基础抗震研究

基础抗震研究（共6篇）

基础抗震研究 篇1

0 引言

地震是一种比较复杂的过程, 在科学化比较发达的今天也很难把握它的规律性和准确性, 很难用仪器实际测得地震时的地震波和其它地震参数。在结构设计时, 虽然考虑到结构抗震方面的因素, 但由于诸多因素的影响存在着较大的误差。在结构设计软件还不能够足够的完善, 单靠简单的计算, 没有足够的复杂计算, 很难保证房屋结构在大的地震作用下具有足够的抗震强度。因此, 在提高结构抗震角度方面来看, 越来越受到国内外学者重视这方面的研究。

1 地基基础震害概况

纵观我国多次强地震中遭受破坏的建筑物来看, 由于地基因素导致上部结构破坏的不多。这些地基大多数属于有液化土的地基, 容易产生震陷的软弱土地基和不均匀下沉的地基, 大多数地基具有良好的抗震性能, 很少有因为基承载力不够而产生震害。签于这种情况, 我国抗震设计规范对规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑和地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的某些建筑地基和基础都不做抗震处理, 而对那些容易产生地基基础震害的液化地基, 软土地基和产生严重不均匀下沉的地基, 做了相应的抗震补偿措施, 以避免或减轻震害。桩基础在实际工程当中得到广泛应用, 它普遍运用于土质不好的地区及高层建筑, 桩基抗变形大, 承载力大, 能适用于各种不利的地理情况。其比天然地基具有更好的抗震性, 主要表现在:减轻结构震害、减小震陷、增加抗震稳定性。但值得注意的是地基基础震害所占比例虽小, 但很难加固, 应预以足够的重视。

2 场地的选择

根据目前的一些研究, 影响建筑震害和地震动参数的场地因素很多, 其中局部地形、地质构造、地基土质等, 影响的方式也各不相同。一般认为, 对抗震有利的地段系指地震时地面无残余变形的坚硬或开阔平坦密实均匀的中硬土范围或地区;而不利地段为可能产生明显变形或地基失效的某一范围或地区;危险地段指可能发生严重的地面残余变形的某一范围或地区。

在选择建筑场地时, 应根据工程实际需要, 掌握地震活动情况和工程地质的有关资料, 做出综合评价, 宜选择有利的地段、避开不利的地段, 当无法避开时应采取适当的抗震措施;不应在危险较大的地段建造甲、乙、丙类建筑。

3 天然地基浅基础抗震设计

3.1 天然地基作用下的承载力抗震验算

地基和基础的抗震验算, 一般采用“拟静力方”。此法假定地震作用如同静力, 然后在这种条件下验算地基和基础的承载力和稳定性。一般只考虑水平方向的地震作用, 但有时也需要计算竖直方向的地震作用。承载力的验算方法与静力状态下的相似, 即计算的基底压力应不超过容许承载力的设计值。

验算天然地基地震作用下的竖向承载力, 按地震作用效应标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力符合下列各式要求:

式中:P为地震作用效应标准组合的基础底面平均压力;

Pmax为地震作用效应标准组合的基础边缘的最大压力;

faE为调整后地基土抗震承载力。

《建筑抗震设计规范》﹙GB 50011-2008﹚同时规定, 高宽比大于4的高层建筑, 在地震作用下基础底面不宜出现拉应力;其它建筑, 基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15℅。根据后一规定, 对基础底面为矩形的基础, 其受压宽度与基础宽度之比则应大于85℅, 即

式中:b'为矩形基础底面受压宽度

b为矩形基础底面宽度

3.2 天然地基抗震承载力确定

世界上大多数国家抗震规范在验算地基抗震承载力特征值时, 抗震容许承载力都采用在设计承载力的基础上乘以一个系数的方法加以调整。考虑调整的出发点是:

1) 地震是偶然事件, 是特殊荷载, 因而地基抗震承载力安全系数可比静载时降低;

2) 地震是有限次数不等幅的随机荷载, 其等效循环荷载不超过十几到几十次, 而多数土在有限次数的动载下强度较静载下稍高。

《建筑抗震设计规范》﹙GB 50011-2008﹚规定, 对天然地基基础抗震验算时, 地基抗震承载力应按下式计算:

式中:faE为调整后的地基抗震承载力;

ζa为地基抗震承载力调整系数;

fa为基础修正后的地基承载力特征值, 应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》﹙GB 50007-2002﹚采用。

4 桩基础抗震分析

认识来源于实践, 应该尽可能多地收集并分析已有的桩基地震资料, 总结桩基础震害经验。然而与桩基础设计相比较, 解决桩基抗震方面上的工程经验现在还很少。根据国内外现有的相关资料, 桩基础在地震时主要具有以下特点。

4.1 桩基础具有比天然地基良好的抗震性能

天然地基没有桩基具有更好的抗震性能, 其一能减轻建筑物的踏陷, 增强建筑物的抗震性能, 其二在强震下抗倾覆能力好。汶川大地震后, 抗震专家小组认真观察了一些倒塌的建筑物和一些没倒塌的建筑物的基础, 发现带独立基础的建筑物倒塌远大于桩基础的建筑物。例如汶川某中学基础为灌注桩基础, 由于桩深埋于地下, 和土具有一定的摩擦力和抗拔力, 能提高建筑物的抗倾覆能力。在地震水平推力的作用下对建筑物产生倾覆弯矩, 但由于桩和承台及连系梁的存在对建筑物对建筑物产生一个抗倾覆弯矩, 增强了建筑物的抗震性能。桩基建筑物的震害远远小于天然地基另一个原因就是, 桩端持力层承载力比较大, 同时由于桩省和土之间的摩擦力的作用, 沉陷变形能力小, 例如, 在汶川地震后, 某服装工厂桩基塌陷仅2cm~3cm, 天然地基上的独立基础沉陷变形达12cm~14cm, 桩基的优越性能远大于其它基础。

