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浅谈地震作用和建筑结构的延性设计

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浅谈地震作用和建筑结构的延性设计
地震灾害具有突发性,至今可预报性很低,给人类社会造成的损失严重,是各类自然灾害中最严重的灾害之一。

我国根据现有的科学水平和经济条件,对建筑抗震提出了“三个水准”的设防目标,即通常所说的“小震不坏,中震可修,大震不倒”。

通常所讲的小震、中震、大震分别指的是50年超越概率为63%,10%,2~3%的多遇地震、设防烈度地震、罕遇地震。

1 结构设计地震力的确定
低地震力取值的可行性
到二十世纪八十年代,各国设计规范都承认这样一个事实,就是在地震作用下,结构在真正失效前,有一个较大的塑性变形能力(结构延性),即结构在一个较小的地震下可能达到或者接近屈服状态;而在较大的地震下,结构的若干部位将陆续进入屈服后的非弹性变形状态,并且随着地震力的增大,结构中进入弹塑性变形的部位增多,先进入屈服的部位弹塑性变形也增大。

结构通过这种变形耗散较多的地震传来的能量,将其转换成热能。

对于“设计地震力-延性”联合法则,我们可以从地震力和结构相互关系上进行理解:一方面设计地震力低的结构,通过更大的非弹性变形耗散掉更多的地震能量;另一方面结构非弹性变形越大,刚度降低越严重,阻尼增大,周期比高设计地震力的结构增长越多,结构受到的总地震力也降低也越多。

这就使得我们在设计过程中,在不降低构件竖向承载力保证结构延性的前提下,可以取用一个小于设防烈度地震反应水准作为设计中取用的地震作用。

反过来讲,若采用的设计地震力越低,结构屈服部位在屈服后水平和竖向承载力不降低的前提下需要达到的非弹性变形就越大,也就需要结构有更好的延性性能。

2 以框架结构为例谈抗震概念设计
由于建筑抗震设计的复杂性,在实际工程中抗震概念设计就显得尤为重要。

它主要包括以下内容:建筑设计应注意结构的规则性;选择合理的建筑结构体系;抗侧力结构和构件的延性设计。

本文以框架为例重点介绍抗震概念设计中的能力设计法(capacity design)。

能力设计法是结构延性设计的主要内容,包括我国规范的内力调整和构造两个方面。

它是二十世纪70年代后期,新西兰知名学者T.Paulay和Park提出的钢筋混凝土结构在设计地震力取值偏低的情况下具有足够延性的方法。

其核心思想为:通过“强柱弱梁”引导结构形成“梁铰机构”或者“梁柱铰机构”;通过“强剪弱弯”避免结构在达到预计延性能力前发生剪切破坏;通过必要构造措施使可能形成塑性铰的部位具有必要的塑性转动能力和耗能能力。

从以上三个方面保证使结构具有必要的延性。

框架结构作为常见的结构形式,当然其延性设计也主要是从这三个方面来体现的。

2.1强柱弱梁
结构动力反应分析表明,结构的变形能力和破坏机制有关。

常见有三种典型的耗能机构,“梁铰机构”、“柱铰机构”、“梁柱铰机构”。

“梁铰机构” 和“梁柱铰机构”的梁先屈服,可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,塑性铰数量多,不因个别塑性铰失效而结构整体失效。

因而抗震性能好,是钢筋混凝土理想的耗能机构。

我国规范采用的是允许柱子、剪力墙出铰的梁柱铰方案,采取相对的“强柱弱梁”措施,推迟柱子的出铰时间。

但不能完全排除出现薄弱层的柱铰机构的可能性,因而需要限制柱子的轴压比,必要时通过时程分析法判断结构的薄弱层,防止出现柱铰机构。

2.2强剪弱弯
“强剪弱弯”是为了保证塑性铰截面在达到预期非弹性变形之前不发生剪切破坏。

就常见的结构而言,主要表现在梁端、柱端、剪力墙底部加强区、剪力墙洞口连梁端部、梁柱节点核心区。

与非抗震相比,增强措施主要表现在提高作用剪力;调整抗剪承载力两个方面。

(1)作用剪力
一、二、三级框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁,剪力设计值其中, 一级取1.3,二级取1.2,三级取1.1,一级框架结构及9度尚应符合。

