大跨鋼網格結構地震避難所抗震設計方法研究.pdf

1、應對地震災難是人類在地球生存和可持續(xù)發(fā)展的一個永恒主題。時至今日依然不斷有城市、鄉(xiāng)村遭到毀滅，繼續(xù)給人類留下巨大生命與財產損失和難于愈合的心靈創(chuàng)傷。由此可見，在城鎮(zhèn)膨脹發(fā)展的今天，如何構建城鎮(zhèn)甚至鄉(xiāng)村的抗震減災體系依然是人類急待解決的重要課題。本文根據中國抗震減災體系的現狀，從災難性地震的調查分析開始，提出構建“災難性地震避難與救災據點系統”的抗震減災體系，并重點開展了大跨網格結構作為災難性地震避難與救災據點的抗震性能設計方法與應用研究

2、。研究的主要內容與獲得的主要結論如下:
　　 (1)首先對中國1920年以來發(fā)生的災難性地震的地震參數進行了統計分析，結果表明在我國現行設防烈度為6～9度地區(qū)，歷史上發(fā)生的災難性地震的烈度均在9度以上，有的甚至達到了12度，其對應地震動峰值均在620gal～3200gal之間;高于設防地震水平的災難地震隨時可能在人口集中的城鎮(zhèn)發(fā)生。為應對未來災難地震發(fā)生后城鎮(zhèn)應急救災和避難問題，本文提出了對地震避難與救災據點的建筑實施“災難性地

3、震設防”的構想，并針對設防烈度給出了一套災難地震動設計參數取值。然后根據避難與救災據點建筑功能的要求，將該類建筑功能的抗震設防性能目標調整為:“設防地震充分運行、罕遇地震運行、災難性地震基本運行”。
　　 (2)通過對國內外災難地震后應急救援實踐的分析，大跨公共建筑宜作為救災據點和避難場所的建設載體，在滿足其公共建筑功能的基礎上，易同時賦予其“避難與救災”的功能。針對該類公共建筑一般采用單層大跨鋼網格結構體系的特點，重點討論了該

4、類建筑結構賦予“避難與救災”功能后抗震性能化設計的內容和方法，特別是災難地震下該類結構整體（包括上部和下部結構）失效的判定準則和失效承載力的評定方法。該類設計計算方法的關鍵在于建立合適的地震波集以及計算分析結構體系整體的失效破壞形態(tài)。
　　 (3)為討論大跨鋼網格結構體系在地震作用下的失效破壞形態(tài)，選取常用的立體拱桁架結構為研究對象，通過對3個立體拱桁架模型進行跨中往復集中加載下的試驗和計算機模擬分析，研究了其在地震作用下的失效

5、破壞機理，獲得的主要研究結果為:①拱桁架模型在跨中集中往復荷載作用下的破壞失效過程為:受力最大節(jié)間（薄弱節(jié)間）首先進入彈塑性狀態(tài)，繼而在節(jié)間內最大受拉腹桿端部出現細微裂紋，最后將該腹桿與下弦桿撕裂，導致逐步形成機構而破壞。②在跨中往復荷載作用下的塑性發(fā)展僅限于局部受力較大的區(qū)域、破壞時其整體塑性變形不大;整體滯回曲線扭捏、細長、不飽滿，耗能性能一般;但受力較大的關鍵桿件滯回曲線飽滿，耗能性能良好。③進入彈塑性狀態(tài)后，往復荷載作用將產生塑

6、性累積損傷，導致低周疲勞破壞;相貫線焊縫、4根腹桿在弦桿處的密集交匯導致的應力集中、三向拉伸應力、焊縫缺陷等影響因素將加速節(jié)點域低周疲勞破壞的歷程。④三個矢跨比不同的模型試驗結果沒有表現出矢跨比不同對結構性能影響的規(guī)律性，主要原因為該三個模型的薄弱部位均位于相貫節(jié)點域內;同其他學者獨立相貫節(jié)點試驗的對比發(fā)現，結構體系中相貫節(jié)點與獨立相貫節(jié)點試驗的破壞形態(tài)基本相同，但前者反應的結構破壞形態(tài)更為全面。⑤試驗與模擬獲得的整體塑性發(fā)展過程、開裂

7、位置、整體滯回曲線類型與性態(tài)、桿件的骨架曲線等基本一致，表明模擬中采用的集中塑性鉸模型基本描述了試驗模型中桿件塑性發(fā)展的情況。
　　 (4)利用本文提出的設計方法對某大跨度立體拱桁架結構體系、某體育練習館網架結構體系進行了抗震性能設計案例分析，結果表明:采用基于失效性態(tài)的抗震設計方法利用集中塑性鉸時程分析法、地震波作用下失效承載力平均系數評定法等對大跨度網格鋼結構體系進行災難地震設防的性能設計較為簡單，容易被工程師掌握;利用基于