工程结构抗震理论与应用.doc

工程结构抗震理论与应用 【摘要】在进行工程结构进行抗震设计时,首先我们应当掌握工程地震基本知识、工程抗震原理以及工程结构抗震设计的方法。从而提高结构的抗震性能，进而减轻地震灾害。本文主要介绍一些地震工程的一些基本知识以及抗震设防的一些简单内容和原理。 【关键词】抗震；抗震工程；抗震基本原理；抗震概念设计。1、 地震和地震工程 地震作为地球地壳运动而引起的地质运动，对于人类的日常生活带来了诸多的影响。其成因，大致可分为三个方面：1.火山地震：由火山爆发，地下岩浆猛烈冲击地面而引起的地面震动。该种地震释放能量小，相对来说影响和破坏的范围小。2.塌陷地震：由于地标和地下岩层因某种原因突然造成大规模塌陷和崩塌时引起的地面震动。此类地震不仅能量少，数量也少。3.构造地震：由于地壳运动产生的自然力推挤地层岩层，使其薄弱部位发生断裂错动，从而引起构造地震。此类地震破坏性大，发生频繁，影响面广。其为地震工程和抗震设计主要面对目标。 地震工程是为了防御地震的突然袭击所采取的有关工程措施的总称。包括地震烈度区划的鉴定与划分，抗震建筑规范的正确制订与合理运用，结构设计与最佳周期的研究，建筑材料的选择和地震灾害与次生灾害的预防等。二、抗震基本原理 介于地震对人类社会产生的诸多不良后果，我们必须对地震工程加以研究，找出可行的办法，首先是对地震安全性进行评价，其次进行安全合理的设计，将地震所带来的灾害降至最低。 地震的安全性评价工作极其重要，首先，这是国家和地方法律、法规的要求。是经济建设可持续发展的需要，也是工程建设的百年大计。进行地震安全性评价能使建设工程抗震设防既科学合理又经济安全。重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，其抗震设防要求不同于一般建设工程，如不进行地震安全性评价，简单地套用烈度区划图进行抗震设计，很难符合工程场址的具体条件和工程允许的风险水平。这种抗震设防，显然缺乏科学依据。如果设防偏低，将给工程带来隐患；如果设防偏高，则会增加建设投资，造成不必要的浪费。随着抗震技术的发展，单一的烈度值已经不能满足抗震设计的需要，而进一步要求根据建设工程的具体条件，提供场地地震动参数（加速度、设计反应谱、地震动时程等），例如对于特大型桥梁、高层建筑等应考虑长周期地震波（远震）的影响。 知道了，地震的危害，地震工程的内容，以及相关的必要性，那么如何抗震，抗震的原理就是我们必须要了解的东西了。 建筑抗震设计规范规定，抗震设防烈度在6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设防。 抗震设防通常通过三个环节来达到：确定抗震设防要求，即确定建筑物必须达到的抗御地震灾害的能力；抗震设计，采取基础、结构等抗震措施，达到抗震设防要求；抗震施工，严格按照抗震设计施工，保证建筑质量。上述三个环节是相辅相成密不可分的，都必须认真进行。 建筑工程应分为以下四个抗震设防类别： 1、特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程 和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建 筑。简称甲类。 2 、重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建 筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的 建筑。简称乙类。 3、 标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。 简称丙类。 4 、适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定 条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求： 1、 标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。 2、 重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作 用。 3、 特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。 4 、适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 抗震的基础要求，可概括为：小震不坏，中震可修，大震不倒的三个等级水准。