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1、 整理为 word 格式 山东科技大学土木工程与建筑学院 土木工程理论与实践学习报告 题 目 建筑结构抗震分析 专 业 班 级 土木工程 2011 级 2 班 学 生 姓 名 张国刚 学 号 201101020236 2015 年 5 月 整理为 word 格式 教师评语：成绩评定：教师（签名）：年 月 日 整理为 word 格式 建筑结构抗震分析 摘要 近年来，我国地震频发，在多次地震中，建筑物也经受着重大的考验，有关建筑物结构抗震设计的问题引起了全社会的高度重视。本文在此背景下，首先分析了当前的研究背景，对结构抗震理论的内容及其发展做了扼要的介绍，在此基础上，分析了建筑结构抗震设计的重要性
2、，最后提出了一些对策措施和意见建议。地震区建筑结构设防与不设防,震后结果大不一样。要使工程建设真正达到能够减轻以至避免地震灾害,把握好抗震设计关是减轻地震灾害的根本措施。文章根据实践经验和对有关资料的总结,对多层及高层钢筋混凝土房屋的抗震设计问题进行了研究和探讨。关键词：建筑结构、抗震设计、抗震设防 整理为 word 格式 目录 1 研究背景以及结构抗震理论的发展4 2 建筑结构抗震的意义是什么 4 3 建筑结构抗震设计的重要性分析5 4 震害多发点 6 4.1 结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层6 4.2 柱端与节点的破坏较为突出6 4.3 砌体填充墙的破坏较为普遍6 5 抗震结构设计 6 5
3、.1 抗震计算中的延性保证7 5.2 构造措施上的延性保证7 5.3 抗震设计的依据和目标 8 5.3.1 基于性能的抗震设计依据 8 5.3.2 抗震设计的目标8 6 结语 8 参考文献9 建筑结构抗震分析 整理为 word 格式 1 研究背景以及结构抗震理论的发展 512 汶川地震是于 2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分 04 秒，四川省汶川县发生的 8.0级地震，地震造成 69227 人遇难，374643 人受伤，17923 人失踪。自 2008 年“512”汶川大地震之后，2009 年 6 月 30 日云南姚安 6.0 级地震，2010 年 4 月 14 日青海玉树发生
4、 7.1 级地震，2012 年 9 月 7 日云南彝良、贵州威宁交界处发生 5.7 级地震，2013年 4 月 20 日四川省雅安市芦山县发生 7.0 级大地震等等。在地震中，无一例外的伴随着大量房屋倒塌以及其他建筑物被损毁的现象，不仅仅造成了大量的财产损失，也严重威胁人民群众的生命安全。而且注入日本等一些地震多发地区对于建筑物结构的抗震设计要求较高，我国近年来对此也不断加以重视，也取得了一些进展，但是由于各方面的原因，整体建筑物的抗震能力还较差。事实上，国家在建筑物抗震设计当中，明确提出三个标准：“小震不坏，中震可修，大震不倒。”地震防烈度 7 度以下（含 7 度）为小震；8 度为中震；9
5、度以上（含 9 度）为大震。因此，对于建筑物结构设计中的抗震设计是应该有着明确的规划和指导的。结构地震反应计算方法的发展，大致可以划分为三个阶段。第一阶段为静力理论阶段-静力法。1920 年，由日本大森房吉提出。假设建筑物为绝对刚体，结构所受的水平地震作用，可以简化为作用于结构上的等效水平静力 F，其大小等于结构重力荷载 G的 k 倍。第二阶段是反应谱理论阶段，地震反应谱是单自由度弹性体系在地震作用下其最大的反应与自振周期的关系曲线称为地震反应谱。1943 年美国皮奥特（M.A.Biot）发表了以实际地震记录求得的加速度反应谱，提出的“弹性反应谱理论”。由于反应谱理论正确而简单地反映了地震特性
6、以及结构的动力特性，从而得到了国际上广泛的承认。实际上到 20 世纪 50 年代，反应谱理论已基本取代了静力法。目前，世界上普遍采用此方法。第三阶段是动力分析（时程分析法）阶段，时程分析法将实际地震加速度时程记录作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。不仅可以全面考虑地震强度、频谱特性、地震持续时间等强震三要素，还进一步考虑了反应谱所不能概括的其它特性。时程分析法用于大震分析计算，借助于计算机计算。2 建筑结构抗震的意义是什么 建筑结构抗震加固设计及安全施工措施在建设工程中的意义,非常重要!地震灾害防御是地震发生前应做的防御性工作。震害防御主要有工程性防御措施和非工程性防御措施。工程性防御措施
