建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺析

1、84建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺析AnalysisoftheBuildingStructureSeismicDesign李秀萍LiXiuping(東莞市城建規(guī)劃設(shè)計(jì)院，東莞523129)(UrbanPlanningandDesignInstituteinDongwanCity，Dongwan523129，China)摘要：20世紀(jì)80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”。本文根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，就建筑抗震設(shè)計(jì)要求及其驗(yàn)算進(jìn)行了淺迷分析Abstr

2、act：Since1980s，the”conceptofanti—seismicdesignwasputforward”BasedOnyearsofworkexperiencethispaperbrieflyanalyzesantiseismicdesignrequirementsandchecking關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)：抗震設(shè)計(jì)；抗震驗(yàn)算Keywords：buildingstructure；seismicdesign；seismicca

3、lculation中圖分類號(hào)：TU352文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言20世紀(jì)80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”。所謂“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。我們掌握抗震設(shè)計(jì)概念，將有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則，使我們不致陷于盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。1建筑抗震設(shè)計(jì)要求11對(duì)場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)的要求選擇建筑場(chǎng)地

4、時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要，作出綜合評(píng)價(jià)。選擇對(duì)抗震有利地段，避開不利地段，無法避開時(shí)，應(yīng)采取有效措施。為避免建筑物發(fā)生“共振”破壞，應(yīng)盡量使地震動(dòng)卓越周期與待建建筑物的自振周期錯(cuò)開，減少地震能量輸入。從地震的調(diào)查結(jié)果看，存在“共振”破壞，同一場(chǎng)地，地震會(huì)“有選擇”的破壞某一類型建筑物而“放過”其它。例如1976年唐山地震時(shí)，天津東郊工業(yè)區(qū)同為軟土地帶，大量較柔的單層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房破壞嚴(yán)重，而較剛的多層磚房破壞輕微，傳統(tǒng)上，我們總認(rèn)為“鋼筋

5、混凝土比磚混”結(jié)實(shí)，而這一案例則與其相反，剛好證明了“共振”破壞的存在。再如1985年黑西哥太平洋岸發(fā)生81級(jí)地震，共有164幢6—20層的房屋倒塌：其中5層以下房屋破壞輕微，23層以上的大樓也未破壞；特別是高度達(dá)181m，自振周期為39s的42層拉美大廈，基本沒有損害。該次地震持時(shí)22s，周期2s，加速度a≥O19。均證明了存在“共振”破壞，所以，在選擇場(chǎng)地時(shí)，要盡量避免?！犊拐鹨?guī)范規(guī)定，建筑場(chǎng)地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚

6、度分為4類，見表l。表l中v。為巖石或堅(jiān)硬土的剪切波速；V。為土層等效剪切波速，可根據(jù)實(shí)測(cè)或按下式確定：v產(chǎn)_蘭生一。地基和基礎(chǔ)；毫老設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下要求：①同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上：②同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基，部分采用樁基；③地基分為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻時(shí)，應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應(yīng)措施。表1建筑場(chǎng)地類別劃分等效剪切波場(chǎng)地覆蓋層厚度d—m)速(m／s)山=Oo

7、80v500l500一v250IⅡ250，vpl40IⅡⅢv?！?40IⅡⅢⅣ12選擇對(duì)抗震有利的建筑平面、立面和豎向剖面建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性：建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。1990年江蘇常熟發(fā)生作者簡(jiǎn)介：李秀萍(

8、1971一)，女，吉林九臺(tái)人，中級(jí)職稱，研究方向?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)。文章編號(hào)：10064311(2010)13—008401里氏51級(jí)地震，震中區(qū)那些平、立面布局不合理，門窗洞口過多、過大，大開間，大進(jìn)深房間太多的二、三層磚混結(jié)構(gòu)房屋遭到嚴(yán)重破壞，造成了很大的損失。13選擇技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的

9、計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。要具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)采取措施提高抗震能力。另外，結(jié)構(gòu)體系宜設(shè)置多道抗震防線。2地震作用與結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算目前，在我國(guó)和其他許多國(guó)家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，廣泛采用反應(yīng)譜理論來確定地震作用，其中以加速度反應(yīng)譜應(yīng)用最多。如果已知體系的自振周期，利用反應(yīng)譜曲線和相應(yīng)計(jì)算公式

