件是用它自身某種程度破壞所作的犧牲，來維持整個結構的安全。所以，每次大的地震作用之后，人們看到那些沒有其它途徑耗散所吸收的地震作用的能量的結構，只有通過結構自身的破壞來釋放所有的多余能量。因此，結構的抗震設計應當注意保證結構剛度、強度和變形能力的協調與統一，如結構的延性設計就是在傳統的單一強度概念條件下進行的彈性抗震設計的基礎上，充分考慮結構和構件的塑性變形能力，在設防烈度下允許結構出現可能修復的損壞，當地震作用超過設防烈度時，利用結構的彈塑性變形來存儲和消耗巨大的地震能量，保證結構裂而不倒。

能量法在近半個世紀的研究中發現較快，但由于地震本身的復雜性能量與結構反應之間的關系仍需我們進行進一步的探索。

抗震設計論文范文第3篇

由于地震的不可預知性，高層建筑結構在設計過程中很難準確地預測建筑物所遭遇的地震特性和基本參數，只靠計算很難使高層建筑結構具備良好的抗震性能，這就要求每個結構工程師必須重視建筑結構的抗震概念設計。因此，高層建筑結構在抗震設計中，應注意以下幾點:

1)建筑結構的平面布置。建筑結構的平面布置是影響結構抗震的重要因素，合理的建筑平面布置對建筑結構設計是至關重要的。大量地震災害表明，平面布置簡單、對稱規則、質量和剛度分布比較均勻并且具有明確傳力途徑的建筑結構在地震時不容易發生破壞。規則結構能較為準確地預估結構的作用效應和地震時的反應，較容易采取有效的抗震措施及相應的結構措施來加強其抗震性能。相反，平面布置復雜、不對稱且不規則的結構，其地震作用效應很難估計的。因此，高層建筑結構中規范規定，宜采用規則結構，不應采用嚴重不規則的結構。

2)建筑結構的體系選擇。高層建筑結構設計中，就優先采用具有多道防線的結構體系。例如:框架—剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構。這三種結構可以作為地震區高層建筑的首選體系。當建筑物高度不高且層數不多時，可采用框架結構。但當建筑物位于地震區，且高度均較高時，應避免采用框架結構、板柱剪力墻結構。因為，地震具有強破性且持續時間很長，往復次數較多，能夠對建筑物造成累積破壞。單一的結構體系在遭遇地震時，一旦發生破壞，很容易造成房屋倒塌，危及人們的生命及財產的安全。當結構體系具有多道防線時，當遭遇地震時，第一道防線遭破壞后，后續的防線仍然能抵抗地震的沖擊力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，給人們以充分的時間進行逃生，保證人民的生命安全。因此，高層建筑結構抗震設計中的多道防線是進行抗震設計時所必須設置的。

3)結構薄弱層。當建筑結構的側向剛度分布不均勻、豎向抗側力構件不連續和樓層承載力突變時，容易產生薄弱層。薄弱層在地震中是最先遭受破壞的部位。因此，對有明顯薄弱層的結構，應采用相應的抗震構造措施來提高其抗震能力。結構構件的實際承載能力是判斷薄弱層部位的基礎，有意識、有目的地控制薄弱層部位，讓它有足夠的變形能力，而且不使薄弱層發生轉移是提高結構抗震性能的重要手段。

2高層建筑抗震設計常見問題

1)高層建筑結構的地基問題。高層建筑結構在設計階段，應有完善的巖土工程勘察報告，為結構工程提供基本的設計依據。建筑結構場地應選擇在有較穩定的基巖、開闊、平坦、土層堅硬或較密實的有利地段，不應建造在容易發生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危險地段，有利地段的建造對建筑物的抗震是十分有利的。有時由于建設單位工期要求，在確定方案后設計人員就直接進入了施工圖設計階段，從而忽略了巖土工程勘察資料和場地的選擇，從而給后續工作帶來不必要的麻煩。

