教学楼抗震设计

教学楼抗震设计（精选11篇）

教学楼抗震设计 篇1

摘要：汶川地震后, 为中小学生建造一所抗震的校舍已迫在眉睫。从现有校舍中存在的问题开始, 提出了如何解决校舍设计通用化、填充墙不到顶、强梁弱柱、强弯抗剪等问题。并提出了如何从整体上提高校舍的抗倒塌能力。

关键词：强柱弱梁,强剪抗弯,鲁棒性,整体稳定性,整体牢固性

一、校舍建设中存在的问题及解决方案

1. 建设等级过低。

《建筑抗震设计规范GB50011-2001》中, 划分了各地区的抗震设计标准, 还根据建筑功能划分为甲乙丙丁四个等级。但中小学教学楼也只是乙等级别。我们不难看出校舍的设防要求太过低了。中小学生是生命的花朵, 是祖国的未来。在校舍防震方面, 日本做得较好。日本防震有一个基本原则, 就是“学校是第一避难所”, 所有的房子都可以倒, 学校的房子不能倒。日本的学校是防灾的中心, 是市民在遭遇灾害时最放心的躲避场所。中国也应该提高学校的抗震设防标准, 并对现有的陈旧建筑物进行加固!

2. 校舍建筑缺乏资金投入, 造成工程质量不合格。

随着九年教育义务的普及, 地方政府不得不在有限的校舍建设资金下扩建更多的校舍, 而降低了校舍的质量。在校舍建筑过程中, 建筑商为了获得更多的利润, 忽视工程质量, 一方面缩短建设工期, 另一方面在施工中采用低质材料进行建设。为了给孩子们建设一所抗震的学校, 政府应加大学建设经费的投入, 同时严惩贪污腐败!

3. 校舍招标过程中执法不到位。

《中华人民共和国防震减灾法》、《中小学建筑设计规范》、《建设部、教育部关于进一步加强中小学建设工程质量管理工作的通知》等政策法规都明文规定了中小学校舍建设的设计规范与质量标准。然而由于不法承包与层层转包等使校舍施工队伍鱼龙混杂。为了杜绝豆腐渣工程, 应严格规定中小学施工准入制度, 不准无资质的“桥头部队”承接工程, 严禁有照单位有资质单位承接工程后层层转包, 层层盘剥建设资金。造成最后因资金不足而偷工减料制造豆腐渣工程, 并在建设中加强工程监理。

4. 校舍平面设计通用化, 教学楼墙体高宽比偏大。

建筑师在设计中小学教学楼时比较偏向于选择通用化、模式化的柱网布置建筑平面格局和房间分隔, 这容易忽略校舍建筑结构的整体优化, 致使抗震薄弱位置更为凸出。设计中为了增大采光, 教室的开间大, 横隔墙少, 门窗占用面积大, 致使墙体高宽偏大。房屋高宽比大, 地震产生的倾覆力巨大, 在结构底部构建中产生的压力或拉力较大, 导致上部结构产生较大的侧移, 影响结构整体稳定。建议在设计时应根据实际情况调整教室平面形状, 减小开间, 增大进深, 对符合较大的外廊应根据当地抗震等级悬着高一级别的外廊形式。

5. 填充墙的震害。

教学楼多为框架结构, 构架结构中常采用砌体作为填充墙, 用于分割室内空间和起维护作用。由于气体抗剪强度及抗拉强度低, 变形能力差, 相对刚度较大, 所以, 在水平地震作用下砌体易产生倾斜裂缝和水平裂缝。若于梁柱之间无可靠连接, 将导致砌体外闪倒塌, 威胁人身和财产安全。另外, 若砌体与梁柱之间连接不当, 可能使柱变为短柱, 导致柱发生脆性剪切皮坏, 对结构也是非常不利的!框架结构侧向变形形式是剪切型, 即结构下部层间变形大于上部, 导致填充墙下重上轻。