10、，就可確定體系反應(yīng)加速度，進(jìn)而求出地震作用。采用振型分解反應(yīng)譜法時(shí)，不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu)，應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算其地震作用和作用效應(yīng)：21構(gòu)j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列公式：b=aj1／iYJ砩Gj(i=1，2，n；j=1，2，，in)(1)∑KgI飛=L(2)E，2gii=l式中：F，為j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：Otj為相應(yīng)于i振型自振周期的地震影響系數(shù)；x；為i振型i質(zhì)點(diǎn)的水平相對(duì)位移；M為j振型的參與系數(shù)。22

11、抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求：vD(ixEc(3)式中：VⅨ為第i層對(duì)應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力；入為剪力系數(shù)，不應(yīng)小于表2規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對(duì)豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應(yīng)乘以115的增大系數(shù)；Gj為第j層的重力荷載代表值。表2樓層最小地震剪力系數(shù)值類別7度8度9度扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于355的結(jié)構(gòu)0016(0024】0032(0048)0064基本周期大于50s的結(jié)構(gòu)0012(0018)0

12、024(0032)0040注1基本周期介于358和5s之間的結(jié)構(gòu)，可插入取值2括號(hào)內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計(jì)基本地震加速度為O159和o309的地區(qū)。3結(jié)語應(yīng)當(dāng)指出，強(qiáng)調(diào)抗震概念設(shè)計(jì)，是為了給抗震計(jì)算創(chuàng)造有利條件，并非不重視數(shù)值設(shè)計(jì)，要靈活、準(zhǔn)確的按照建筑結(jié)構(gòu)抗震基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，以做出經(jīng)濟(jì)、合理地且能實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，節(jié)約成本，達(dá)到抗震要求，追求雙贏。參考文獻(xiàn)：【1]朱鏡清結(jié)構(gòu)抗震分析原理【M】地震出版社，2002，11【2

13、】豐定國(guó)，王社電抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【M1武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003萬方數(shù)據(jù)84建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺析AnalysisoftheBuildingStructureSeismicDesign李秀萍LiXiuping(東莞市城建規(guī)劃設(shè)計(jì)院，東莞523129)(UrbanPlanningandDesignInstituteinDongwanCity，Dongwan523129，China)摘要：20世紀(jì)80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)

14、”。本文根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，就建筑抗震設(shè)計(jì)要求及其驗(yàn)算進(jìn)行了淺迷分析Abstract：Since1980s，the”conceptofanti—seismicdesignwasputforward”BasedOnyearsofworkexperiencethispaperbrieflyanalyzesantiseismicdesignrequirementsandchecking關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)：抗震設(shè)計(jì)；抗震驗(yàn)算Keywords：bui

15、ldingstructure；seismicdesign；seismiccalculation中圖分類號(hào)：TU352文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言20世紀(jì)80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”。所謂“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。我們掌握抗震設(shè)計(jì)概念，將有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則，使我們不致陷于盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合

16、理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。1建筑抗震設(shè)計(jì)要求11對(duì)場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)的要求選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要，作出綜合評(píng)價(jià)。選擇對(duì)抗震有利地段，避開不利地段，無法避開時(shí)，應(yīng)采取有效措施。為避免建筑物發(fā)生“共振”破壞，應(yīng)盡量使地震動(dòng)卓越周期與待建建筑物的自振周期錯(cuò)開，減少地震能量輸入。從地震的調(diào)查結(jié)果看，存在“共振”破壞，同一場(chǎng)地，地震會(huì)“有選擇”的破壞某一類型建筑物而“放過”其它。例如1976年唐山地震時(shí)，天津東郊工業(yè)區(qū)同為軟土地帶，大量較柔的單層鋼

