抗震课程总结.doc

建筑抗震结构设计的课程总结地震的定义是地壳在内、外营力作用下，集聚的构造应力突然释放，产生震动弹性波，从震源向四周传播引起的地面颤动。地震给人类社会带来灾难，造成不同程度上的人身伤亡和经济损失。为了减轻或避免这种损失，就需要对地震有深入的理解。1.地震与抗震知识地震按其成因主要可分为火山地震、陷落地震、构造地震和诱发地震；其中构造地震的分布范围广、破坏作用大，诱发地震是由于地壳运动推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。对于地震的成因，又断层学说和板块学说。地震引起的震动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波，地震波可看做是一种弹性波，分为体波和面波，而体波又可分为横波和纵波，体波是指通过介质体内传播的波，面波是指沿着介质表面及其附近传播的波，它是体波经过地层界面多次反射形成的次声波。地震波的三要素是：最大振幅、频谱特征和强震持续时间，某一地区的地表和各类建筑物遭遇某一次地震的影响的平均强弱程度可用地震烈度表示，它既反映地震后果又是地面运动的强度的一种度量。按抗震规范进行抗震设计的建筑，一般情况下的抗震设防目标是：（1）三水准：（小震不坏，中震可修，大震不倒）第一水准：当遭受到低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍能继续使用。第二水准：当遭受到相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理或不经修理仍可继续使用。第三水准：当遭受到高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。（2）二阶段：第一阶段设计：按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及在小震地震作用下验算结构的弹性变形，以满足第一水准的抗震设防目标的要求。第二阶段设计：按大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准的抗震设防目标的要求2.建筑场地、地基与基础规范把场地划分为有利、一般、不利和危险地段，尽可能选择有利地段，避免不利地段，无法避免时应该采取有效措施。场地下的土层既是地震波的传播的介质，又是结构物的地基，震害不仅与地震的大小和结构的类型有关，还与工程地质条件有关。场地土的卓越周期是对建筑物有显著影响的是地震波中那些与上覆土层固有振动周期相接近的波群。土的液化：在地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势，但因孔隙水来不及排除，使土颗粒处于悬浮状态，就形成如液体一样。危害：导致地基失效，建筑物下沉、倾斜、不均匀沉降、墙体开裂等等。 判別土的液化的方法有：初步判别法；标准贯入试验判别法，措施：根据建筑物的抗震设防类别和地基的液化等级，结构具体情况综合确定当液化土层较平坦且均匀时，宜按表选用措施。（影响土液化的因素：1、地质年代2、土中的粘粒含量3、上覆非液化土层厚度和地下水位深度4、土的密实程度5、土层埋深6、地震烈度和震级）3.建筑结构抗震概念设计3.1场地和地基 建筑结构在地震作用下的破坏情况有四种：（1）地震时，在水平和竖向振动作用下，建筑物的内力和变形骤增，甚至结构的受力形式发生改变，最终导致建筑物承载力不足甚至于丧失或者变形过大而破坏。（2）地震作用下，由于节点强度不足、延性不够、锚固失效，使得结构构件缺乏可靠的连接，建筑物丧失整体性而遭破坏。（3）地震作用下，由于地基承载力下降或地基土液化，使得地基部分失效甚至于完全失效，最终导致建筑物倾斜、倒塌。（4）由地震引发的次生灾害如火山、洪水、滑坡、泥石流等造成建筑物的严重破坏。所以场地的选择是建筑抗震设计成功的第一步，从选址工作开始就应该选择对抗震有利的地段，尽量避开不利的地段，避不开时应采取有效措施确保地基的稳定性；任何情况下均不考虑在抗震危险地段建造建筑物。3.2规则性建筑 在建筑的方案设计阶段就应该尽量采用规则建筑方案，即建筑平、立、剖应规则、简单、对称；结构侧向刚度、材料强度和质量的分布应均匀、连续，无突变，因为不规则的建筑在水平地震作用下也会产生扭转振动，进而破坏。3.3合理的结构体系 一个合理的结构体系，首先应有明确的计算简图和合理、简洁的传力途径，对于不规则建筑，应采用空间计算模型计算地震力，考虑扭转藕联影响，使其更接近实际工况。不在同一结构单元混用受力体系，优先选用现浇混凝土结构，在多层砌体房屋中优先采用横墙承重的结构体系，在底层框架抗震墙砌体房屋中，优先采用混凝土抗震墙。体型复杂的建筑，设置合理的抗震缝将上部结构分割成相互独立、相对规则的结构单元。3.4计算结果的校核一般来说，在结构设计中，通常采用计算软件进行抗震分析，这就要求设计人员对所用软件的适用范围、技术条件、计算模型等均有深刻的认识和充分的掌握，对所有计算结果，应经认真分析校核，只有经分析判断结果合理、有效后，方可用于工程实际。