建议: (1) 填充墙采用轻质填充材料。 (2) 在平面与竖向布置易均匀对称, 避免使结构形成刚度和强度上的突变, 导致薄弱层或短柱的形成。 (3) 墙体与主体结构应有可靠的拉结, 应能适应主体不同方向的位移。 (4) 采用砌体填充时, 易于柱脱开或采用柔性连接。

6. 强梁弱柱, 强弯弱减。

根据美国Arizona大学及Michigan大学的研究, 认为避免梁柱节点在核心或柱端产生塑性铰, 梁柱受弯承载力比 (柱承载力之和于梁受承载力之和的比值) 不得小于1.4, 但对整体结构而言, 考虑了直交梁与楼板的作用, 则比值不宜小于1.2, 计算梁的受弯承载力时, 至少应考虑不少于两款范围内半斤的作用。日美合作框剪结构抗震研究认为板的起作用宽度随着梁的变形增加而增加, 最终可达到班的全跨。

为了解决强梁弱柱问题, 日本学者提出在柱与裙墙交接处预留缝的做法。当梁上面受拉时, 梁的弯载承受力可按临界截面计算。当梁下面受拉时, 则当梁与柱相对转动达到一定程度时, 裙墙将于拉面接触, 此时层间位移角为:

R=缝宽/裙墙高度* (梁净距/柱中距)

根据可能达到的层间文艺比R, 可以求的必要的缝宽。

为了保证“强剪弱弯”, 可以考虑压弯破坏是对铸锻抗剪承载力降低的影响, 提出切实可行使用的配筋构造技术。如连续箍筋技术, 防止控制端混凝土强度严重退化。

二、从整体上提高系统的抗倒塌能力

从利用结构整体性来讲, 提高结构低于灾害的能力并不一定要大幅度提高结构的承载力、安全储备而导致大幅度增加建设成本, 恰恰相反, 只要深入研究结构系统, 合理利用结构的整体性, 完全可以通过少量的抗震设计或构造措施 (如设置构造柱、圈梁) 显著提高结构的抗震性能。

如上图所示:

A为小震不坏点;B为小震设计点;C为大震不倒设计点;D为坍塌点。

(1) AB之间富余程度为结构系统的基本承载力安全储备, 其工程意义在于保证结构系统满足正常使用状况下安全和使用性能的要求。 (2) BC之间的富余程度为结构系统的整体安全储备。当结构状态超过屈服点B点, 接近大震不倒设计点C点时, 结构构件之间非线性作用非常强烈, 有些构件已经屈服甚至退出工作, 因此在此阶段, 应重点研究结构整体性、努力提高结构系统的鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性, 以保证结构系统的功能。 (3) CD之间部分为结构系统的“意外安全储备”, 当遇到意外作用 (如汶川地震) , 意外安全储备对保证结构不倒塌具备着决定性作用。而意外安全储备主要主要取决于结构系统的鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性, 因此当遇到实际地震强度超过大震设计点时, 为了使结构的倒塌临界点D点尽量推迟, 应增加结构系统的取决于结构系统的鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性。

三、合理选址

校舍优先选择有利地段, 力求避开不利地段, 严禁在危险地段建设校舍。

四、结束语

中小学生是祖国的未来, 为了确保中小学生的安全, 建议设计师在校舍楼时除要秉着“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则外, 还可以在每层设计一个避震间, 使其不但可以加强全楼的安全强度, 而且可以为孩子们提供一个明确的避难场所。另外, 中国在校舍建设方面也应该积极引进国外的一些新型结构体系及做法, 如: (a) 延性抗震框架与非抗震框架的混合使用; (b) 复式框筒; (c) 钢梁钢筋混凝土, 拉架体系; (d) 钢板剪力墙等。

参考文献

[1]胡庆昌.建筑结构抗震设计与研究[M].北京:中国建筑工业出版社, 1999.

[2]陈国兴, 马克俭, 陈忠汉.工程结构抗震设计原理[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.

