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结构对称性在建筑防震上的应用前言：众所周知，建筑的震害是由许多因素造成的，通过对大量震害的研究，发现建筑结构的设计对建筑抗震能力起到了重要的作用。“5.12”汶川特大地震给人民生命财产造成了巨大损失，同时也警醒结构设计人员们做出更为优化的抗震设计，在国内外使建筑具有防震效果的方法有多种，包括设置地震缝、圈梁、优化剪力墙等等，这些方法大致可以归纳为结构法和构件处理法。本文将介绍结构法中的一种：对称结构。对称结构是指在在结构设计中，建筑物的形状、刚度、质量分布等可以影响地震作用产生的震害作用的因素，围绕重心有规律的分布。这种规律不光指简单的平面对称布置，更多的是根据减小地震震害作用的要求布局各个因素。在对诸多方法进行分析比较之后，本论文对对称结构进行分析与论证，是这种设计方法应用于建筑结构设计之中，发挥其在建筑防震方面的作用。1、 震害作用造成损伤分析 1、地震作用的分类 地震作用按照作用的方向分为竖向作用和横向作用。不同的地震作用对于建筑的影响是不同的，在某些建筑中，相差会很大。研究不同地震对于建筑的危害对于抗震设计具有很大的参考意义。 （1）竖向作用是地震产生的纵波造成的，在竖向作用下，建筑会在竖直方向产生震动，当地震波的能量大时，震动的度幅度大；当能量小时，震动的幅度小。建筑物向上运动时，当向上的作用力大于建筑物的重力时，建筑物可能发生与基础的连接破坏，也可能在建筑本身某一薄弱处产生应力集中现象，在此处产生裂缝，甚至断裂。当建筑物向下运动时，建筑物的重力与运动产生的作用力会通过受力构件向下传递直至基础，但这并不意味着这时对于建筑物没有危害，相反，此时建筑物的危险最大，二力相加，受力总和极有可能会超出构件的极限承载力，是建筑物构件手里产生破坏。（2） 横向作用是由地震横波作用产生的，在这种波的作用下，建筑物会在水平方向发生运动，这种运动的表现形式建筑物会随地基产生水平运动，对于高层建筑，顶端的位置更像是左右摆动。在这种地震作用的作用下建筑物主要会在侧面产生裂缝，当建筑有足够的柔度和韧度时，建筑物有可能在地震波的能量消失时，恢复到原来的状态，因此，相对于竖向作用，横相作用产生的危害较小。2、建筑地震破坏实例 沿竖向不规则建筑，破坏情况严重不规则建筑物，尤其是沿竖向不规则的房屋建筑，破坏较严重。典型的有两类：结构底层为空旷结构，下部为薄弱层；突出屋面的小塔楼结构。 结构底层为空旷结构，下部为薄弱层结构底层为空旷结构的房屋大多底层为大开间框架结构，方便使用。房屋震害主要表现为底层倒塌、倾斜，原因是底层形成薄弱层，刚度和强度均不足。 钢筋混凝土结构未能实现“强柱弱梁”机制震害总体情况表明，框架-剪力墙结构大部分基本完好或轻微破坏，未发现严重破坏。但有少数框架结构严重破坏或倒塌。框架结构的破坏形态大部分为柱下 端破坏，或框架梁、柱节点核心区剪切破坏或压酥。二、 对于不同抗震设计的研究（1） 框剪结构中剪力墙刚度优化 研究通过对变刚度框剪结构层单元模型分析，推导出整体刚度方程，并考虑多振型因素的影响，提出变刚度框剪结构的剪力墙刚度优化的计算方法，同时运用编制的软件程序对实例进行了计算，可便捷计算出剪力墙的最优刚度及各种地震作用情况下的位移，给结构的初步设计带来一定的参考价值。框剪结构层单元在地震作用时协同受力， 现取框剪结构层单元作为计算模型，该单元内框架部分刚度和剪力墙部分刚度均为恒定值，根据力与位移的关系建立总刚度方程，并考虑了多震型的影响因素，进一步得出优化方程，并对比前后结构刚度和震动后的位移大小，得出结论。 通过以上数据比较，（1）发现同样采用铰接体系和倒三角荷载形式进行结构计算，考虑变刚度情况比现有规范的等效刚度法计算所得位移结果要小，但相差不大，这说明现有的规范方法是偏安全的，而该研究所采用的结构分析所得结果更接近实际工程情况。（2）通过优化后刚度与初始刚度的比较发现，优化幅度较大，对提高框剪结构整体受力性能、降低造价有较大工程意义。 剪力墙的最优刚度优化可以有效减少震害作用，起到防震效果，在上表表1中我们可以发现在在不同的楼层剪力墙优化后的刚度是不同的。研究不同位置的优化后刚度大小和分布规律，是结构对称性研究的重要组成部分。（2） 暗筋或暗骨支撑的剪力墙系统地研究了带暗支撑剪力墙的抗震性能。对6个1/2缩尺的一字形截面带暗支撑短肢剪力墙构件进行了低周反复荷载下的抗震性能试验研究,研究了暗支撑配筋对短肢剪力墙抗震性能的影响并提出了抗震设计建议。 通过低周反复荷载作用下, 1个普通剪力墙模型与10个不同型式与参数的带暗支撑剪力墙模型的试验研究,分析了支撑配筋比和倾角对剪力墙抗震性能的影响。选取剪力墙结构体系中较为薄弱的抗震构件/一0字形截面剪力墙,分别采用钢筋暗支撑及钢骨暗支撑进行带暗支撑剪力墙的抗震性能试验,分析其承载力、刚度及破坏机制,并提出抗震设计建议。由表2可见:(1) 带暗支撑剪力墙的开裂荷载、明显屈服荷载、极限荷载比相应的普通剪力墙均有提高,其极限荷载提高比例较大,极限荷载提高的比例分别为: SBW-S比SW提高了129. 6%; SBW-T比SW提高了120.4%。可见在普通剪力墙中,加设钢筋暗支撑(钢筋面积452mm2)比加设钢骨暗支撑(钢骨面积642mm2)其极限承载力提高的大,说明钢筋暗支撑与混凝土共同工作性能好。(2)带暗支撑剪力墙的开裂荷载与极限荷载的比值较普通剪力墙明显小,说明试件从开裂到极限荷载的历程相对较长,对抗震有利。(3)带暗支撑剪力墙的屈服荷载与极限荷载的比值(屈强比)较普通剪力墙明显小,说明试件从屈服到极限荷载有约束的屈服段较长,对抗震有利。 由上可知可采取与本文类似配筋或配钢骨的方法,设计一字形截面带暗支撑剪力墙,钢筋暗支撑和钢骨暗支撑均可有效约束墙体斜裂缝的产生,防止剪切破坏,实现强剪弱弯的延性破坏机制。 给出的带暗支撑剪力墙的试验结果可供抗震设计参考。总结：在地震作用下，建筑物会受到不同方向的作用力的共同作用。对称结构可以很有效的改善各部分的受力，减小地震造成的危害。对称布置结构还能避免建筑受力运动的过程中产生偏心力，对建筑造成二次损坏。参考文献：【1】王翠坤 杨沈 汶川地震对建筑结构设计的启示 2008年9月 （中国建筑科学研究院，北京 100013） 【2】高晓路 季 珏 金凤君 牛方曲 中国