3.5抗震构造措施 对结构构件采用多道设防，严格按规范要求保证“强柱弱梁”，“强剪弱弯”，“强节点弱构件”，加强节点连接，加强梁、柱端头箍筋加密区的箍筋量。所用材料等级不低于规范要求的最低等级，从而有效减小材料的脆性，计算中还应严格控制梁的相对受压区高度。砌体结构应按规范要求设置圈梁、构造柱等，有效约束砌体，提高砌体的延性和整体性。非结构构件比如框架填充墙两端应与柱有效拉结，附属构件女儿墙、雨篷、挑檐等除保证自身整体性能外，还应与主体结构有可靠连接和锚固。3.6结构的整体性 结构是由许多构件连接组合而成的一个整体，并通过各个构件的协调工作来有效地抵抗地震作用。若结构在地震作用下丧失了整体性，则结构各构件的抗震能力不能充分发挥，这样容易使结构成为机动体而倒塌。因此，结构的整体性是保证结构各个部分在地震作用下协调工作的重要条件，确保结构的整体性是抗震概念设计的重要内容3。3.7结构材料的选择单从抗震角度考虑, 作为一种结构材料应轻质、高强、材质均匀; 构件间的连接应有良好的整体性、连续性及延性, 且能发挥材料的全强度。按照这一原则, 不同材料结构的抗震性能优劣排序是: 钢结构; 型钢混凝土结构; 混凝土- 钢混合结构; 现浇钢筋混凝土结构; 预应力混凝土结构; 装配式钢筋混凝土结构; 配筋砌体结构4。工程中常用结构抗震表现分述如下:(1)钢结构钢结构最符合抗震材料的要求, 从已有的地震震害实例来看, 钢结构的表现均很好; 但它当前的造价及维护费用较高。(2)现浇钢筋混凝土结构该结构整体性好, 造价低廉, 有较大的抗侧移刚度, 并且经良好的设计可保证结构具有良好的延性。但该材料也存在难以克服的弱点: 当地震持时较长时, 在周期性往复水平荷载作用下, 构件刚度因裂缝的开展而递减, 且塑性铰区会产生反向斜裂缝, 将混凝土挤碎, 产生永久性的“剪切滑移”7。(3)预应力混凝土结构预应力混凝土结构在非开裂状态下能承受较大的变形, 因而在烈度不高时结构破坏较轻,相应地其所贮藏的弹性变形能要比钢筋混凝土高, 但预应力混凝土结构的滞回曲线比钢筋混凝土狭窄, 所能耗散的滞后能量要少一些, 且由于预应力构件受压区配筋一般相对较少, 一旦混凝土开始压碎, 承载能力就会急剧下降, 因此在高烈度地区, 必须采取措施提高延性, 方能使用预应力混凝土结构。实践证明, 通过合理控制预应力筋的含量(Q0. 5%) 可以实现这个目的8。(4)装配式钢筋混凝土结构此类结构致命的抗震弱点在于整个结构缺乏连续性和整体性; 框架节点等预制构件的连接和接头强度及变形能力均低于构件本身而形成薄弱环节; 同时预制构件装配时会产生次应力, 故这类结构不宜在高烈度地区采用; 但若采用整体装配式结构则可以改善这种情况5。3.8多道抗震设防体系无论选用何种材料、何种结构体系的抗震结构, 都宜设置多道抗震防线。一次地震持续的时间少则几秒, 多则十几秒甚至更长。这样长时间的地震动, 一个接一个的强脉冲对建筑物产生多次往复式冲击, 造成累积式破坏; 如果建筑物采用的是单结构体系, 仅有一道抗震防线, 一旦破坏后接踵而来的持续地震就会使建筑倒塌; 而设了多重抗震体系的建筑物, 在第一道防线的抗侧力体系遭破坏后, 后备的第二道、第三道防线立即接替, 抵挡后续的地震冲击, 特别是对于因“共振”而引起的破坏, 在第一道防线失效后,结构转入第二道、第三道防线工作, 此时随着第一道防线破坏塑性铰出现, 结构基本周期已生变化, 从而错开了地震动卓越周期, 建筑物免遭进一步破坏。这种抗震设计概念是对付高度地震的一种经济有效的办法, 且已应用到实际工程中, 如前面提到的马那瓜美洲银行就是一个应用多道抗震防线概念的成功实例。4.混凝土结构抗震设计（1）在钢筋砼框架内力分析中为什么要对梁进行调幅?由于框架结点处内力最大，配筋最多，为了保证梁端的延性和便于施工。对框架在竖向荷载作用下的梁端弯矩乘以调幅系数予以降低，梁端弯矩降低后，跨中弯矩相应增加: 现浇结构=0.8-0.9， 装配式结构=0.7-0.8（2）什么是“强柱弱梁”的设计原则？在抗震设计中如何保证这一原则实施？柱的强度大于梁的强度并控制柱梁相对强度，使塑性铰首先在梁中出现。塑性铰在柱中出现，使其框架结构侧向变形增大，严重时出现倒塌并不易修复。在求柱端弯矩时乘以一个放大系数。（3）什么是“强剪弱弯”的设计原则？在设计中怎样体现？要保证构件在延性弯曲破坏之前不发生脆性的剪切破坏，要求构件的抗剪强度大于抗弯强度。对梁端剪力乘以一个放大系数。（三强三弱：强节点、弱构件：节点在M、N、V共同作用下，受力复杂，核心区往往出现交叉的斜裂缝而导致破坏，另外节点破坏不易修复加固。所以要求节点承载力高于相邻构件。）（4）为什么限制多层砌体房屋的总高度和层数？砌体房屋的震害与其总高度和层数有密切关系，随层数增加，震害随之加重，特别是房屋的倒塌率与房屋的层数成正比率增加。对砌体房屋的总高度及层数要予以限制，这也是一种最经济的抗震措施。（5）为什么限制多层砌体房屋抗震墙的间距？