[3]建筑结构抗震规范[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

教学楼抗震设计 篇2

吴羽 环81 2008010340

摘要

北京时间5月12日14时28分，在四川汶川县发生7.8级地震，造成重大人员伤亡和经济损失，众多中小学教学楼倒塌，难以修复。通过查阅大量文献资料，从结构设计角度综合分析了教学楼大量损坏、倒塌的原因；并与日本的建筑抗震设计进行比较，从中获得启示，为我国的中小学教学楼抗震结构设计提供参考。关键词：地震；中小学教学楼；砌体结构；抗震设计；混凝土框架结构 引言

5.12汶川大地震突袭而来，造成了大量人员的伤亡和经济财产的损失。其中，许多中小学教学楼(以下简称教学楼)倒塌，众多学生遇难，未倒塌的教学楼也都受到了不本同程度的破坏，震中60%以上的教学楼成了危房，需要拆除重建。倒塌的教学楼或未倒塌的危楼几乎都是砌体结构。教学楼倒塌原因

2.1 教学楼结构特性

汶川地震中倒塌的教学楼或未倒塌的危楼几乎是砌体结构。用砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构，又称砖石结构。由于砌体的抗压强度较高而抗拉强度很低，因此，砌体结构构件主要承受轴心或小偏心压力，而很少受拉或受弯，一般民用和工业建筑的墙、柱和基础都可采用砌体结构。砌体结构在我国应用很广泛，这是因为它可以就地取材，具有很好的耐久性及较好的化学稳定性和大气稳定性，有较好的保温隔热性能。

砌体结构的主要优点是：①容易就地取材。砖主要用粘土烧制；石材的原料是天然石；砌块可以用工业废料──矿渣制作，来源方便，价格低廉。②砖、石或砌块砌体具有良好的耐火性和较好的耐久性。③砌体砌筑时不需要模板和特殊的施工设备。在寒冷地区，冬季可用冻结法砌筑，不需特殊的保温措施。④砖墙和砌块墙体能够隔热和保温，所以既是较好的承重结构，也是较好的围护结构。砌体结构的缺点是：①与钢和混凝土相比，砌体的强度较低，因而构件的截面尺寸较大，材料用量多，自重大。②砌体的砌筑基本上是手工方式，施工劳动量大。③砌体的抗拉和抗剪强度都很低，因而抗震性能较差，在使用上受到一定限制；砖、石的抗压强度也不能充分发挥。④粘土砖需用粘土制造，在某些地区过多占用农田，影响农业生产。

汶川特大地震倒塌或损坏严重的教学楼一般都是砌体结构，砌体结构是一种脆性结构，其抗拉抗剪能力低，而教学楼多为两道纵墙，一道横墙，另加一外挑走廊。横墙间距为教室的长，纵墙间距为教室的宽，纵墙因采光需要，开洞较多，而且不均匀，在强烈地震作用下，这种砌体结构更易发生脆性剪切破坏，导致房屋的整体破坏和倒塌。

图1 教学楼平面

2.2 抗震构造措施 2.2.1 砖混结构

砖混结构中，以大开间、大开窗、外走廊等建筑形式的震害最为严重。震区倒塌的房屋大多是80年代或者更早的建筑，抗震设防标准低，抗震构造措施严重不足，绝大多数是砖砌体加预制混凝土楼板结构，圈梁和构造柱设置数量严重匮乏。在强烈地震中，房屋的砌体结构使得墙体的脆性受剪切变形，预制楼板因与墙体圈梁缺少连接而坍塌，造成教学楼整体倒塌。2.2.2 框架-砌体混合结构

框架-砌体混合结构形式，在重灾区普遍受到重创。

无论是底部框架上部砖混的竖向混合结构还是部分框架部分砖混的水平混合结构，由于刚度突变、传力途径复杂和变形能力不协调等因素，大量此类建筑破坏严重。震害调查显示，此次灾区一些框架结构的破坏体现为框架柱先于框架梁破坏。规范中考虑框架的抗震作用主要是抵抗水平振动、水平荷载的作用，但此次地震的竖向作用十分强大，震中区域的框架柱出现了(水平、竖向叠加作用的)粉碎性压缩破坏，导致房屋严重破坏甚至垮塌。日本学校建筑抗震设计