4.2 较强地震作用下的桩基也经常发生震害

在1976年中国的唐山大地震, 1960年智利瓦尔迪维亚省遭遇里氏地震, 人们发现桩基发生断裂和倾斜, 导致建筑物产生严重破坏和损害。1960年智力大地震, 液化土导致建筑物坏。在最近的1994年诺斯雷奇地震和1995年日本阪神地震也都有桩基破坏的报道。诺斯雷奇地震的桩基破坏使几座桥梁遭到了严重破坏。在阪神地震中, 很多建筑物虽然上部结构基本上损害不大, 但桩基础却不同程度上遭到破坏。

5 结论

为了减少地基基础带来的地震灾害, 减少人员伤亡, 避免经济损失。我们从理论和实践方面进一步针对基础对抗震的影响做进一步的研究。地基基础震害研究是一个非常复杂的技术课题, 我们在实际工程当中制定了基础抗震设计规范, 使基础在工程应用当中有一定的理论依据。现就一些欠缺的方面, 谈谈一些关点:

1) 为了保证在地震作用下地基基础的稳定性, 对地基基础不利的地段设计地震动参数进行放大, 其水平地震影响系数最大值应乘以增大系数。根据岩土工程地质勘查情况, 划分对建筑有利、一般、不利和危险的地段, 提供建筑的场地类别和岩土地震稳定性, 从多方位考虑影响地基抗震因素。例如, 在地震作用下土层产生蠕动, 甚至产生液化, 影响地基承载力等等问题;

2) 非液化土中低承台桩基的抗震验算, 应符合下列规定:单桩的竖向和水平向抗震承载力特征值, 可均比非抗震设计时提高25%。当承台周围的回填土夯实至干密度不小于现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007对填土的要求时, 可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作用;但不应计入承台底面与地基土间的摩擦力, 地震力是一个随机的过程, 即使采用无数个时间波形来进行地震分析, 也难于反映实际情况。较为合理的办法是采用随机反应分析;

3) 目前对基础抗震的研究非常困难, 其中很少能用接近实际的实验方法来完成, 因为在实际当中地震的情况非常复杂, 很难预料, 很难找到地震破坏的规律。日本处在高度地震带, 日本科学家对地震采用了大型震动台模型进行了地震模拟研究, 这种方法只能局部性的, 只能对某一建筑物的破坏影响有初步的了解。地震波、地震力的变动发展方向很难把握, 需进行一些精细分析。现在一些学者采用ANSYS等软件结构模拟, 研究结构的变形、扭转、位移比及破坏的影响。随着将来研究的逐步深入, 面临诸多问题我们要求同存疑, 进一步讨论研究。

参考文献

[1]周锡元, 王广军, 苏经宇.场地·地基·设计地震[M].北京:地震出版社, 1990.

[2]陈竹昌.国外土动力学研究的动向.第三届全国土动力学学术会议论文集.上海:同济大学出版社, 1990.

[3]胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社, 1988.

[4]黄雨, 唐益群, 叶为民, 陈竹昌.建筑桩基的有效应力地震反应分析:Ⅰ-计算方法[J].水文地质工程地质, 2000, 27 (5) :4-7.

建筑结构中抗震设计研究 篇2

1.选择场地地基

在进行建筑场地的选择时，要根据工程需要，以及地震活动情况和工程地质有关资料进行综合评价。对于不同的场地，应对天然地基时的抗震承载力进行分析，对震陷、震动液化可能性与液化危害度进行分析。必要时，对其处理可采用规范的相应的地基来进行。根据地震烈度、场地土的厚度和断裂的地质历史来对避让距离进行确定，从而确定场地范围内的地震断裂。在选择场地地基时，要避开对建筑不利的地段，如果没法避开时，采用适当的抗震措施。

2.选择抗震体系类型

首先，建筑的体型要简单，平立面布置宜规则。建筑物要是体型简单且规则，其不仅具有明确地受力性能，而且在设计时在地震作用下的实际反映及其内力很容易分析。并且也比较容易处理结构细部的构造。因此，此结构在遭遇地震使迫害程度很轻。其次，建筑地震作用的产生、传递和分配受结构体系类型的规则性影响，并且建筑物的固有周期和抗震延性也受其建筑材料和结构体系的影响。因而，影响了建筑的抗震作用。因此，对于体型复杂、平立面特别不规则的就建筑结构的适当位置设置防震缝。如果平面不规则的建筑结构，应进行水平地震作用计算和内力调整，并且采用有效的抗震结构措施，其应用到较薄弱位置。在体型复杂的建筑中，不设防震缝时，计算模型应选择符合实际的结构来进行精细的抗震分析，对局部应力和变形集中以及扭转影响进行估计、对易损部位进行判别，从而提高抗震能力。如果设置防震缝时，将建筑分成规则的结构单元，防震缝留有足够的宽度，应完全分开其两侧上部结构。

3.选择抗震结构体系

—般情况下，应优先选择不负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选用轴压比不太大、延性较好的抗震墙等构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。框架—抗震墙结构体系中的抗震墙、处于第一道防线，当抗震墙在一定强度的地震作用下遭受可允许的损坏，刚度降低而部分退出工作并吸收相当的地震能量后，框架部分起到第二道防线的作用。这种体系的设计既考虑到抗震墙承受大部分的地震力。对于强栓弱梁型的延性框架。应具备必要的强度，良好的变形能力和耗能能力。如果抗震结构体系有较高的抗侧力强度，但缺乏足够的延性，则这样的结构在地震时很容易破坏（如元筋砌体）；但如结构有较大的延性、而抗侧力强度不高，在不大的地震作用下结构产生较大的变形（如纯框架结构），如果砌体结构加上届边约束构件，使其只有较好的变形能力。如果框架中设琶抗震墙，使其抗例力强度增加，则上述两种结构的抗震潜力都增大了。宜具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位。产生过大的应力或塑性变形集中，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。结构在强烈地震下不存在强度安全储备、构件的实际强度分布是判断薄弱层（部位）的基础。