2)高層建筑結構平面布置問題。高層建筑為了追求外立面效果的美觀而設計成平面不規則、不對稱且有較大凹進或較大開洞的結構，這種結構對抗震十分不利。因此，在建筑方案正式確定前，結構工程師就應對建筑平面布置、體型方面的內容提出自己的見解，及時和建筑師進行溝通，盡量選用平面、豎向規則對稱、質量和剛度、承載力均勻的平面布置，這對抗震十分有利。

3)高層建筑結構的高度問題。如今的高層建筑結構的高度越來越高，甚至出現了很多超高層的高層建筑，這就對結構工程師的專業知識提出了更高的要求。不同的高度對應不同的結構體系，規范上有明確規定。一旦結構超過了規范規定的限制高度，就應通過專門的審查、論證進行更嚴格的計算分析和研究。

4)高層建筑抗震設防等級的選取問題。抗震等級是結構抗震設計的重要依據，抗震等級選取不當將給建筑物的安全帶來許多隱患，對工程造價也會帶來不必要的浪費。抗震等級根據房屋的場地類別、抗震設防烈度、建筑高度、結構類型等因素綜合評定。每個結構工程師應當熟練掌握結構的抗震概念設計和規范知識，做到該提高的應當提高其抗震等級，該降低則應適當降低。

5)計算軟件的合理應用。高層建筑結構抗震設計時，應該應用正規的結構設計軟件進行設計，軟件中的各個參數指標能夠正確反映建筑物的特征。結構工程師能正確分析結構軟件所計算的結果，并做出正確的判斷。但有時計算機設計會給結構工程師帶來一種錯覺，有的結構工程師往往過分依賴計算結果，而減少了結構的概念學習。一旦選擇了錯誤的計算參數，就會導致結構設計出現問題，對結構的安全和經濟方面造成影響。因此，結構工程師應加強自身的業務學習和抗震概念設計的理解，做到熟練掌握相關的結構概念設計，并且根據自身的專業知識配合計算結果選擇最佳的結構設計方案。

3結語

抗震設計論文范文第4篇

[關鍵詞] 村鎮住宅抗震設計問題

前言

隨著科學和工程技術的發展，新材料和新技術的運用大大提高了房屋建筑抵御災害的能力。在我國，依據《建筑抗震設計規范》設計建造的城市建筑基本上能夠滿足規范中抗震設防目標的要求，簡單地說即“小震不壞、中震可修、大震不倒”，可以有效地減輕建筑的地震破壞，避免傷亡、減少損失。但對于大部分村鎮地區來說，房屋通常是由本地的建筑工匠，根據房主的經濟情況，按照本地的傳統習慣建造的，一般不經過建筑設計單位設計。這類房屋結構的特點是結構簡單，造價低廉，易于就地取材。但大部分房屋都不具備足夠的抗震防災能力。受經濟發展狀況局限，要完全按照《建筑抗震設計規范》對村鎮房屋提出要求顯然是不切實際的。因此，我們在研究提高村鎮建筑抗震防災能力時，主要不是要求農民放棄某種傳統的建筑型式選擇另一種結構類型，而是應按照“當遭受相當于本地區設防烈度的地震影響時，墻體與屋架不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞’’為抗震設計目標，針對現有房屋的結構類型在災害中表現出的整體性不足、構造不合理、習慣做法存在的缺陷等方面予以改進，或在構造措施方面予以加強等。

一、村鎮房屋的震害及破壞規律

震害調查表明，磚結構房屋破壞常常是因為受剪和連接不好而引起的，一般在低烈度區破壞較輕或局部破壞，隨著烈度的增加破壞加重甚至全部倒塌，磚砌體的構造及施工質量的好壞是影響震害的重要因素之一，因此必須予以重視，下面為幾種典型震害及其破壞規律。