日本是一个地震多发的国家，每年发生有感地震约1000多次，全球10%的地震均发生在日本及其周边地区。近年来，日本不断加大城市防震减灾的新技术开发，探索城市综合减灾的新思路。不仅如此，日本在建筑抗震、防火等安全性方面的规定复杂而严格。

日本防震有一个基本原则，就是“学校是第一避难所”，所有的房子都可以倒，学校的房子不能倒。

日本会把学校作为第一避难场所要从1923年的那一场关东大地震说起。当时的日本学校建筑，大多是木结构或砖瓦结构，与现在中国部分农村学校的情况相似。但是，关东大地震导致不少学校教学楼倒塌，学生集体遇难。当时的日本政府从中吸取了教训，以“学生的生命维系着国家未来”为最高原则，规定学校教学楼必须使用钢筋混凝土结构。而在1923年，钢筋混凝土结构是最新的建筑模式。从那时开始，学校便成为每一个地方最牢固的建筑，自然也成为了地震后灾民的第一避难场所。3.1 钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构是用钢筋和混凝土建造的一种结构，钢筋承受拉力，混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。由于混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，因而素混凝土结构不能用于受有拉应力的梁和板。如果在混凝土梁、板的受拉区内配置钢筋，则混凝土开裂后的拉力即可由钢筋承担，这样就可充分发挥混凝土抗压强度较高和钢筋抗拉强度较高的优势，共同抵抗外力的作用，提高混凝土梁、板的承载能力

图2钢筋混凝土结构

钢筋与混凝土两种不同性质的材料能有效地共同工作，是由于混凝土硬化后混凝土与钢筋之间产生了粘结力。它由分子力（胶合力）、摩阻力和机械咬合力三部分组成。其中起决定性作用的是机械咬合力，约占总粘结力的一半以上。3.2 抗震加固特点

日本抗震加固的特点是从整体着眼，找出最薄弱环节进行加固，与我国通常的整体加固不同，更能体现其效率与可操作性。另一方面，我国的结构计算通常只考虑弹性阶段，而日本在防震抗灾的设计中还做了塑性阶段的计算，因此抗震加固的程度相比我国更高一些。

3.3 重视法律法规，严格审查建筑抗震性能 在日本，不论学校、一般建筑物或其他用途建筑物在建造时都必须统一遵守建筑物抗震标准。日本的建筑物抗震标准是为应对地震带来的损害，不断从历次地震中汲取教训并及时进行多次修改后形成的。

事实证明抗震标准的不断修订对提高建筑物抗震性能起到了关键的作用。日本的建筑物以1981年建筑标准法实施令的修订为界，这是因为1995年坂神大地震时，按照1981年以前旧法规所建造的房屋受损严重，而遵照之后的法规建造的房屋所受损害相对较小。

建筑标准法的抗震标准是以如下两点为基础制定的：第一，建筑物遭遇多次地震，即使受到一定损害，但在修复之后依然能够满足继续使用的要求：第二，不管建筑物是否会遭遇地震，即使建筑物被破坏无法继续使用，也不至于在地震时顷刻间倒塌。

在日本，新建建筑物之前，要前往政府相关部门进行申请，审查建筑物的设计是否符合抗震标准，不符合标准的建筑物是不允许建造的，这样就确保了新建筑物的抗震性能（图3）。

图3

表1 3.4对于中小学校现状调查非常重视，定期进行全面的统计和评估

日本对于地震的预防工作很重视。由于1981年前后房屋建造遵循不同的抗震标准，因此1981年前建造的房屋日本政府规定必须要进行抗震检测，如上图。对我国中小学教学楼构建的启示