抗震计算中的延性保证。延性控制准则的一般要求都包括对两个物理量的要求：一是所讨论的部件（如包括节点在内的梁柱接头区）在预定部位（如梁端）屈服后所能达到的变形量的大小；另一个是直到变形量增大到预期值为止，部件各部位都必须保持其应具备的承载力而不发生先期承载力失效。其中第一个物理量是被衡量和控制的量，第二个量是第一物理量的基本保障。对节点而言，就是要求节头区梁端或柱端屈服后达到某个必要的变形之前不会先行发生破坏或剪切失效。具体框架节点延性设计准则表达如下。提高抗震结构构件的延性、改变其变形能力，力求避免脆性破坏；为此砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯校，或采用配筋砌体和组合砌体柱等；钢筋混凝土构件应合理的选择尺寸、配置纵向钢筋和箍筋。为了保证强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的抗震设计理念，在配置纵向钢筋和箍筋时，应考虑梁翼缘板的作用和梁裂缝宽度验算或超配而增加梁纵筋的影响。框架纵向钢筋的最小配筋率，应与《建筑抗震设计规范》一致，或者略小。在配置柱纵筋和箍筋时，应考虑这部分的梁纵筋的影响，柱增加的单向纵筋和箍筋可按以下简化计算确定：

柱增加的单边纵筋：

柱增加的箍筋：

其次，保证抗震结构构件之间的连接具有较好的延性、是充分发挥各个构件的强度、变形能力，从而获得整个结构良好抗震能力的重要前提。为了保证连接的可靠性，构件节点的强度不应低于其连接构件的强度，预埋件的锚固强度不应低于其连接构件的强度；装配式结构构件之间应采取保证结构整体性的连接措施。

4.常用的抗震分析方法

在结构设计中，需要将用来进行内力组合及截面设计的地震作用值进行确定。计算地震作用值通常采用底部剪力法、弹性时程分析方法以及振型分解反应谱法，这三种方法都是弹性分析法。其中最为简单的属底部剪力法，其在质量、刚度沿高度分布较均匀的结构中较为适用。其思路就是对地震影响系数的确定通过对结构的第一振型周期的估计来进行，总的水平地震作用确定是结合结构的重力荷载来进行，然后分配至各层按照一定方式来进行结构设计。对于较为复杂的结构体系的抗震计算，采用振型分解反应谱法来进行，它的思路就是根据振型叠加原理，将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加起来得到结构总的地震作用、作用效应。对于弹性时程分析而言，其适合用于特别不规则和特别重要的结构中，此方式为直接动力分析方法。

现代抗震设计理论越来越先进，世界各国已经在抗震方面取得了较好的成绩，例如，大量钢筋混凝土构件的抗震性能试验的进行。在这样的大背景下，我国的抗震设计也应该进行完善，不断向前发展。

参考文献

[1] 凌燕. 建筑结构设计的基本方法及存在的问题[J]. 科技咨询导报，2007（29）.

[2] 刘程彦. 建筑结构的抗震设计探讨[J]. 四川建材，2010（01）.

[3] 张爱菊，王强. 论建筑结构的抗震设计[J]. 知识经济，2010（15）.

[4] 何玉红. 我国建筑工程结构抗震设计探讨[J]. 中外企业家，2009（06）.

采用基础隔震的框架结构抗震分析 篇3

基于传统抗震方法的不足, 20世纪70年代以来, 随着科学技术的不断进步, 人类对地震认识的不断深入, 基础隔震技术应运而生。基础隔震就是在基础与上部结构之间设置侧向刚度较小的隔震层, 减小地震作用对上部结构的地震反应, 并通过隔震层吸收、耗散一部分地震能, 从而保证建筑结构以及内部仪器、设备的安全, 在建筑结构抗震设计方法上实现了从“抗”到“隔”的重大突破[1,2,3]。

为了进一步论证采用基础隔震结构的隔震效果, 文章以某一高烈度地区的实际工程为例, 利用大型有限元分析软件SAP2000建模, 分析对比传统抗震结构和基础隔震结构的地震响应。

1 理论分析

1.1 单质点隔震体系的分析模型

对于中低层建筑物, 当采用基础隔震时, 由于隔震层的水平刚度远小于上部结构, 其侧向刚度一般为上部结构的1/50~1/150[4], 故地震作用时上部结构的层间相对水平位移很小, 近似作整体平动, 该隔震体系的水平侧移主要集中于隔震层 (如图1 (a) 所示) , 因此, 结构体系可简化为单质点隔震体系动力分析模型 (如图1 (b) 所示) 。动力响应过程中的刚度和阻尼主要由该结构体系的隔震支座提供, 因此, 隔震体系的水平刚度和阻尼可近似由隔震层的刚度和阻尼替代[1]。

图1中, xg分别为地震时地面水平加速度、速度和位移;xs分别为地震时上部结构的水平加速度、速度和位移。Ds为基础与上部结构之间的相对位移, 即隔震层的位移;M为上部结构的总质量;K、C分别为隔震层的水平等效刚度和阻尼。

1.2单质点隔震体系的动力分析

由图1 (b) , 可列出基础隔震体系在地震作用下的动力微分方程:

(1) 式两边同除以M, 并记隔震体系的固有频率为ωn、隔震层与上部结构的阻尼比为ζ。

则方程式 (1) 可简化为:

在此, 为了求出上部结构的加速度反应x咬s, 我们引入传递函数H (ω) , 其物理意义就是在地震作用下上部结构产生的加速度反应与地面水平地震加速度x咬g的比值, 比值的大小可以评价隔震装置对地面加速度的衰减效果, 即评价隔震层的隔震效果。用ω表示场地的特征频率, 并记地震作用时地面加速度反应, 则上部结构加速度值

把代入式 (2) , 可得到基础隔震结构体系的动力响应传递函数为:

定义Ra为隔震体系的加速度反应衰减比, 即地震作用时上部结构的加速度反应与地面加速度反应之比[5], 则Ra=|H (ω) |。它表明, 对结构地震反应起直接影响的因素除了地面运动加速度外, 还有隔震层的刚度和阻尼。若建筑物所在地的场地特征频率ω已知, 则可以通过对隔震装置的合理选取, 调整隔震层的固有频率ωn和阻尼比ζ, 从而使得隔震结构体系的加速度衰减比Ra最小, 进而确保地震中建筑物及其内部设备、仪器等的安全。