（1）承重墻的破壞

水平地震作用按照墻體所處的位置分為橫向水平地震作用和縱向水平地震作用，前者方向垂直于縱墻，后者平行于縱墻。

當水平地震平行于墻體時，水平地震作用主要通過樓蓋傳至墻體，再傳至基礎和地基，這時墻體主要承受剪力，當墻內產生主拉應力超過墻體所能承受的應力的時候，發生剪切破壞，即沿墻體水平方向450角方向產生斜裂縫，因地震作用是往復的，所以裂縫是交叉的。

因為地震作用所產生的剪力是越往下部越大，所以斜裂縫或交叉裂縫多數發生在下層墻體。頂層若采用強度較低的砂漿砌筑或者砌筑質量不高時，斜裂縫有時也很明顯。斜裂縫或交叉裂縫是地震時墻體破壞最常見的一種形式，一般在7―8度地震區的內外墻或窗間墻、窗肚墻上均有發生，當水平地震垂直于縱墻時，而橫墻的間距又很大，樓蓋或屋蓋沒有足夠的剛度把全部地震力傳給橫墻時，縱墻承受部分垂直于墻體的水平地震作用，墻體承受平面外彎曲，大開間的墻體就是這種情況。因墻體在平面外的剛度很小，砌體抗彎強度低，首先在薄弱部位產生水平裂縫，如在窗口下沿窗間墻產生貫穿的水平裂縫，水平裂縫主要發生在灰縫處。

（2）內外墻連接不牢的破壞

由于砌體強度低，或者由于施工質量差如墻體砌筑時不同時咬槎砌筑，施工時留有馬牙槎，內外墻連接不牢，外墻在水平作用下容易拉脫，一般在7度區開始有破壞，在8度區普遍開裂，有時縱橫墻拉裂10余厘米，裂縫一般上寬下窄，破壞情況與有無內外圈梁及砌筑質量密切相關。

（3）轉角墻的破壞

墻體的轉角處剛度較大，承受的地震力也較大，又因位于房屋的端部，還承受的地震的扭轉作用，這樣，該處容易產生應力集中，容易破壞，一般在7度區就有破壞現象，在8度區有明顯破壞。

（4）外墻外閃與倒塌

不論是實心墻還是空斗墻的外縱墻和山墻在地震作用下，外閃甚至倒塌是磚墻承重房屋的較為普遍的震害形式之一，這除了與墻體的連接不牢有關外，還與組成建筑物的各種構件，如墻體、樓蓋、屋蓋等的質量、剛度、互相間的錨固有關系，由于地震作用為上大下小，所以墻體上部裂縫較寬，外閃較多，如檁條擱在山墻上又不采取錨固措施則在縱向水平地震作用下山墻就會外閃。

（5）門窗洞口及過梁的破壞

門窗洞口的破壞比較普遍，在六度以上地區就會出現倒八字形裂縫或磚過梁中間的垂直裂縫，磚砌平過梁或磚砌拱形過梁，在地震時裂縫出現較早，嚴重時過梁脫落。鋼筋磚過梁，在7、8度抗震區損壞較少，但當跨度超過1．5米時亦有破壞，在9度地震區損壞較普遍。在地震調查中未發現鋼筋混凝土過梁本身有損壞，一般在過梁支撐處墻體有遂平裂縫或過梁上部墻體有倒八字形裂縫，個別由于支座長度不夠而破壞，因此地震區過梁支撐長度應該在24厘米以上。

各種過梁，凡位于建筑的盡端處其破壞比在中部重，而且一般上層比下層重，因此，盡端和上層過梁，只要建筑設計上允許，門窗上口到樓板的標高相差30―50cm以內，可與圈梁合并設置，這對減小過梁的破壞有利。

門窗上口砌體破壞的主要原因是該直角部位在地震作用下容易產生應力集中，加之上部砌體開裂，破壞了砌體的起拱作用，因而加重了過梁的負擔，其破壞形式一般呈倒八字形斜裂縫。