17、筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房破壞嚴(yán)重，而較剛的多層磚房破壞輕微，傳統(tǒng)上，我們總認(rèn)為“鋼筋混凝土比磚混”結(jié)實(shí)，而這一案例則與其相反，剛好證明了“共振”破壞的存在。再如1985年黑西哥太平洋岸發(fā)生81級(jí)地震，共有164幢6—20層的房屋倒塌：其中5層以下房屋破壞輕微，23層以上的大樓也未破壞；特別是高度達(dá)181m，自振周期為39s的42層拉美大廈，基本沒有損害。該次地震持時(shí)22s，周期2s，加速度a≥O19。均證明了存在“共振”破壞，所以，在選擇場(chǎng)地時(shí)

18、，要盡量避免?！犊拐鹨?guī)范規(guī)定，建筑場(chǎng)地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度分為4類，見表l。表l中v。為巖石或堅(jiān)硬土的剪切波速；V。為土層等效剪切波速，可根據(jù)實(shí)測(cè)或按下式確定：v產(chǎn)_蘭生一。地基和基礎(chǔ)；毫老設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下要求：①同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上：②同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基，部分采用樁基；③地基分為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻時(shí)，應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應(yīng)措

19、施。表1建筑場(chǎng)地類別劃分等效剪切波場(chǎng)地覆蓋層厚度d—m)速(m／s)山=Oo80v500l500一v250IⅡ250，vpl40IⅡⅢv?！?40IⅡⅢⅣ12選擇對(duì)抗震有利的建筑平面、立面和豎向剖面建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性：建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避

20、免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。1990年江蘇常熟發(fā)生作者簡(jiǎn)介：李秀萍(1971一)，女，吉林九臺(tái)人，中級(jí)職稱，研究方向?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)。文章編號(hào)：10064311(2010)13—008401里氏51級(jí)地震，震中區(qū)那些平、立面布局不合理，門窗洞口過多、過大，大開間，大進(jìn)深房間太多的二、三層磚混結(jié)構(gòu)房屋遭到嚴(yán)重破壞，造成了很大的損失。13選擇技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、

21、結(jié)構(gòu)材料和施等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。要具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)采取措施提高抗震能力。另外，結(jié)構(gòu)體系宜設(shè)置多道抗震防線。2地震作用與結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算目前，在我國(guó)和其他許多國(guó)家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，廣泛采用反應(yīng)譜理論來確定地震作用，其中

22、以加速度反應(yīng)譜應(yīng)用最多。如果已知體系的自振周期，利用反應(yīng)譜曲線和相應(yīng)計(jì)算公式，就可確定體系反應(yīng)加速度，進(jìn)而求出地震作用。采用振型分解反應(yīng)譜法時(shí)，不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu)，應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算其地震作用和作用效應(yīng)：21構(gòu)j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列公式：b=aj1／iYJ砩Gj(i=1，2，n；j=1，2，，in)(1)∑KgI飛=L(2)E，2gii=l式中：F，為j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：Otj為相應(yīng)于i振型自振周期

23、的地震影響系數(shù)；x；為i振型i質(zhì)點(diǎn)的水平相對(duì)位移；M為j振型的參與系數(shù)。22抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求：vD(ixEc(3)式中：VⅨ為第i層對(duì)應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力；入為剪力系數(shù)，不應(yīng)小于表2規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對(duì)豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應(yīng)乘以115的增大系數(shù)；Gj為第j層的重力荷載代表值。表2樓層最小地震剪力系數(shù)值類別7度8度9度扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于355的結(jié)構(gòu)0016(0024

24、】0032(0048)0064基本周期大于50s的結(jié)構(gòu)0012(0018)0024(0032)0040注1基本周期介于358和5s之間的結(jié)構(gòu)，可插入取值2括號(hào)內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計(jì)基本地震加速度為O159和o309的地區(qū)。3結(jié)語應(yīng)當(dāng)指出，強(qiáng)調(diào)抗震概念設(shè)計(jì)，是為了給抗震計(jì)算創(chuàng)造有利條件，并非不重視數(shù)值設(shè)計(jì)，要靈活、準(zhǔn)確的按照建筑結(jié)構(gòu)抗震基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，以做出經(jīng)濟(jì)、合理地且能實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，節(jié)約成本，達(dá)到抗震要求，追求雙贏