2 算例分析

2.1 工程概况

本工程位于四川省平武县, 为7层钢筋混凝土框架办公楼, 建筑物平面尺寸为46.8m×15.9m, 每层层高3.6m, 结构总高度25.2m。该地区抗震设防烈度为8度 (0.20g) , Ⅱ类场地土, 设计地震分组为第二组, 场地特征周期为0.4s。为了研究传统抗震结构与基础隔震结构在地震作用下抗震性能的差异, 本算例的隔震模型和抗震模型中, 上部结构构件材料、尺寸和布置完全相同。框架柱截面尺寸为700mm×700mm, 主梁截面尺寸400mm×800mm, 楼板厚120mm, 混凝土强度等级C35, 钢筋HRB335。结构平面布置如图2所示。

2.2 有限元模型

文章采用大型有限元软件SAP2000进行建模分析, 模型中的梁、柱单元采用程序中的框架单元模拟, 采用膜单元来模拟混凝土楼板, 铅芯叠层橡胶支座采用连接属性中的Rubber Isolator连接单元来模拟, 考虑U2, U3两个方向的非线性变形[6]。三维分析模型如图3所示。

2.3 隔震支座参数及布置

由抗震规范12.2.3条关于橡胶隔震支座的压应力限制规定[7] (如表1所示) , 通过荷载计算, 根据轴力来选定隔震支座型号。支座的布置应满足支座的形心与柱子的截面形心重合的要求, 故本隔震结构模型选用28个LRB600铅芯叠层橡胶支座, 每根框架柱下布置1个隔震支座。铅芯叠层橡胶支座的性能参数[8]见表2。

2.4 模态分析

模态分析主要是确定结构的固有频率和振型, 又称为自振特性分析, 也是结构进行动力分析的基础。利用SAP2000分别建立传统抗震模型和隔震模型, 进行前10阶振型的模态分析, 两种结构前10阶振型的自振周期如图4所示。

由图4对比可知:采用基础隔震的隔震结构较传统抗震结构, 其各阶振型的自振周期均有所增加, 其中隔震结构前三阶周期均约为抗震结构的3倍。隔震结构的自振周期得到了有效的延长, 使其远离场地的特征周期, 从而大大降低了结构的地震响应, 进而保证建筑结构及其内部仪器、设备的安全。

2.5 反应谱分析

反应谱分析是多遇地震作用下结构的拟动力分析, 其分析得到的结果, 能满足我国目前大部分结构规范要求。因此, 本算例利用SAP2000对抗震结构和隔震结构进行反应谱分析, 得到两种结构层间位移和层间剪力如图5~图8所示, 以分析基础隔震的减震效果。

由图5~图8对比可知:

(1) 反应谱作用下抗震结构和隔震结构在水平两方向层间位移均有明显的变化。隔震结构较抗震结构而言, 水平侧移大幅增加, 但侧移主要集中在隔震层。

(2) 与抗震结构相比, 隔震结构的层间位移有明显减小, 从第二层开始层间位移减小幅度呈变大趋势, X向减小幅度在32%~68%, Y向减小幅度在28%~60%, 隔震结构表现为整体水平平动。

(3) 反应谱作用下, 隔震结构较抗震结构在两方向的楼层剪力均有较大幅度的减小, 减小幅度在55%~75%。

4 结论

(1) 隔震支座的水平刚度和阻尼比对隔震效果取决定性的影响, 因此, 可以通过合理选取隔震装置, 确保地震中建筑物及其内部设备、仪器等的安全。

(2) 模态分析下, 相比于抗震结构体系, 隔震结构体系自振周期有较大幅度的增大, 远离场地的特征周期, 从而大大降低了结构的地震响应。

(3) 反应谱分析下, 相比于抗震结构, 隔震结构的侧移有大幅度的增加, 但侧移主要集中在隔震层;而隔震结构的层间位移和楼层剪力有较大幅度的减小。

摘要：将某一多层钢筋混凝土框架基础隔震结构简化为单质点隔震模型并进行动力分析;采用有限元结构分析软件SAP2000, 分别建立7层框架传统抗震结构和基础隔震结构的三维分析模型, 进行多遇地震下的模态和反应谱分析。研究结果表明:隔震结构相对于传统的抗震结构而言, 其自振周期取到了有效的延长, 同时结构的水平侧移有较大幅度的增大, 但侧移主要集中于隔震层;而隔震结构的层间位移和层间剪力有较大幅度的减小。

关键词：基础隔震,框架结构,SAP2000,模态分析,反应谱分析

参考文献

[1]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社, 1997.

[2]周福霖.隔震耗能技术和结构振动控制技术的发展和应用[J].世界地震工程, 1989, 4:16-25.

[3]商昊江, 祁皑.基础隔震技术在中国的研究与应用[J].福建建筑, 2007, 38 (9) :28-29.

[4]刘英利, 党希滨, 杨平, 等.基础隔震结构的非线性动力分析[J].世界地震工程, 2007, 23 (2) :107-111.

[5]周云.土木工程防灾减灾学[M].广州:华南理工大学出版社, 2002.

[6]SAP2000中文版使用指南 (第二版) .北京金土木软件技术有限公司[M].北京:人民交通出版社, 2012.

[7]GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

基础抗震研究 篇4

地震作为自然灾害中较常见的景象之一,爆发后对建筑物的破坏程度非常严重,地震对建筑物的毁坏、对人员造成的损伤、对社会经济财产造成的损失、对人生精神造成的创伤等等,危害群涉及的领域深远、后果的严重性更是无可估量。中国作为一个地震频发的国家,特别是位于我国南部地区的多个城市,正处于地震爆发较活泼的地理位置上,由于地震发生的区域覆盖面积分布广、地震震级严重,导致最终的毁坏性程度极高[1]。最近这几十年来,由于地震引发的多次自然灾害,为我国稳健的经济发展、社会安定的繁荣景象带来了严重的发展阻碍,特别是发生于1976年的唐山大地震,为社会带来的严重破坏后果至今让人记忆犹新。随后,也陆陆续续爆发了多起不同程度的地震灾害,每次地震都会对地震区域的建筑造成不同规模的震害。进一步调查显示,地震的建筑破坏程度不仅和地震震级、客观地理因素,亦或是和建筑物本身的建筑强度、建筑结构动力有关,最主要的是与建筑地基基础条件有着密不可分的影响关系[2,3]。经过多次血的严重教训后,在今后的建筑设计过程中,也时刻提醒着后来人打好建筑地基基础,做好地基基础的抗震工作是关乎百姓安居乐业、财产、生命的重大事情,不能出现一点纰漏和马虎。对于非地震区的建筑物也是一样,只有做到防患于未然,将建筑安全意识时刻加注在施工建设过中,才能真正的将建筑危险性控制在掌握范围中,最大程度地降低风险,进而来看,地基基础的抗震措施、抗震分析迫在眉睫[4]。