二、我國村鎮住宅抗震設計中存在的問題

隨著我國農村經濟的迅速發展，村鎮住宅建設繼上世紀80年代中期之后，掀起了又一輪新。但透過目前村鎮住宅建設火爆的場面，不難看出不少地方的村鎮住宅建設工程還存在著質量隱患多、住房使用壽命短等問題，質量事故時有發生。其中抗震設計尤其容易受到忽視，抗震設計不合理的現象十分嚴重，主要體現在以下幾個方面。

（1）基礎不規范

很多地方在住宅建設中，受技術、資金的制約，對住宅地基的地質構造、水文資料、承載力等缺乏了解，有的雖然在村鎮體系規劃中有說明，但可供選址建房的位置卻未標明，導致了建筑物選址的盲目性和基礎確定的不科學性，如基礎的形式、斷面、埋置深度的確定，在沒有第一手資料的情況下，只能憑經驗辦事，不是造成資金和材料的浪費，就是基礎的強度與穩定性不夠，遇到較大風災、水災、震災往往一擊即潰；有些基礎砌筑不合理，如有的磚基礎底面用立磚擺砌；有的在用石頭打基礎時，只是把石頭簡單地相累疊，用沙土填縫，中間不用混凝土粘結，這些錯誤的施工方式嚴重影響了地基的整體強度，為后續的建設埋下隱患。

（2）結構體型不規則

農民在自建住宅時基本上沒有請正規的設計單位設計，仍按傳統的方式建房，只考慮實用、美觀、氣派，住房建多大，建多高，搞什么樣的造型，一般都是別人怎么搞我也怎么搞，沒有考慮自己住宅的使用功能和所處的地質結構；而不考慮結構體系的抗震問題，抗震性能差。

（3）墻體存在較多質量問題

(1)在磚墻砌筑中，出現留槎、接槎錯誤較多。按常規的砌筑方法，磚墻的轉角處和內外墻的交接處均應同時砌筑，否則應按規定留斜槎，可是在不少住宅建設過程中，既不同時砌筑，也不留斜槎，而是先砌外墻，后砌內墻、轉角處留直槎。空心墻的砌筑不符合規范要求，石砌墻也沒有按要求坐漿砌筑，有的砌成夾心墻，影響整體性能。另外，房屋四角以及較大洞口兩側墻體沒有設構造柱和拉結筋。

(2)墻體開的窗戶的尺寸太大，窗間墻的寬度和窗邊到墻邊距離達不到規范要求，形成薄弱環節。

(3)部分墻體作為結構大梁的支座，但是作為支座的墻體較短，墻體實際的軸壓力很大，對抗震非常不利。

(4)砂漿沒有配合比，經常還干磚上墻，吸收砂漿的水份，導致砂漿的強度

更達不到，嚴重影響了墻體的整體強度。

（4）混凝土強度不夠

(1)大部分現澆混凝土無配合比，攪拌時材料隨意增減，造成所拌的混凝土的強度波動性較大。

(2)澆注混凝土時不按規范、規程操作，振搗不密實，有的根本不振搗。

(3)有的模板強度和剛度不夠，造成構件幾何尺寸不規則、錯位，出現麻面、蜂窩、狗洞，甚至整個構件報廢。有的現澆筑構件，凝固期不到就提前拆模，影響了構件的強度。

（5）圈梁、構造柱樓蓋、結構和布置不合理

村鎮建筑基本上都不設置圈梁和構造柱，即使有截面尺寸配筋都沒有根據，隨意性很大，起不到實際應該達到的效果。樓板大多采用預制板，無圈梁時預制板直接擱置在墻體上，深入墻體的偏小，導致房屋的整體性較差。

（6）選址不合理

農村住宅建造時，無統一規劃，或有規劃時也沒有考慮抗震防災的要求。不少農村住宅隨意亂建，房子間距過小，道路彎曲而狹窄，使村鎮建設散而亂，不利于地震時避震疏散和進行抗震救災。