一、二、三级框架柱和框支柱,剪力设计值其中, 一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1,一级框架结构及9度尚应符合。

一、二、三级抗震墙底部加强部位,剪力设计值其中, 一级取1.6,二级取1.4,三级取1.2, 9度尚应符合。

梁柱节点,一、二级抗震等级进行节点核心区抗震受剪承载力验算,三四级应符合抗震构造措施,对9度设防及一级抗震等级的框架结构,考虑到梁端已出现塑性铰,节点的剪力完全由梁端实际屈服弯矩决定,按梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算,同时乘以1.15的增大系数。

其它一级按梁端弯矩设计值计算,剪力增大系数为1.35,二级为1.2。

(2)抗剪公式
国内外低周反复荷载作用下钢筋混凝土连续梁及悬臂梁受剪承载力实验表明,混凝土剪压区剪切强度的降低、斜裂缝间骨料咬合力及纵筋暗销力的降低是梁受剪承载力降低的主要原因。

规范对混凝土的受剪承载力降为非抗震的60%,钢筋项没有降低。

同样,对偏压柱受剪承载力实验表明,反复加载使柱受剪承载力降低10%~30%,主要由混凝土项引起,采取与梁相同的作法。

对剪力墙的实验表明,其反复加载比单调加载受剪承载力降低15%~20%,采用非抗震受剪承载力乘以0.8的折减系数。

梁柱节点的抗震受剪承载力由混凝土斜压杆和水平箍筋两部分受剪承载力组成,有关专家给出了相关公式。

为了防止梁、柱、连梁、剪力墙、节点发生斜压破坏,我们对受剪截面规定了受剪承载力上限,即规定了配箍率的上限值。

综上所述;框架结构主要就是通过计算和构造措施来实现“追求梁铰机构的能力设计方案”从而,进而实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标的。

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浅谈建筑结构的抗震设计要点

浅谈建筑结构的抗震设计要点

１ 选择 有利 的抗震 场地
强柱弱梁机构 ，我们通常的做法是对柱截面的组合弯矩乘 以增大系 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 数 ； 也可以对由梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩 ， 即实配弯矩乘 震中的破坏程度是明显不同的。 于是人们 自 然就想到既然在不同场地 以增大系数的方法来实现 ， 并用增大后的弯矩值进行柱端控制截面的 条件下建筑物所受的破坏作用是不 同的， 那么 ， 选择对抗震有利的场 承载力设计。２第二步是要通过人为增大各类构件 的抗剪能力， ） 使其 地和避开不利的场地进行建设， 就能大大地减轻地震灾害。 另一方面， 不致在强烈地震作用下 ， 在结构廷ｌ 生未发挥出来之前出现非廷 ｌ 生的剪 由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制， 除了极不利和有严重 切破坏， 这即是我们通常所说的强剪弱弯。通常的做法是用剪力增大 危险 陛的场地以外往往是不能排除其作为建设用场地的。 这样就有必 系数增大梁端 、 、 柱端 剪力墙端 、 剪力墙洞 口连梁端以及梁柱节点处的 要按照场地 、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分 组合剪力值， 并用增大后的剪力设计值进行受剪控制截面控制条件 ， 类， 以便按照不同场地特点采取抗震措施。这就是地震区场地选择与 进行验算和设计。具体措施也有两类 ： 一类是直接对一跨梁两端截面 分类的 目的。 因此 ， 应选择对建筑抗震有利的地段 ， 应避开对抗震不利 的顺时针或反时针方向的组合弯矩值乘以增大系数， 再与梁上作用的
家 园依 旧可 以 屹 然 的挺 立 。
关 键 词 ： 震 ； 筑 结构 ； 抗 建 刚度 ； 性 延
２０ ０ ８年 ５月 １ ２日， 在我国四川汶川地区发生了里氏 ８ ． ０级的大 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 地震 ， 日那美丽的城市景观 ， 昔 书声朗朗的校园在一瞬间就化成 了一 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 片废墟。 多少生命就这样葬送在这一片片的废墟之下。 在举国悲痛的 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 同时， 我们不得不思考究竟是何种原 因才造成了如此惨痛的局面。现 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
建筑物地震设计的规范要求与结构分析