4.1确立防震减灾工作以预防为主

由于地震地质的复杂性、人类认识的局限性等因素，要进一步加强地震危险性和地震预测预报科学研究，以及房屋结构震害机理的分析研究。要坚持把震灾预防放在应急救援、过渡性安置、恢复重建等各项工作的首位，确立“防范胜于救灾”的指导思想，从提高城镇综合抗震防灾能力这一根本点入手。4.2严格规划选址，避免场地对房屋的不利影响

工程项目选址要考虑从地形地貌上尽可能避开非岩质的陡坡、高耸的山丘、河岸和边坡的边缘等不利地段；从场地条件上要尽量避开饱和砂层、软弱土层、液化土、软弱不均土层等；如无法避开，则应采取工程措施处理。要考虑进行必要的工程地质、水文条件及自然灾害影响评估，要避开地震断裂带、滑坡、泥石流、山洪、河洪等自然灾害危险地段，预防和减轻地震可能引发的次生灾害。4.3严格执行现行抗震技术规范，坚持抗震审查制度

汶川地震后，国家修订颁布了《中国地震动参数区划图》GB18306-2001国家标准第1号修改单、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)(2008局部修订版)和《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)，提高了汶川地震灾区地震动参数区划和部分工程抗震设防标准。要真正把抗震设防贯穿于工程选址、规划、勘察、设计、审查、施工、监理、验收、使用、管理的全过程。4.4加强房屋抗震设计，注重房屋结构选型

良好的抗震设计是房屋抗震的基础和关键，要协调好建筑创作与结构抗震的关系,房屋设计体型力求简单、规则、对称、质量和刚度变化均匀；薄弱部位加强；构件要考虑具有必要的强度和变形能力(或延性)，并具有可靠的连接，支撑系统稳定；非结构构件(围护墙、隔墙、填充墙)要合理设置。

要注重房屋结构选型。要优先采用抗震性能好的结构形式。要坚持选用已被地震实践证明且广泛适用的框架、框剪、剪力墙结构形式，适当鼓励选用钢结构、木结构、钢管混凝土结构等抗震性能好的建筑结构形式。要限制使用石木结构、土石结构等。

4.5未达到现行抗震设防标准的既有建筑要制定抗震加固计划

抗震加固是提高现有建筑抗震防灾能力的有效措施。对达不到抗震设防要求的既有建筑，结合城市规划，制定分类、分期抗震加固计划，区分轻重缓急逐步加以实施。

与此同时，应积极推动抗震防灾新技术、新材料的开发和应用，提高重建工程科技含量，增强工程抗震防灾能力。重点推广运用轻钢结构、钢结构等技术。

结语

汶川大地震至今提起，依然是全中国人民心头的痛。地震的破坏力之大，瞬间给人们难以想象的灾难。人们对地震造成重大灾害的机理还缺乏足够的研究和科学的知识，有必要从地震特点、场地条件、建筑结构、设防标准和建筑材料等方面开展进一步的深入研究，完善和发展防灾减灾理论；同时政府也需要加大工程项目审查与学校建筑定期评估的制度。

日本不仅建立了完善的抗震法规为学校建筑安全提供保障，而且定期对建筑结构进行评估，对不同部位的建筑构件采取不同的加固措施，用最少的投入得到最安全的建筑，同时学校发挥自身优势，肩负起社区避难场所责任，在灾后恢复重建中起到了重要作用。从日本学校建筑的抗震设计我们可以借鉴许多宝贵的经验，结合我国不同地方的实际情况，我们可以对防震减灾理论有进一步的完善。

参考文献：

小议建筑抗震设计 篇3

[关键词] 建筑设计 抗震设计

自从唐山大地震后，我国就对城市建筑和抗震标准进行了严格规定，如果严格按照防震标准设计施工，大部分建筑应该能抵挡一些震级较强的地震。但经历了汶川地震后，我们看到仍然有大量没有达标的建筑物倒塌。日本是个地震频发的国家，他们所有的建筑都具有较强的抗震功能，在结构上多采取框架钢结构及木质结构。在日本地震后的废墟中我们仍然能看到不少保留完好的建筑，倒塌后的房屋也没有太多建筑垃圾，便于震后的重建工作，这都是值得我们深思和借鉴的。