三、砌體房屋的地震作用計算及設計措施

在日常生活中，當火車突然起動時，人們會向火車運動相反的方向晃動，這種作用在物體學上成為慣性作用。地震的作用也是這樣，地震時地面猛烈顛晃，地面上的建筑會受到由地震作用而引起的慣性力，這個力會使建筑物遭到破壞。由于地震時地面水平晃動和上下顛簸，所以地震的作用有水平作用和豎向作用，村鎮建筑一般為磚石結構，層數低，一般只考慮水平方向的地震作用，即在建筑平面的兩個主軸方向上分別進行抗震驗算。

3.1水平地震作用的計算

高度不超過40米的，質量和剛度沿高度分布比較均勻的、以剪切為主的結

構，以及近似于單質點體系的結構，可采用底部剪力法進行簡化計算。村鎮建筑多為單層及低層的磚石結構砌體房屋，可按底部剪力法進行計算，在運用底部剪力法計算時，每層樓只考慮一個自由度，結構的計算簡圖如圖3.1所示。

圖3.1結構水平地震作用下計算簡圖圖3.2水平地震作用示意圖

結構水平地震作用標準值按下式計算：

式中，足FEK為結構總水平地震力作用標準值，α1為相應于結構基本自振周期的水平地震影響系數值，對多層砌體房屋取水平地震影響系數最大值，即α1=αmax，見表3-1，Geq為結構等效總重力荷載，對于單質點應取總重力荷載代表值，對于多質點應取總重力荷載代表值的85％，Fi為質點i的水平地震作用標準值，Gi、Gj分別為集中于質點i、j的重力荷載代表值，按規范規定。Hi、Hj分別為質點i、j的計算高度。

采用底部剪力法計算突出屋面的頂層間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應時，宜乘以增大系數3，此增大部分作用不向下傳遞。

表3-1：截面抗震驗算的水平地震影響系數最大值

3.2 砌體結構的抗震設計措施

與水平地震作用平行的墻體是承受地震作用的主要抗側力構件，從以往的地震調查資料可以看出，承重橫墻的破壞主要是剪切破壞，并且一般是底層比上層嚴重。縱墻的破壞往往是因為橫墻間距過大或者樓、屋蓋剛度較差而在平面外受彎受剪，在窗臺上下截面處出現水平裂縫。

分析地震時砌體結構的種種破壞，我們可以從構造上對這些容易破壞的地方采取一些加強措施，提高建筑物的抗震能力，下面是幾個比較重要的方面。

1．采用簡單規整的平面立面布局

結構的總體布置是影響建筑抗震性能的關鍵問題。建筑抗震計算本來就是復雜而且不是非常成熟的科學，只有結構布局簡單規整，才能盡量準確地確定結構計算簡圖，并計算和分配地震作用。盡量采用橫墻承重體系或者縱橫墻共同承重體系。而且縱橫墻在平面內盡量連續對齊，錯位墻體不宜過多。

2．合理確定圈梁和構造柱的位置

設置圈梁和構造柱，砌體結構的抗震性能可以大大的改善。配筋墻體兩端設置構造柱，由于水平鋼筋錨固于柱中，使鋼筋的效應發揮的更為充分，則可比無構造柱同樣配筋率的墻體的承載能力可提高13％左右。而且設置了構造柱和圈梁的砌體結構形成兩道防御：第一道是砌體培只出現寬度不大的裂縫，層間變形不大，構造柱尚未開裂：第二道是砌體裂縫大幅度的發展，靠構造柱及圈梁對砌體約束使墻體大變形消耗輸入的地震能量。實驗研究表明柱除了能夠約束培體的變形，提高砌體的抗剪強度外，還能增加墻體之間的連接。這些對砌體的抗震都是十分有力的。要確保構造柱和圈梁的有效發揮他們的作用，合理確定它們的位置是至關重要的。