地基基础建设工程较一般性工程来说具有隐蔽的工程特点,但同时又作为建设工程中的基础性建筑,地基基础具有无法代替的巨大影响作用。由于地基基础自身的建设特点导致的成本控制困难性,再加之在地基基础的建设过程中要体现出建筑的抗震性能,这无疑是对工程成本控制工作的巨大挑战[5]。在建设地基基础的环节中, 考虑到地基土不同于一般建设用土,是经过自然沉积形成下来,具有大量的未知性和自然随机的不确定性,地基用土的这一大特性,为整项成本控制的定量分析造成了巨大的管理困难;同时,也让地基基础建设的工程勘察、 工程设计、工程施工、工程成本控制等工作变得更加的复杂;最后,打造地基基础的抗震性也考验了建筑施工技术的科学合理性及施工发展的可行性,对建筑环境影响最小、对建筑工期消耗最短、社会经济效益获取最高的多项成本控制工作带来了非常大的困难与挑战[6,7]。就目前我国建筑结构的地基基础抗震发展情况来看,各大建筑施工企业都在为建设更好的、具有更高抗震能力的建筑而孜孜努力,经历过不断的成功经验与失败的教训,目前, 我国地基基础的抗震性能得到了长足的进步与发展。考虑到建设工程项目的社会经济效益,同时基于当下我国建设经济发展水平的制约,在保证建筑地基基础的抗震能力的同时,又要让建设抗震的经济成本投入在经济能力成本控制的范围内,这无疑是对我国建设行业的发展进行的又一次革命改革[7,8]。目前,地基基础的抗震分析与成本优化的控制管理工作成为当下建筑市场中尤为重要的思考解决课题。本文接下来,将重点对地基基础的抗震重要性进行深入的分析,并对具有抗震能力的建筑工程中成本优化控制给予措施意见阐述,对后期的实际建设应用具有重大的借鉴作用。

1地基基础的抗震性建筑对成本优化控制的影响作用

1.1地基基础的抗震性能分析中成本因素

在施工建设过程中,成本的优化控制在一定程度上影响着建筑地基基础抗震性能的成效与发挥。因为,成本的优化控制在施工企业单位中发挥着重要的成本管理监督作用,成本的控制优化不仅体现在资金成本的最小消耗上,提升工程质量、加强建筑地基基础的抗震性能对于工程发展的全过程来说具有重大的积极影响意义。成本优化控制较传统管理具有更高的工作成效性,在整个建筑项目的发展过程中处于十分重要的地位。建筑项目的成本优化控制主要是要保障建设施工期和建筑发展质量,在同时符合要求的条件下控制施工全过程的各项资金消耗,并在控制资源、成本等费用的开支之外对建筑工程发展各环节进行技术性的指导、调整、限制、监督管理作用,对于出现在工程建筑施工中的任何建筑失误、建筑偏差予以及时的纠正和调整。最终,来保证工程建设过程中各环节的消耗总费用不超过总成本的控制范围,为建筑工程企业实现预期发展目标、更好地完成建筑工程的社会经济效益做出了不可估量的巨大贡献。

1.2地基基础抗震性与成本优化控制关系

在地基基础的建设过程中,为了在最大程度上打造出最高性能的建筑抗震能力,并在最小的成本控制范围内以最短的施工工期,凭借最少的人力、物力、财力,最大程度应用结合先进的科学建筑技术手段来提升建筑地基基础抗震效果和建筑工程的社会经济效益是最主要的发展目标。成本优化控制对地基基础抗震性的建造、对整项工程的发展,都起到了决定性的积极促进作用。成本优化控制要根据地基基础抗震性能的程度来做进一步的具体实施内容,但完善的准备工作以及权威科学的成本控制指导方向是非常重要的。

成本优化控制在地基基础的抗震性建设过程中对地基基础前期建筑的选址、实地勘察、施工设计阶段成本优化的控制力度有着很大的发展空间,也就是说,地基基础的抗震建设过程中,前期的地基基础建设成本投入的总比例较高,(如下图1所示)但是当工程进入施工以及后期的应用阶段,地基基础的抗震性能可以为整项工程企业的未来发展赢得更大的市场竞争力并可以获得更高的经济效益。

从下图中的成本造价消耗程度来看,地基基础的抗震建设中,对于增加抗震效果所花费的成本主要是出现在地基基础的勘测和设计阶段,故而,成本优化控制中, 勘察和设计阶段是关键点。作为不同于其他功能的建筑项目,打造具有抗震性能的地基基础工程,前期建筑勘察和抗震能效的设计质量情况直接决定了工程地基基础的抗震效果,并对建筑工程的后期市场使用、后期的经济投资社会回报率产生了重大的影响作用。成本优化控制的全局贯穿性让地基基础的抗震性得以真正的发挥,打破了传统建筑发展过程中的局限思维方式,用前期较大的成本投入换得建筑物强大的抗震性能,加强了建筑物对自然灾害的巨大承受力,真正意义上提高了建筑的开发价值,并且极大程度的满足了当今时代对建筑发展的要求。成本优化控制下的地基基础抗震性建筑在为广大百姓构建了一个更安全、更满意的生活居住条件中做出了极大的贡献。