7、是减轻地震灾害最主要的途径。工程性防御措施是用工程的抗震设防和抗震加固来完成防御建筑物、构筑物遭受地震破坏，减轻地震灾害的措施。地震造成人员伤亡的直接原因是地表的破坏和建筑物、构筑物的破坏与倒塌。据对世界上 130 整理为 word 格式 余次伤亡较大地震灾害进行的分类统计表明，其中 95%以上的伤亡是由于建筑物、构筑物破坏、倒塌造成的。因此，对各种建筑物、构筑物依法进行相应的抗震设防，使其在破坏性地震中不损坏、不倒塌，是避免人员伤亡的关键。我国对建设工程的抗震设防作了明确规定：新建、扩建、改建建设工程，必须进行抗震设防，达到抗震设防要求。一般工业与民用建筑建设工程，必须按照国家颁布的中国地震
8、动参数区划图规定的抗震设防要求，进行抗震设防。重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程、核电站和核设施建设工程必须进行地震安全性评价，并根据经过国家和省级地震行政主管部门审定的地震安全性评价结果，确定抗震设防要求，进行抗震设防。建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按抗震设计进行施工。已建成的重大建设工程、可能发生严重次生灾害的建设工程，有重大文物价值和纪念意义以及地震重点监视防御区的建筑物、构筑物，未采取抗震设防措施的，应当按照国家有关规定进行抗震性能鉴定，并采取必要的抗震加固补强措施。整理为 word 格式 3 建筑结构抗震设计的重要性分析 一是充分保护人民群众的生
9、命财产安全。人类社会在发展过程中，首先要解决的就是温饱与安全的需求（马斯洛的需要层次理论可以说明），如据有关报道，在 2008 年的汶川地震的主震区内，完好的建筑几乎没有。除却地震本身的烈度较高，破坏性较强的原因之外，一个更重要的问题值得我们的深思，就是建筑结构的抗震能力非常差，长时期以来，国人对于建筑的抗震设计重视不够，一方面在技术水平上缺乏突破，另一方面一部分人受利益驱动，往往在施工过程中，存在偷工减料等行为，导致了建筑物抗震能力薄弱，加强建筑结构抗震设计的重要性，对于保护人民群众的生命财产安全不言而喻。二是促进建筑结构设计技术与理念的创新与发展。我们知道，日本是一个地震多发地区，事实上，
10、在 1880 年以前，日本对于建筑物结构的抗震设计也不是很重视。1880年横滨地震（M=5.4）之后，日本成立了日本地震学会，1891 年在浓尾地震之后，鉴于地震给建筑物造成的重大损害，日本成立了“震灾预防调查委员会”，开始着手进行抗震结构设计研究。经过近百年的发展，日本的建筑物结构抗震设计无论是在技术还是在理念上都处于领先的地位，如大量的震害分析表明，反应谱理论虽考虑了振幅和频谱两个要素，但只解决了大部分问题，地震持续时间对震害的影响始终在设计理论中没有得到反映。这是反应谱理论的局限性，后来，日本大规模的采用动力分析（时程分析法）。三是具有良好的社会正向效应。整个社会发展是一个复杂的系统，从
11、这一战略高度加以认识的话，我们不难发现，对于建筑物抗震结构设计的加强对于构建和谐社会具有重要意义，良好的建筑物抗震能力，能够减轻人民群众的生命财产损失和风险，有利于维护社会稳定，对于建设“美丽中国”，实现“中国梦”，具有良好的社会效应。因此，不能孤立的片面的静止的对待建筑结构抗震设计。整理为 word 格式 4 震害多发点 地震作用具有较强的随机性和复杂性,要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态,不发生破坏是很不实际的;既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重,但不倒塌。因此,依靠弹塑性变形消耗地震的能量是抗震设计的特点,提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力,防止高于设防烈度的
12、“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。4.1 结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层 钢筋混凝土框架结构在整体设计上存在较大的不均匀性,使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。在强烈地震作用下,结构的薄弱层率先屈服,弹塑性变形急剧发展,并形成弹塑性变形集中的现象。如 1976 年唐山大地震中,13 层蒸吸塔框架,由于该结构楼层屈服强度分布不均匀,造成第 6 层和第 11 层的弹塑性变形集中,导致该结构 6层以上全部倒塌。4.2 柱端与节点的破坏较为突出 框架结构的构件震害一般是梁轻柱重,柱顶重于柱底,尤其是角杜和边柱易发生破坏。除剪跨比小的短柱易发生柱中剪切破坏外,一般柱是柱端的弯曲破坏,轻者发