3．作好各個構件之間的拉結工作

抗震設計論文范文第5篇

關鍵詞:高層建筑;結構設計;抗震概念;應用

防震設計是高層建筑結構設計必不可少的一部分，并且地震是一種無法消除的自然災害。因此，高層建筑結構設計人員應采取科學、合理的措施來降低地震對高層建筑物的危害系數，以提高高層建筑物的穩定性，從而保證人們的生命和財產安全，這同時也是我國高層建筑物結構設計工藝不斷優化的必然結果。

1高層建筑結構設計中抗震概念概述

地震的發生是無規律的，因此做好高層建筑物的防震設計是十分必要的。實踐證明，只有利用科學、合理的設計措施，整體布局高層建筑的結構細節，才能降低地震對于高層建筑物的危害。一般抗震設計是從抗震值和抗震措施兩個方面進行的，其過程是:地震情況統計、數據分析、提出概念。抗震概念設計的主要內容就是保證高層建筑整體的穩固性和細節結構的抗震性。簡單地說，抗震概念設計就是基于工程抗震的基本理論和實際的抗震經驗總結出的工程抗震概念，是決定建筑物抗震能力的基礎。抗震概念設計中包含空間作用、非線性性質、材料時效、阻尼變化等多種不確定的因素。抗震概念設計的原則是建筑結構設計簡單性、剛度適宜性、勻稱性、整體性。例如在一些地震頻發的地區設計高層建筑時，應該考慮都高層建筑上下部分結構性質不同的問題。

2高層建筑架構設計中抗震概念設計的應用策略

2．1合理的場地

高層建筑物的建設地點也是保障建筑工程施工質量的關鍵因素。選擇合理的建筑施工場地，不僅可以減少企業的投入成本，還能提高建筑物的穩固性。因此，施工人員可以利用現代先進科技設施來選擇理想的地段。場地的選擇應當避開地震危險地段，如地震時會發生崩塌、地裂以及在高強度地震下容易發生地表錯位的場地。一般地震危險地段包括斷層區、坡度陡峭的山區、存在液化和夾層的坡地以及大面積采空的地區。如發生嚴重地震的四川北川地區，其區域特點是縣境內地形切割強烈，地形起伏大，相對高差超過1000m，溝谷谷坡一般大于25°，部分達40°～50°，甚至陡立。并且地貌類型以侵蝕構造山地、侵蝕溶蝕山地為主。另外在縣境內還存在一條斷裂帶。這也就是北川地區成為汶川地震重災區的原因，該地區的地震宏觀烈度達到了Ⅺ度。因此，建設高層建筑的重點就是選擇地勢開闊、平坦以及中硬場地土。如我國中部平原地區，其地勢平坦，并且屬于地震低發區。當然，如果無法避免區域限制，那么也可以選擇抗震性比較好的地區，如避免存在孤立山包的區域以及表面覆蓋層厚度較小的區域。總之，因地制宜，選擇合適的高層建筑建筑建設場地是保證高層建筑物穩定性的最佳途徑。

2．2合理布局建筑平面

建筑物的房屋布置和結構布置都是影響高層建筑物穩定性的重要因素。依據抗震的概念，合理布局能夠有效提高高層建筑物的抗震能力，延長建筑的使用年限。一般施工人員都會根據地震系數選擇適當的建筑物高度和寬度，使高層建筑的抗震能力達到最大值。建筑平面的布置可以從四個方面考慮:一是布置平面時，應當遵循簡單、對稱的結構特點，以減少偏心;二是應當保證質量和剛度變化均勻，避免樓層錯層問題;三是盡量設計合理的平面長度，且建筑物突出的長度也應該符合相關標準;四是盡量避免采用角部重疊的平面圖形以及細腰形平面圖形。如早前發生在墨西哥的地震，相關人員在地震發生后對房屋的結構進行了分析。據數據表明，建筑物剛度明顯不對稱會增加15%的地震破壞率，拐角形建筑會增加42%的地震破壞率，因此，高層建筑施工人員應該科學合理的設置建筑平面。此外，現澆鋼筋混凝土高層建筑適用高度的確定需要考慮地區的地震烈度，如高層建筑的抗震墻在烈度系數達到6的地區，其最高適宜高度為130米;在烈度系數為7的地區，最高適宜高度為120米。總之，合理的高層建筑物平面布局是保證高層建筑抗震能力的關鍵。