建筑设计是否考虑抗震要求，从总体上起着直接的控制主导作用。结构设计很难对建筑设计有较大的修改，建筑设计定了，结构设计原则上只能是服从于建筑设计的要求。如果建筑师能在建筑方案、初步设计阶段中较好地考虑抗震的要求，则结构工程师就可以对结构构件系统进行合理的布置，建筑结构的质量和刚度分布以及相应产生的地震作用和结构受力与变形比较均匀协调，使建筑结构的抗震性能和抗震承载力得到较大的改善和提高；如果建筑师提供的建筑设计没有很好地考虑抗震要求，那就会给结构的抗震设计带来较多困难，使结构的抗震布置和设计受到建筑布置的限制，甚至造成设计的不合理。有时为了提高结构构件的抗震承载力，不得不增大构件的截面或配筋用量，造成不必要的投资浪费。由此可见，建筑设计是否考虑抗震要求，对整个建筑起着很重要的作用。因此，我们在建筑抗震设计过程中特别要注重以下几个问题。

一、建筑体型设计问题

建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明，许多平面形状复杂，如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。唐山地震就有不少这样的震例。平面形状简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏，有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时都会造成震害。特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。因此在建筑体型的设计中，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则；在平面形状上，矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型，尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布，避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应。

二、建筑平面布置设计问题

建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等，都要在建筑的平面布置图上明确下来。而且，由于建筑使用功能不同，每个楼层的布置有可能差异很大，建筑平面上的墙体，包括外围填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称，墙体与柱子分布的不对称、不协调，使建筑物在地震时产生扭转地震作用，对抗震很不利。有的建筑物，其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一侧，结果在地震中造成靠电梯一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度，吸引了地震作用的主要部分。有的建筑物，在平面布置上一侧的墙体很多，而另一侧的墙体稀少，这就造成平面上刚度分布的很不对称，质量分布也偏心，使结构的受力和变形不协调，导致扭转地震作用效应，带来局部墙面的破坏。有的建筑物，如底层为商场的临街建筑，临街一侧往往不设墙体，而其另一侧则有刚度很大的墙体封闭，两侧在刚度上相差很多，也将在地震时引起扭转地震作用，对抗震不利。还有的建筑平面布置上，经常出现内隔墙不对齐或中断，使刚度发生突变和地震力传递受阻，对抗震也带来不利，客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大，从概念上要解决的一个核心问题是：建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。

三、建筑竖向布置设计问题

建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层，还是高层建筑或超高建筑，这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是，由于建筑使用功能的不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面则是以墙为主，柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅，在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大，形成突变。在刚度最差的楼层形成对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。在实际设计中，在建筑使用功能不同的情况下，很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐，柱子不对齐，墙体不连续，不到底；上层墙多，下层墙少；上层有柱，下层无柱等，使地震力的传递受阻或不通；抗震用的剪力墙设置不能直通到底层、剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。多次大震害表明，建筑物竖向楼层刚度的过大变化，给建筑物造成很多破坏，甚至是整个楼层的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中，有多栋钢筋混凝土高层建筑发生了中间楼层的整体坐落倒塌破坏。因此，尽可能使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑物底部，不宜中断或不到底。尽量避免其某楼层刚度过少，尽量避免产生地震时的钮转效应。

四、建筑上应满足的设计限值控制问题

根据大量震害的经验总结，现行《建筑抗震设计规范》(GBJll-89)对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。这些规定，建筑设计应予遵守：一是房屋的建筑总高度和层数；二是对房屋抗震横墙问题和局部墙体尺寸的限值控制。