13、生水平或斜向断裂;重者混凝土压酥,主筋外露、压屈和箍筋崩脱。当节点核芯区无箍筋约束时,节点与柱端破坏合并加重。当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时,柱顶剪切破坏严重,破坏部位还可能转移至窗洞上下处,甚至出现短柱的剪切破坏。4.3 砌体填充墙的破坏较为普遍 砌体填充墙刚度大而变形能力差,首先承受地震作用而遭受破坏,在 8 度和 8 度以上地震作用下,填充墙的裂缝明显加重,甚至部分倒塌,震害规律一般是上轻下重,空心砌体墙重于实心砌体墙,砌块墙重于砖墙。5 抗震结构设计 较合理的框架地震破坏机制,应该是节点基本不破坏,梁比柱屈服可能早发生、多发生,同一层中各柱两端的屈服历程越长越好,底层柱底的塑性铰
14、宜最晚形成。即:框架的抗震设计应使梁、柱端的塑性铰出现尽可能分散,充分发挥整个结构的抗震能力。整理为 word 格式 5.1 抗震计算中的延性保证 从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出,在抗震设防的第二、三水准时,框架结构构件已进入弹塑性阶段,构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量,所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明,“强节点”、“强柱弱梁、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,抗震性能较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求,且考虑了设计者的使用方
15、便,采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式,只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。综合大量实验研究成果,影响不同受力特征节点延性性质的主要综合因素有:相对作用剪力、相对配筋率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。5.2 构造措施上的延性保证 四川大地震实践证明,当建筑结构在大地震中要求保持足够的承载能力来吸收进入塑性阶段而产生的巨大能量,因为此时的结构在震中进入到一个塑性阶段,容易产生变形。所以,根据这种特点和抗震的要求,多发地震的国家钢筋混凝土结构抗震设计均要求按延性框架结构进行设计,所以建筑结构的设计必须保证结构局部薄弱区的承载力与刚度,保证了建筑构造的整体性,延性的增加也就提高
16、了变形能力,这样可以减少地震的破坏性,提高了建筑的抗震能力。在结构布置上,按扩大了的柱端抗弯承载力进行设计,理论上可将柱屈服的可能性减少,保证“强柱弱梁”的设计原则。但因各种原因,如梁的实际抗弯承载力可能增大,高振型使柱中反弯点的转移等综合因素影响,要使柱中完全避免塑性铰是困难的,同时为实现“强剪弱弯”的要求,保证塑性铰区域的局部延性,也必须通过一定的构造措施来保证结构的延性,具体做法如下:1.限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性,为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态,以提高塑性铰区域的转动能力,规范限制轴压比与纵筋最大配筋率,同时对混凝土受压区高度也提出相
17、应要求。2.限制约束配筋和配筋形式。加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点,为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性铰区域的局部延性,有必要加密塑性铰区内的箍筋间距,这不但可提高柱端抗剪能力,还可约束核心区内混凝土,对纵向钢筋提供侧向支承,防止大变形下纵筋压曲,从而改善塑性铰区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度等做出了 整理为 word 格式 详细的规定,并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。整理为 word 格式 随着工程应用中箍筋强度和混凝土强度不断提高,对塑性铰区域内箍筋布置的要求是抗震构造措施的一个重要方面,这一