建筑物地震设计的规范要求与结构分析

建筑物地震设计的规范要求与结构分析地震是一种自然灾害，对建筑物的破坏具有巨大的威力。

为了保证建筑物的安全性，地震设计成为建筑工程中的重要环节。

本文将就建筑物地震设计的规范要求和结构分析进行详细探讨。

地震设计的规范要求一、地震烈度区划地震烈度区划是指根据地壳震动区的地震烈度分布特点，将一个地区划分成相应的地震烈度区域。

在地震设计中，需要根据地震烈度区划确定设计地震动参数，明确地震设计的力量等级。

二、抗震设防烈度抗震设防烈度是指设计地震力所对应的烈度，用于确定建筑物抗震设计的目标。

三、地震分组地震分组是指将同一地震烈度区划内的地震活动历史和空间分布具有一致特征的地震划分为若干组，每组包含相似或相关的地壳震动参数、强震动区的分布特点以及地震动时间的分布。

四、地震动参数地震动参数是指描述地震动力过程的物理量，包括峰值加速度、周期、速度指标等。

根据地震烈度区划和地震分组，可以确定合适的地震动参数。

五、结构抗震性能目标结构抗震性能目标包括建筑物所承受的地震作用不导致全体或局部崩溃，不导致无法修复的损坏，并确保人员安全疏散和无危险逃生。

结构分析地震动力分析是建筑物地震设计的核心内容之一，主要包括静力弹塑性分析和动力时程分析。

一、静力弹塑性分析静力弹塑性分析方法适用于设计地震动力作用较小的建筑物，其主要步骤包括选择适当的设计地震力及其分布、结构的抗震性能目标、结构抗力设计模型等。

通过分析结构的受力性能变形、剪力、弯矩等参数，评估结构的抗震能力。

二、动力时程分析动力时程分析方法适用于地震动力作用较大或者建筑物结构特殊的情况。

该方法通过计算结构在某个地震作用下的动力响应，包括加速度、速度、位移等参数，进一步了解结构的抗震性能。

结构抗震设计的过程中，还需要考虑结构材料的性能、结构形式的选择和构造的合理性等因素。

建筑物地震设计涉及多个学科的知识，包括结构工程学、地震学、土木工程等。

合理的设计可以提高建筑物的抗震能力，确保人员的生命安全。

钢筋混凝土框架结构延性设计的探讨

钢筋混凝土框架结构延性设计的探讨

钢筋混凝土框架结构延性设计的探讨0.引言在我国当前的高层建筑当中，对于钢筋混凝土的运用是非常广泛和普遍的，而钢筋混凝土的框架结构因为具有十分稳定的延性，所以使得其也成为了现代很多高层建筑所主要采用的结构形式之一。

这种建筑结构在当前来说，更多的运用在了地震的防护区域，因为这种结构形式具有非常好的抗震性能，但是如果这种框架结构不进行有效的延性设计，那么在较大的自然灾害发生的时候或者是在地震到来的时候，就会产生比较严重的后果，甚至会诱发更大的灾害。

接下来，笔者将在本研究中将主要以建筑钢筋混凝土框架结构延性设计为例，对建筑钢筋混凝土狂接结构设计方面的问题做出简要分析，并简单谈一谈自己的主观看法。

1.建筑钢筋混凝土框架结构的设计原则在高层建筑的框架结构设计当中，应该遵循刚柔相互协调的这一原则，这可以保证高层建筑拥有一定的延性[1]。

而且，笔者认为在抗震撼方面还需要遵循多道设计的原则，这样，如果第一道抗侧力构件受到了破坏，那么接下来的第二道防线和第三道防线就会立即作出接替，这样便能够更好地挡住各种震撼力的冲击。