2．3合理的結構設計

高層建筑的結構設計不僅要滿足抗震要求，還要滿足經濟、功能齊全、施工技術等要求。在設計高層建筑結構時要考慮實際的場地環境和建筑物本身的建設標準。另外，結構的設計還應該滿足對稱性。總之，對于高層建筑的結構設計應該從各個方面綜合考慮。首先，高層建筑結構的設計需要考慮多種影響因素，除材料、施工、地基、防烈度等因素外，還要考慮經濟因素，之后才能確定建筑物結構類型。有利于防震的建筑平面設計包括方形、圓形、矩形、正六邊形、正八邊形等，不利于防震的建筑平面設計包括多塔形、錯層、樓板開口等。次外，如果建設的高層建筑屬于純框架高層建筑，那么設計人員應避免出現框架柱傾斜、樓體傾斜等問題。因為如果框架柱傾斜，一旦發生地震就會出現剪切破壞問題，造成高層建筑的嚴重損壞。其次，更為重要的是結構設計一定要遵循對稱原則，避免扭轉問題的出現。如果高層建筑結構采取對稱的結構，那么當發生地震時，其建筑物只會發生平移震動，建筑物各個部分的受力比較均勻，從而降低地震對高層建筑的破壞程度。

2．4設置多條防震線

設置防震線是為了提高高層建筑結構的抗震系數，提高建筑物體的穩固性。之所以設置多條防震線是因為建筑物中各個部分的結構和功能是不相同的，設計相應的反震線能整體提高高層建筑物的抗震能力。設置多條防震線的優勢在于如果發生地震時，第一道防線的抗側力構件在遭到破壞之后，其地震的沖擊力和破壞力就會減弱。這樣當地震經過多道防震線之后，地震的破壞力就會降到最低。如尼加拉瓜的馬拉瓜市的美洲銀行大廈，就是應用多道防震線的典型建筑，其大樓采用的是11.6米*11.6米的鋼筋混凝土芯筒作為主要的抗震和防風構件，并且該芯筒又由四個小芯筒組成。相關數據顯示，該高層建筑對于地震的反應用數據表示是，當發生地震時，其四個小芯筒的結構底部地震剪力值達到了27000KN，結構底部地震傾覆力矩達到了370000KN•m，其結構頂點位移值為120毫米。總而言之，設置多條防震線提高高層建筑物防震能力的重要手段。尤其是在社會經濟快速發展的背景下，重視抗震概念的設計是延長高層建筑物使用年限，提高我國建筑工藝水平的關鍵。

3總結

綜上所述，隨著我國經濟水平的不斷增長，高層建筑物的數量也在迅速增長。因此，做好高層建筑結構設計中的抗震概念設計就凸顯的尤為重要。將抗震概念設計應用到高層建筑結構設計中，不僅要考慮高層建筑結構施工的各個方面，還要考慮各種外界因素以及抗震標準。這樣才能提高高層建筑的穩定性，降低地震給高層建筑造成的危害程度，從而保證人們生命和財產的安全。

作者:周寶學 單位:浙江華坤建筑設計院有限公司

參考文獻:

［1］張念華．抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用［J］．中國新技術新產品，2014，04∶78－79．

［2］李國珍．高層建筑結構設計中抗震概念設計的應用淺析［J］．江西建材，2014，02∶29．