18、情况将导致高强度混凝土中约束箍筋配筋率的减少而降低结构的设计可靠度,建议以配筋特征值代替原体积配筋率,同时鉴于约束配筋对柱端塑性铰区的良好约束作用,建议适当增大配筋量。3.限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量,材料延性对确保构件(结构)延性极为重要,为此规范对材料也提出了相应的限制,如保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等级等,同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。5.3 抗震设计的依据和目标 5.3.1 基于性能的抗震设计依据 抗震设计的依据是抗震设防烈度。它是按国家规定的权限，作为一个地区抗震设防一句的地震烈度，一般情况下，可采用 GBI8306-2001中国地
19、震动参数区划图的地震基本烈度，或采用 GB50011-2001建筑抗震设计规范（2008 版）中设计基本地震加速度值对应的烈度值，抗震设防标准应符合 GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准的要求。建筑抗震设计规范规定：抗震设防烈度 6 度及其以上地区的建筑，必须进行抗震设计。确定北京、天津、西安、成都、昆明地区必须有抗震设计。5.3.2 抗震设计的目标 按照我国的国情和目前的经济水平，确定住宅建筑抗震设计的目标为 3 个层次：第一层次是小震不坏。当遭受发生机会较多的地震（多遇地震）、地震烈度低于本地区的抗震设防烈度时，建筑物不受损坏或不需修理，仍可继续使用。第二层次是中震可修，当遭受
20、本地区设防烈度的地震时，建筑物有一定损坏，经一般修理或不需要修理，仍可继续使用。第三层是大震不倒，当遭受发生机会极少的地震（罕遇地震）、地震烈度高于本地区的抗震设防烈度时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。6 结语 钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一,历年震害资料表明:钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重,其抗震设计中必须满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”、“强底层柱底”等延性设计原则和有关规定。在多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计的实践中,由于设计人员对规范的理解和掌握尺度上,以及因地因人在结构选型、布置以及计算方法上相互差异较多而对设计产生较多的争议,抗
21、震设 整理为 word 格式 计方法值得深入研究。整理为 word 格式 参考文献：1吕西林，蒋欢军.建筑结构抗震研究的若干进展J.同济大学学报（自然科学版），2004，32（10）：1278-1284.2李碧雄，甘立刚，王清远等.基于震害和数值分析的加固建筑结构抗震性能评估 J.四川大学学报（工程科学版），2010，42（5）：142-149.3耿中举.建筑结构抗震加固方法应用探析 J.城市建设理论研究（电子版），2013，（12）.4夏念恩，谭正清.从汶川地震谈对建筑结构抗震的几点思考 J.黄冈职业技术学院学报，2008，10（4）：11-13.5李鸿晶,宗德玲.关于工程结构抗震设防标准的几个问题的讨论 J.防灾减灾工程学报,2003,(2).6宋天齐.关于 8 度区多层砖房最多层数的商榷 J.工程抗震,1998,(1).3陈天虹,李家康,马晓董.对“高层混凝土结构与抗震”课程教学问题的探讨 J.浙江科技学院学报,2005,(1).7建筑抗震设计规范(GB500zl-2001)S.北京:中国建筑工业出版社,2001.8李爱群，高振世.工程结构抗震设计M.北京：中国建筑工业出版社，2005.9GB50011-2001，建筑抗震设计规范（2008 年版）S.北京：中国建筑工业出版社，2008.