大跨鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)地震避難所抗震設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、應(yīng)對地震災(zāi)難是人類在地球生存和可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)永恒主題。時(shí)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(cái)產(chǎn)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(gòu)建城鎮(zhèn)甚至鄉(xiāng)村的抗震減災(zāi)體系依然是人類急待解決的重要課題。本文根據(jù)中國抗震減災(zāi)體系的現(xiàn)狀，從災(zāi)難性地震的調(diào)查分析開始，提出構(gòu)建“災(zāi)難性地震避難與救災(zāi)據(jù)點(diǎn)系統(tǒng)”的抗震減災(zāi)體系，并重點(diǎn)開展了大跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為災(zāi)難性地震避難與救災(zāi)據(jù)點(diǎn)的抗震性能設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究

2、。研究的主要內(nèi)容與獲得的主要結(jié)論如下:
　　 (1)首先對中國1920年以來發(fā)生的災(zāi)難性地震的地震參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明在我國現(xiàn)行設(shè)防烈度為6～9度地區(qū)，歷史上發(fā)生的災(zāi)難性地震的烈度均在9度以上，有的甚至達(dá)到了12度，其對應(yīng)地震動(dòng)峰值均在620gal～3200gal之間;高于設(shè)防地震水平的災(zāi)難地震隨時(shí)可能在人口集中的城鎮(zhèn)發(fā)生。為應(yīng)對未來災(zāi)難地震發(fā)生后城鎮(zhèn)應(yīng)急救災(zāi)和避難問題，本文提出了對地震避難與救災(zāi)據(jù)點(diǎn)的建筑實(shí)施“災(zāi)難性地

3、震設(shè)防”的構(gòu)想，并針對設(shè)防烈度給出了一套災(zāi)難地震動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)取值。然后根據(jù)避難與救災(zāi)據(jù)點(diǎn)建筑功能的要求，將該類建筑功能的抗震設(shè)防性能目標(biāo)調(diào)整為:“設(shè)防地震充分運(yùn)行、罕遇地震運(yùn)行、災(zāi)難性地震基本運(yùn)行”。
　　 (2)通過對國內(nèi)外災(zāi)難地震后應(yīng)急救援實(shí)踐的分析，大跨公共建筑宜作為救災(zāi)據(jù)點(diǎn)和避難場所的建設(shè)載體，在滿足其公共建筑功能的基礎(chǔ)上，易同時(shí)賦予其“避難與救災(zāi)”的功能。針對該類公共建筑一般采用單層大跨鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，重點(diǎn)討論了該

4、類建筑結(jié)構(gòu)賦予“避難與救災(zāi)”功能后抗震性能化設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法，特別是災(zāi)難地震下該類結(jié)構(gòu)整體（包括上部和下部結(jié)構(gòu)）失效的判定準(zhǔn)則和失效承載力的評定方法。該類設(shè)計(jì)計(jì)算方法的關(guān)鍵在于建立合適的地震波集以及計(jì)算分析結(jié)構(gòu)體系整體的失效破壞形態(tài)。
　　 (3)為討論大跨鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為研究對象，通過對3個(gè)立體拱桁架模型進(jìn)行跨中往復(fù)集中加載下的試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬分析，研究了其在地震作用下的失效

5、破壞機(jī)理，獲得的主要研究結(jié)果為:①拱桁架模型在跨中集中往復(fù)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(jìn)入彈塑性狀態(tài)，繼而在節(jié)間內(nèi)最大受拉腹桿端部出現(xiàn)細(xì)微裂紋，最后將該腹桿與下弦桿撕裂，導(dǎo)致逐步形成機(jī)構(gòu)而破壞。②在跨中往復(fù)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(shí)其整體塑性變形不大;整體滯回曲線扭捏、細(xì)長、不飽滿，耗能性能一般;但受力較大的關(guān)鍵桿件滯回曲線飽滿，耗能性能良好。③進(jìn)入彈塑性狀態(tài)后，往復(fù)荷載作用將產(chǎn)生塑

6、性累積損傷，導(dǎo)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(dǎo)致的應(yīng)力集中、三向拉伸應(yīng)力、焊縫缺陷等影響因素將加速節(jié)點(diǎn)域低周疲勞破壞的歷程。④三個(gè)矢跨比不同的模型試驗(yàn)結(jié)果沒有表現(xiàn)出矢跨比不同對結(jié)構(gòu)性能影響的規(guī)律性，主要原因?yàn)樵撊齻€(gè)模型的薄弱部位均位于相貫節(jié)點(diǎn)域內(nèi);同其他學(xué)者獨(dú)立相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的對比發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體系中相貫節(jié)點(diǎn)與獨(dú)立相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的破壞形態(tài)基本相同，但前者反應(yīng)的結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)更為全面。⑤試驗(yàn)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(yàn)?zāi)Ｐ椭袟U件塑性發(fā)展的情況。
　　 (4)利用本文提出的設(shè)計(jì)方法對某大跨度立體拱桁架結(jié)構(gòu)體系、某體育練習(xí)館網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了抗震性能設(shè)計(jì)案例分析，結(jié)果表明:采用基于失效性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)方法利用集中塑性鉸時(shí)程分析法、地震波作用下失效承載力平均系數(shù)評定法等對大跨度網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行災(zāi)難地震設(shè)防的性能設(shè)計(jì)較為簡單，容易被工程師掌握;利用基于