2地基基础抗震的成本优化控制

2.1地基基础抗震设计阶段的成本优化控制要点

经过上文对地基基础抗震建设过程中的成本造价分析,可以看出,在建筑工程前期的地基基础勘察策划、抗震方案设计阶段的项目投入资金比重非常高,并经过大量实践数据统计分析,针对具有抗震性地基基础的建筑进行成本优化控制管理工作,前期的地基基础策划和抗震设计阶段可占据总成本比例的80%以上。而地基基础的抗震性能在相当的程度上受前期策划以及设计环节工作质量的影响,前期策划和设计管理发挥得好,可以让建筑地基基础的抗震性得以最大限度的发挥。同理,一旦前期工作管理上出现问题,在后期建造的过程中,可能会导致数以百万的成本造价差值。所以,在对地基基础的抗震分析过程中要特别看到成本优化控制的绝对重要性,并全力做好成本优化的控制工作,为建筑地基基础的抗震建设严格把好质量和资金的控制关口。

首先,成本优化控制要始终贯穿于整项工程地基基础抗震建设的全过程,特别是在成本消耗量最多的设计和前期策划阶段,做好严格的成本优化控制,对地基基础的抗震性建设具有特殊的重要意义。

其次,不同于一般性建筑工程,在打造具有抗震性地基基础的建筑过程中,成本优化控制的工作管理重点也要进行相应的调整,以此在最大程度上配合抗震地基基础的建设发展需要。区别于普通型建筑的是,地基基础的抗震性建设过程中,结构成本优化控制是整项工程成本造价的重中之重,抗震功能真正在建筑的实际应用中得以发挥,地基基础的抗震结构成本控制绝对起到了推波助澜的积极作用。

2.2地基基础抗震的成本优化控制对策分析

满足地基基础抗震性,实现成本最优化控制的方式有很多,但无论是结合运用哪种成本的优化控制,对于工程建筑来说,用最少的成本打造地基基础抗震性最强的建筑是工程成本造价管控的唯一终极目标。所以说,在能够满足工程施工质量并符合地基基础抗震性的同时, 在最短的工期内用最高的施工效率控制最低的成本消耗就是最符合地基基础抗震的成本优化控制方案。

地基基础抗震工程的成本优化控制可以在传统价值分析方法的基础上实行优化控制;也可以结合市场上最新的技术以及工程组织结构的协调功能进行非价值的分析方法实行优化控制,无论采取哪种成本优化控制手段, 对于地基基础抗震性的分析来说都不存在唯一固定的成本控制方式。要符合地基基础抗震性建设工程的实际情况,根据建筑的地基基础结构、组织构成、生产方式等多方面的建设因素,来最终决定成本优化的控制方法。相反,成本优化控制在管理地基基础抗震性的建设过程中出现与成本控制的实施方案相悖的现象时,重新制定地基基础抗震性的组织结构、改革设计文案也是可行的。 为了达成同一个发展目标,成本优化控制在对地基基础抗震性的建设进行管理过程中,不必排斥其他的成本管理模式,在特定情况下,将不同形式的管理方法融合在一起,去其糟粕,取其精华,最终形成的成本优化控制效果将会呈现事半功倍的惊人效果。

考虑到具有抗震性能的地基基础建筑对社会经济产生的巨大影响力,在建筑地基基础的抗震功能性的发挥上,在建筑成本效益的最高获取概念上,都需要实行对整项工程的全员成本优化控制管理,提高成本控制的观念性。加强地基基础抗震性建设施工人员的成本控制认识,增强成本优化控制观念,最关键的是要在思想层面上推进成本优化控制工作的发展。打造抗震性能的地基基础,是一项拥有高度密集技术型的建筑项目,做好科学技术与经济成本的完美结合,贯彻工程施工与成本控制同等重要的发展原则,对地基基础抗震施工项目的全部施工人员进行成本控制管理的教育宣传,让成本优化控制工作渗入到地基基础抗震工程建设的每一个环节具有重大意义。成本优化控制管理实现了在技术经济发展领域中的成本降低效果,不同于传统的旧有成本控制方法,让成本控制的着手空间又拓宽了降低的可能性。地基基础的抗震分析中,成本优化控制还要提高成本管理的专业度,采取符合工程发展的积极先进措施,从技术经济领域着手,进行成本造价的管理与控制,这才是地基基础抗震的成本优化控制的最佳对策。

2.3地基基础抗震性采取成本优化控制措施的必要性分析

地基基础抗震建筑工程是一项涉及多项经济领域发展的重大工程,首先考虑到具有抗震性能的建筑对广大百姓的住房安全提供了极大的保障,尤其是对处在地震多发地带的居民百姓而言,具有抗震性的地基基础建筑是保障人生安全、财产安全的重要物质基础;其次,地基基础的抗震性建筑对施工技术要求十分苛刻,人力、物力、财力等成本造价需求量也较一般性建筑高,每一项建设环节的极小性工作误差都会为后续工程的发展造成不可估量的经济损失。成本控制作为抗震性地基基础建设中的监督者,对地基基础的建筑质量、成本消耗做好严格的把关工作,因此加强成本优化控制措施非常有必要。

建立成本控制优化措施的必要性不仅仅是为了保障成本控制管理方法的最终有效性,最主要的是通过成本优化控制措施的良好管理,最终形成的工程规范秩序。 当下经济市场竞争日益激烈,成本优化控制的措施管理为及时掌握市场发展环境、抗震性地基基础建设的内部发展情况以及建筑市场中其他竞争对手带来的全新挑战予以了充分的警戒分析保护作用,在抗震性地基基础的建设过程中对可能出现的风险挑战或已经发生的生产问题做出及时的预报和处理工作,也为施工企业的应变时间起到了缓冲作用。

结语

不同于一般性建筑工程,在分析并打造地基基础的抗震性建筑时,要充分考虑到其风险防范的实际应用能力,并考虑到地震灾害对建筑经济的破坏程度,更是容不得在地基基础的抗震性建设工作中出现一丝一毫的失误和纰漏。严格的技术要求以及复杂的工程设计,给成本的优化控制管理工作带来了巨大的挑战。基于我国整体建筑水平能力的限制、抗震性能的地基基础施工经验不足,在未来大范围的施工过程中,对于地基基础的抗震性的建设可以借鉴其他先进国家的成熟经验,并不断培养技术应用人才,在建设和管理两方面上同时加强人才的引进并不断的实行人才培训工作,以打造质量更好、抗震能力更强的建筑居住环境为发展目标,未来市场的发展空间将会更大。