具体来说，在第一个水准阶段，结构处于弹性工作阶段，其设计内容：首先按众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用效应；然后与其它荷载效应按一定发的组合原则进行组合，对构件截面进行抗震设计或演算，以保证必要的强度；再演算在小震作用下结构的弹性变形。在第二个水准阶段，结构处于弹塑性工作状态，主要依靠其变形和吸能能力来抗御地震。此阶段设计，在大震作用下，演算结构薄弱部位的弹塑性变形，并采取相应的构造措施，以满足第三水准的抗震设防要求。对绝大多数建筑结构来说，不需要进行第二水准的抗震设计，仅对少部分特别重要的或存在薄弱部位的建筑结构，才需进行第二水准的抗震设计。三 、抗震设计的基本原则 一般来说，抗震设计要求设计出来的结构在刚度、强度、延性变形和吸能能力等方面有一种最佳的选择，使其能够经济地达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的目的。但到目前为止，人们对地震及结构地震反应的需要规律未完全认识；抗震设计计算方法还不够完善。因此，要精确的进行结构抗震设计是困难且不可能的。多年来，人们在总结历次大地震灾害的经验中逐渐发现，一个合理的结构抗震设计，需要建筑师和结构工程师的密切配合，不能仅仅依赖于“计算设计”，而在很大程度上取决于良好的“概念设计”，往往后者更重要。 抗震概念设计就是依据历次震害总结出的经验,进行合理结构布置,采取可靠构造措施,提高结构抗震性能。概念设计考虑地震及其影响的不确定性,依据历次震害总结出的规律性, 既着眼于结构的总体地震反应, 合理选择建筑体型和结构体系,又顾及结构关键部位的细节问题,正确处理细部构造和材料选用,灵活运用抗震设计思想,综合解决抗震设计基本问题。其主要内容包括:1) 建筑形状选择 建筑形状关系到结构的体型,结构体型对建筑物抗震性能有明显影响。震害表明,形状比较简单的建筑地震时一般破坏较轻,这是因为形状简单的建筑受力性能明确,传力途径简捷,设计时容易分析建筑的实际地震反应和结构内力分布,结构的构造措施也易于处理。因此,建筑形状在设计时要力求简单并注意遵循下面的要求:平面布置宜简单规整; 不应采用严重不规则的平面布置; 建筑物竖向布置宜均匀和连续; 避免有过大的外挑和内收; 刚度中心和质量中心应一致。2) 抗震结构体系 抗震结构体系的主要功能为承担侧向地震作用,合理选取抗震结构体系是抗震设计中的关键问题, 直接影响着房屋的安全性和经济性。3) 结构构件 结构体系是由各类构件连接而成,抗震结构的构件应具备必要的强度、适当的刚度、良好的延性和可靠的连接,并应注意强度、刚度和延性之间的合理均衡。构件之间要有可靠连接,保证结构空间整体性,构件的连接应具有必备的强度和一定的延性,使之能满足传递地震力的强度要求和适应地震对大变形的延性要求。4) 非结构构件 非结构构件一般指附属于主体结构的构件,如围护墙、内隔墙、女儿墙、装饰贴面、玻璃幕墙、吊顶等。这些构件若构造不当或处理不妥,地震时往往发生局部倒塌或装饰物脱落,砸伤人员,砸坏设备, 影响主体结构的安全。非结构构件按其是否参与主体结构工作,大致分成两类: 一类为非结构的墙体, 如围护墙、内隔墙、框架填充墙等, 设计时要考虑其对结构抗震的有利和不利影响,采取妥善措施。 另一类为附属构件或装饰物, 这些构件不参与主体结构工作,应采取措施加强本身的整体性, 并与主体结构加强连接和锚固, 避免地震时倒塌伤人, 必要时采用柔性连接,使主体结构变形不会导致贴面和装饰的损坏。四、工程结构抗震应用 隔震和减震是建筑结构减轻地震灾害的一种新技术、新方法和新途径。所谓隔震就是立足于“隔”，这种技术减少和消弱传递到上部结构的地震能, 特别是地震力峰值, 以减轻结构的破坏, 控制地震所带来的灾害，同时亦可减少上部结构在高速火车、汽车的强烈冲击力对下部结构的作用力。当今世界上许多国家采用诸多结构抗震装置系统, 有些是以隔震为目的, 有些是以减震为目的, 也有些是隔震、减震组合效应为目的。无论采用那种原理, 其目的都是为了减轻和消弱地震能。 地震是人类必须要面对的自然灾害，随着社会的发展，其对社会对人生产生的危害越来越引起人们的重视。世界各国都重视地震工程的研究发展及应用，与此相应的，如何做好防震抗震工作，已经成为人类生活研究的一项重大课题，也是一项待以攻克的技术难关，相信随着科学技术的不断发展，科学工作者经验的积累，人类迟早能完全解决这一困扰人类多年的难题，相信这一天，并不久远。参考文献【1】周锡元抗震性能设计与三水准设防(土木水利)中国台湾土木水利工程学会出版，2003【2】李国强 李杰 苏小卒 建筑结构抗震设计（第二版）【3】李应斌，刘伯权，史庆轩.基于结构性能的抗震设计理论研究与展望J.地震工程与工程振动，2001, (12)【4】建筑抗震设计