对于保证建筑物不会因为震撼而倒塌起到了一定的支撑作用。

此外，笔者认为在高层建筑的抗震设计当中还需要对选择作出一定的规定，在选材上，高层建筑要遵循轻质量高强度的原则，建筑材料不单单需要具备足够的形变能力和强度，而且材料的自重也应当尽可能的轻一些[2]。

这样，即便是因为很强大的震撼而造成高层建筑的坍塌，那么轻质的材料对人体所造成的伤害也会适当的降低很多。

2.建筑钢筋混凝土框架结构的延性设计2.1梁柱的延性设计如果想要保证建筑物的框架结构具有更高的延性，那么首先需要保证这个建筑物的框架梁祝具有足够的延性。

梁柱的延性和梁柱界面的塑性铰的转动力有十分重要的关系，所以框架结构的抗震设计最关键的就是对梁柱塑性铰进行设计。

笔者认为在对其进行设计的时候需要遵照强剪弱弯的原则。

钢筋混凝土梁柱在如果受到了较大的剪力，那么一般就会呈现出脆弱性的破坏[3]。

建筑结构的抗震设计浅谈

建筑结构的抗震设计浅谈

１１ 概 念 设计 的含 义 ．
２１ 地 震作 用计 算 ． 底 部 剪力 法 和时程 分 析法 是结 构抗 震计 算 的基本 方 法 。 １ 底 部剪 力 法 。适用 于 高度 不超 过４ 以剪 切 变形 为 主 、 ） ０ｍ、 质 量 与 刚度 在 竖 直 方 向分 布 均匀 的结 构 ， 以及 可简 化 成单 质 点 体
１ 概 念设 计 的重要 性 ． ２
多 条时 程 曲线计 算结 果 的平均 值作 为计算 结果 。 采用上述 两种方法计算地震作 用设计时 ，须满足 以下计算要点 。 １ ）因 为建 筑结 构 两 个 主 轴 方 向的 构 件 抗 侧 力 是 地震 变 形 验 算 的主 要 对 象 ，所 以 ，这 两 个 方 向要 分 别 进 行 水 平 地 震 作 用 的 计算 。 ２ ）对质 量 与 刚度 的分 布 明显 不对 称 的结构 ，需考 虑双 向水 平 地震 作 用 下 的扭 转 效应 。其 他结 构 的扭 转效 应 可 以通 过 对 地震 作
用修 正得 到 。
１ 地 震 的无 法预 知性 与 随机 性 以及 地 面运 动 的随机 性 与复 杂 ） 性 ，对 结构 的影 响 十分 复 杂 。这 种 情 况下 ，概 念设 计 就 显得 尤 为
重要了。
２ 结 构地震 计算 的相关理论 并不能 充分反 映地震 中结构破 坏复 ） 杂 的过 程 。于是 ，概念设 计在抗震设计 中便起 到了决定性 的作用 。 ３） 震设 计仅 根 据抗 震计 算 来确 定 ，往 往 是不 够准 确 的 ，甚 抗 至 是偏 于不 安全 的 。 １３ 概 念 设计 的发 展现 状 ． 社 会 经 济快 速 发 展及 人 们 生 活水 平 不 断提 高 ，建 筑结 构 设 计 的 要 求 随之 提 高 。 为 了 适 应 这 种 发 展 的 要 求 ，概 念 设 计 应 运 而 生 。 当前 ，概念 设 计 已 成 为 工 程 设 计 必 不 可 少 的组 成 部 分 。 于 是 ，探 索 先 进 的理 论 计算 ，提 高计 算 机 水 平 ，探 索 新 型 、轻 质 、 高强 、环 保 的建 材 ，已成 为 当前做 好结 构 概念 设计 的首 要 任务 。 在 传 统 的抗 震 设 计 中 ，单 纯 地 通 过 配 置 钢 筋来 减 少 结 构 震 害 ，这 种 做 法加 强 了 结构 的刚 度 ，但 是 ，根据 结 构 刚度 与 地震 作