综上所述,有关于地基基础的抗震分析与成本优化控制,为我国未来建筑行业的发展提供了不可多得的建设经验。作为新技术的开拓者,同时作为保障经济发展的物质基础,地基基础的抗震分析与成本优化控制具有十分重要的研究价值。

摘要：随着建筑功能性的不断增加,在地基基础建设过程中,地震因素需要被充分考虑。但是,抗震性能的加入对工程成本优化的控制带来了一定的影响性,本文重点将对地基基础的抗震分析与成本优化控制进行深入的分析与研讨。通过分析成本控制,阐述了抗震性能对成本的影响,并对成本控制中的不足之处提出了优化改进措施,为新一代建筑抗震性的成本控制打下基础。

基础抗震研究 篇5

由于高层建筑随着其建筑高度的增加, 会受到较大的垂直和水平载荷, 由此而产生巨大的弯矩和剪力, 大大增加了其颠覆力矩, 且作用水平载荷作为控制设计的主要载荷由风载荷和地震载荷构成, 是一种动力载荷。高层建筑基础的受力情况更复杂, 就要求其具有更高的稳定性、强度以及刚度, 能够提供更大的水平与垂直负载能力。因此, 在高层建筑结构基础大多采用桩基础形式, 或者桩与其他基础形式复合组成的基础形式[1]。

2 桩基础建筑结构的抗震性能

2.1 桩基础对建筑结构震动的影响

研究表明, 上部构造、地基土、基础形式等为影响建筑结构振动响应的重要因素。因此, 分析建筑振动必须综合考虑土—基础—上部建筑结构的力学相互作用[2], 通过实测可知, 整体性良好、刚度大的基础形式的建筑振动响应明显降低。

基础对上部建筑结构的影响主要表现为刚度和阻尼, 都为频率的函数, 忽略上部建筑结构特性, 假设其为刚体, 忽略摆动阻抗函数与水平阻抗函数耦合作用, 则基础对建筑结构影响的数学分析模型[3]可简化为:

方程为:

式中, M=结构总质量;Kx=基础水平振动阻抗系数;Kφ=基础摇摆振动阻抗系数;Ky=竖向振动阻抗系数;hw=结构重心到基础底面高度。

经过求解方程, 引入质量附加系数ζ, 阻尼比D, 振幅放大系数Mmax, 结果表明随结构总质量M减少或基础等效半径r0增大, 体系附加质量系数ζ, 阻尼比D, 振幅放大系数Mmax减小, 可以降低结构振动, 起到减震的目的。

因此, 增加基础等效面积, 可以增大基础对上部结构的刚度、阻尼和附加质量, 减小地面振动对建筑结构的影响, 能够有效地减振抗震;整体性好、大面积的基础形式可以衰减环境振动;适当改变桩基础的形式和面积, 考虑其对环境微震动的衰减效应, 可以经济有效的增加建筑的抗震性能[4]。

2.2 螺旋桩承载极限评价

异性桩是目前深基础形式发展的一个热点方向, 由于其比传统等界面桩具有更大承载力, 具有极大地发展空间, 但其载荷位移曲线表现出不连续、拐点多的特点, 因而难于判定其极限载荷和物理意义。螺旋桩可以通过数学分析评价其极限承载能力, 将会得到广泛的应用。

螺旋桩由于具有变截面桩的桩体表面、桩土相互作用复杂、施工条件好、承载力高等一系列优势[5]。通过竖向承压载荷试验表明, 螺旋桩在竖向力的作用下, 明显表现出3个阶段, 即:弹性阶段、弹塑性阶段以及塑性变形阶段, 分析其Log P-S曲线, 可以判断其极限载荷。

3 结论

高层建筑结构基础大多采用桩基础形式, 增加基础等效面积, 可以增大基础对上部结构的刚度、阻尼和附加质量, 减小地面振动对建筑结构的影响, 能够有效地减振抗震;整体性好、大面积的基础形式可以衰减环境振动;适当改变桩基础的形式和面积, 考虑其对环境微震动的衰减效应, 可以经济有效的增加建筑的抗震性能。

螺旋桩可以通过竖向承压载荷试验分析其Log P-S曲线, 判断其极限载荷, 具有变截面桩的桩体表面、桩土相互作用复杂、施工条件好、承载力高等一系列优势, 将会得到广泛的应用。

参考文献

[1]唐业清.简明地基基础设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[2]门玉明, 黄义.土-结构动力相互作用问题的研究现状及展望[J].力学与实践, 2000, 22 (4) .

[3]严觉人, 王贻荪, 韩清宇.动力基础半空间理论概论[M].北京:中国建筑工业出版社, 1981.

[4]M.J.ksldjian:Discussion of“Design Proceduces for Dynamically Loaded Foundations”by R.V.whiteman and F.E.Richart, Jr, paper No.5569, J.Soil.Mech.and Found.Div.Proc.ASCE, 1969, 95 (SM1) .

基础抗震研究 篇6

地震灾害是世界上发生最多的自然灾害之一,它对人类社会的危害非常严重。2008年5月12日,在我国四川省汶川县,发生了里氏8.0级,震中烈度为11度的大地震,多个省市受灾。据统计,建筑物和基础设施的损失很大,占到了总损失的7成[1]。通过对底部框架—抗震墙房屋震害的调查,给我们的印象是这类房屋经过合理的抗震设计具有较好的抗震性能。这主要是这类房屋的底部一层为钢筋混凝土框架和一定数量的钢筋混凝土抗震墙体系,这种框架—抗震墙体系具有较好的承载能力和变形、耗能能力。底部框架—抗震墙房屋震害可分为三种情况:1)底层墙体、框架柱破坏严重;2)由于底部抗震墙数量较多造成上部砖房破坏严重;3)底部与上部破坏都不严重,即较为均匀的结构。