五、屋顶建筑的抗震设计问题

在高层和超高层建筑设计中，屋顶建筑是一个重要的设计部分。从近几年对一些高层建筑抗震设计审查结果来看，屋顶建筑存在的主要问题，一是过高，二是过重。这样的屋顶建筑加大了变形，也加大了地震作用。对屋顶建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋顶建筑的重心与下部建筑的重心不在一条线上，且前者的抗侧力墙与其下楼层的抗侧力墙体上下不连续时，更会带来地震的扭转作用，对建筑物抗震更不利。为此，在屋顶建筑设计中，宜尽量降低其高度。采用高强轻质的建筑材料和刚度分布比较均匀、地震作用沿结构的传递比较通畅，使屋顶重心与其下部建筑物的重心尽可能一致；当屋顶建筑较高时，要使其具有较好的抗震定性，使屋顶建筑的地震作用及其变形较小，而且不发生扭转地震作用。

六、结束语

工程抗震设计的教学探讨 篇4

工程抗震是一门多学科交叉形成的新兴学科, 它涉及地球物理学、地质学、地震学、结构动力学、工程结构学等多方面的知识, 而且将随震害经验的不断积累、抗震研究的不断深入而迅速发展。由于近代城市发展越来越快, 大地震时有发生, 其造成的生命、财产损失越来越大, 抗震设计成为了现在或未来高校、企业及设计研究院的土木工程师们急于学习和掌握的热点知识, 加上我国《工程抗震设计规范》的不断更新, 其中就反映了当前国内外的最新研究成果, 学生通过学习, 掌握结构抗震的基本理论与实践, 从而不但能遵循规范而且能高于规范进行结构的抗震设计。本人从事抗震教学多年, 根据抗震教学中的一些体验, 谈谈如何教授建筑结构抗震设计这门课程。

1 教学

教学是个复杂的现象, 其指的是在学校这个专门场所, 学生在教师引导下, 有目的、有计划、系统地学习科学文化知识和基本技能, 同时发展智能和体力, 并形成良好正确的世界观和良好品质的过程。教学是学校实现教育目的的基本途径, 但教学是一个动态的过程, 它包括教师的教 (教的内容、要求、方式和态度、风格) 与学生的学 (学的态度、程度、能力以及身心特点、状态) , 并且他们之间的矛盾贯穿于教学活动的始终。大学教学又是在学习了一定基础知识、经历了初等教育以后的高等教育。它的学习更具专业性, 而且它的学习不仅是专业知识的传授, 同时要求传授学生关于课程的学习方法、技巧以及如何加以运用, 如何去找出问题, 解决问题, 可以进一步的对它进行研究。这就对教师的教学提出了更高的要求。

2 教学知识

教师具备丰富的学术知识是完成教学过程的前提。首先, 由于课本版面有限, 有些内容可能省略, 问题说明得不是很清楚明了。为了能更详细的说清问题, 让学生能明白其始末, 在传授知识之前, 教师必须多参阅相关书籍, 对其传授的知识有一个深层次的了解, 即备课要充分。其次, 由于课本相对较枯燥、单一、抽象, 需要教师多找一些工程实例, 结合实际来向学生传授知识, 使其上课更形象、有趣, 从而提高学生的学习兴趣。最后, 教材由于时间性, 可能有些知识没有及时更新, 再加上建筑抗震设计颁布了新的设计规范, 其教材中的部分内容可能与现行规范有差异, 教师可以结合新旧规范的不同向学生讲解, 让其所学知识能够在今后的设计中直接运用。同时由于地震的随机性, 其大小、方向、作用位置都无法确定, 那么以此为基础的抗震计算的精确性可想而知, 所以工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决。为了达到抗震设防的目的, 将震害降到最低, 而立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念, 往往是构造良好结构性能的决定性因素, 这就是所谓的“概念设计”。而且“概念设计”自20世纪70年代提出以来越来越受到国内外工程界的普遍关注, 这就说明了工程抗震设计是以概念设计为基础的计算设计的综合, 所以必须向学生强调概念设计。随着科学技术的发展, 工程中的抗震设计也在不断的完善, 不断的改进, 作为教师就需要了解所教课程的发展动态及它的前沿问题是什么, 同时也需要向学生讲述一些抗震设计的发展情况, 出现的一些新的概念、理论、设计理念。