本文通过结构静力弹塑性分析,研究底层设置不同数量抗震墙对结构薄弱楼层位置和整体结构抗震能力的影响。

1 底部一层框架—抗震墙砖房工程概况

本工程位于都江堰地震灾区,在遭受汶川地震后,结构二层发生了中等破坏,其余几层均无明显破坏。结构为底部一层框架其上四层砖混,外加坡屋顶,底层层高3.9 m,其余四层层高3 m。抗震设防烈度为7度第一组二类场地,房屋抗震重要性类别为丙类,抗震等级为二级,结构及基础安全等级为二级,基础设计等级为丙级。底框部分梁、柱、板混凝土为C30,其余部分为C20。底框部分梁、柱、板主筋保护层厚度分别为:25 mm,30 mm,15 mm,其余部分梁、柱、板主筋保护层厚度分别为:20 mm,30 mm,20 mm。底层隔墙采用240厚页岩非承重空心砖M5混合砂浆砌筑,二、三层采用MU10承重页岩空心砖M10混合砂浆砌筑,四层采用MU10承重页岩空心砖M7.5混合砂浆砌筑,五层及以上部分采用MU10承重页岩空心砖M5混合砂浆砌筑。

2 结构的静力非线性分析

2.1 建模时的简化处理

分析时不考虑基础对上部结构的影响,因此分析时认为底部框架墙柱与基础完全刚接。建模时考虑分网后节点的耦合问题、计算耗时因素,对实际结构做如下简化:1)由于结构为对称结构,选两单元中的一个单元建模;2)楼房的阳台、外挑檐以及悬挑梁均未建模;3)坡屋面层简化为一个与五层相同的标准层;4)所有的楼梯间只留出楼梯间洞口,未对楼梯建模。结构的有限元模型见图1。

2.2 加载模式

模型采用倒三角加载模式,力加在每层楼的楼板部位,对结构施加足够大的力,直到把结构推垮为止。根据数据最后收敛步来推算结构所受最大剪力以及每一步加载力的大小。

倒三角加载模式:${\rm P}{}_i=\frac{w{}_{i}h{}_i{}^k}{{\displaystyle \sum _{m=1}^{n}w}{}_{m}h{}_m{}^k}V{}_b$ (1)

其中,Pi,wi,hi分别为第i层的荷载、重力代表值和距地面高度;Vb为总荷载;参数k的取值与结构基本周期T有关,即:

本结构模态分析得到结构基本周期为0.294 4 s<0.5 s,因此k值取1。

2.3 结构的横向分析

本文对结构横向作了如下分析:1)原结构的横向分析;2)原结构去掉底层横向两边跨跨中的两片抗震墙的横向分析;3)原结构去掉底层横向两边跨跨边的四片抗震墙的横向分析;4)原结构去掉底层所有抗震墙的横向分析。

2.3.1 原结构的横向分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图2所示。

在整个加载过程中,结构主要受水平方向的剪力作用,结构构件的变形也是以剪切变形为主,弯曲变形为辅。二层的破坏最严重,一层、三层的次之,四层发生轻微破坏,五、六层基本没有破坏。因此,薄弱层为二层,二层的薄弱部位是门窗洞口处的墙体。当结构加载到4 337 kN时,二层部分构件完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.080 7 m。

2.3.2 原结构去掉底层横向边跨跨中的抗震墙的横向分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图3所示。

结构临近垮塌时,底层柱、抗震墙开裂,但没有屈服构件;二层的裂缝已经发展充分,部分构件已经屈服;三、四层裂缝相对较少也没有构件屈服;五、六层以上很少有裂缝出现。薄弱层仍为二层,当结构加载到4 992 kN时,二层部分构件完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.138 m。

2.3.3 原结构去掉底层横向两边跨跨边的抗震墙的横向分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图4所示。

结构临近垮塌时底层柱、抗震墙裂缝发展充分,但没有屈服构件;二层的裂缝已经发展充分,部分构件已经屈服;三、四层裂缝相对较少也没有构件屈服;五、六层以上很少有裂缝出现。薄弱层仍为二层,当结构加载到5 056 kN时,二层部分构件完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.143 m。

2.3.4 原结构去掉底层所有抗震墙分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图5所示。

结构临近垮塌时底层所有柱裂缝发展充分,部分构件已经屈服;二、三层的裂缝已经发展比较充分,但没有出现屈服构件;四层裂缝相对较少也没有构件屈服;五、六层以上很少有裂缝出现。薄弱层为底层,当结构加载到4 190 kN时,底层部分柱完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.146 m。

2.3.5 结构临近垮塌时底层层间位移

从表1可以看出,当原结构去掉底层横向边跨跨中和跨边的抗震墙后,结构临近垮塌时底层层间位移相对原结构有明显的增加,为原结构位移的2倍多,但结构的薄弱层没有发生变化,仍然是第二层;当原结构去掉底层所有抗震墙时,结构临近垮塌时底层位移几乎为原结构的7.5倍,并且此时结构的薄弱层发生了变化,底层最终垮掉。

3 结语

通过作横向对比分析可以看出原结构由于底部抗震墙设置较多,其薄弱楼层在第二层,由于第二层相对很弱,裂缝只有在第二层发展,所以结构整体抗震能力相对较差;去掉底部部分抗震墙后,虽然整个楼的薄弱层仍为第二层,但相对薄弱的程度已经缓解,底层变形增加,整楼的抗剪能力和变形耗能能力增强,抵抗大震能力明显提高。当去掉底部所有抗震墙时,结构薄弱层部位发生了实质性变化,底层成为薄弱层且底层变形明显增大,结构抗震能力下降。因此,底层的抗震墙合理设置及其底层与第二层的抗震承载能力尽量均匀有助于提高这类结构抵抗大地震的能力。

参考文献

[1]林雪麟.汶川特大地震造成多大损失[J].四川统一战线,2009(5):35.

[2]高小旺.七层底层框架抗震墙砖房1/2比例模型抗震试验研究[J].建筑科学,1995(4):18-23.

[3]高小旺.底部两层框架抗震墙砖房1/3比例模型抗震试验研究[J].建筑科学,1994(3):12-18.

[4]王富耻,张朝晖.ANSYS 10.0有限元分析理论与工程应用[M].北京:电子工业出版社,2006:155-178.