3 教学方法

教学方法是教师传授知识的途径。如果教师只具有丰富的知识, 而没有好的教学方法、教学技巧, 其教学过程也无法很好的进行下去, 这两者缺一不可。要成为一个合格称职的教师, 就必须掌握教育的科学理论、方法和技巧, 才能将所学知识传授于他人。对于抗震这门课主要是以班级授课形式进行的, 为了将知识更好的传授于学生, 教师在备课时就需要针对学生的基础知识, 学习能力等情况制定相应的教学方案, 同时还要严格要求学生的上课纪律。因为学生从初等教育到高等教育, 其教学方式的转变可能有所不适应, 有的同学自我约束能力较差, 需要老师监督约束才能学习, 这就要求老师对上课纪律严格要求, 制定出相应的制度, 要求大家共同遵守。大学教学不仅是传授专业知识, 还要求训练学生的自学能力、学习技巧、学习方法。因为出了校园后, 人们还要不断的学习新技术、新知识, 这就对自学能力的培养提出了较高的要求。所以教师在教学过程中应鼓励学生带着疑问去看书, 去发现问题、寻找问题, 并努力的去解决问题。比如教材在编写时, 有误漏的地方, 印刷时可能有印错的地方, 那么老师可以让学生在学习中把它们找出来, 不要一贯的认为书上所写的就是百分之百的正确, 就是真理, 这种认识是不全面的。我们要从不同的方面去看待问题, 这就要求我们在学习过程中要不断的问为什么, 同时还要尽一切努力去解答这些问题。老师可以对找出问题的学生加以奖励, 并鼓励其去翻阅相关的书籍来解决问题, 提高其自学的能力, 并且对其学习方法加以肯定, 激励其他同学去学习。

4结语

教学是一个互动的过程, 教师的教与学生的学是相互协调, 共同进行的, 缺一不可。作为教师, 我们首先应从自身的教做好, 不但从知识上对自己加以武装, 同时要有好的教学方法, 因材施教的传授知识、技能, 让学生学得更多, 学习方法掌握得更好, 以适应社会发展, 做好终生学习的准备。抗震结构设计作为一门较新的学科, 更要求我们在传授知识时有好的技巧、方法, 让学生善于找问题, 解决问题, 从而推进学科发展。

参考文献

[1]丰定国, 王社良.抗震结构设计[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2003.

[2]李成良, 顾美玲.大学教学理论与方法[M].贵阳:贵州教育出版社, 1995.

探析建筑结构设计的抗震设计 篇5

关键词：建筑;结构设计;抗震;设计;策略

1.我国建筑结构设计的现状

建筑结构的设计要充分考虑建筑的抗震能力，这关乎人民的生命财产安全。我国位于环太平洋地震带以及地中海—喜马拉雅地震带上，因此我国是一个地震多发的国家之一。但是，从目前我国建筑的抗震能力来看，还存在着许多的问题。一直以来我国在进行建筑设计时都遵循着小震级的地震可以抵抗，大地震能够修复的原则，虽然这样的设计理念在建筑物的抗震方面取得了一定的成效，可是，在面临大的地震时还是存在不足。尤其是一些设计人员的侥幸心理，在设计时缺少灵活的应变，一味的照抄照搬，使数据最终产生错误。不仅如此，在进行建筑施工时，一些建筑承包公司为了节省建筑开支，从而偷工减料，降低了建筑物的抗震能力，有的甚至是私自改变施工的设计方案，最后在导致建筑物抗震结构的改变。而施工人员不够专业也会影响整个建筑结构的抗震性能，施工人员在进行施工时，为了方便或者自身的不注意，对钢筋混凝土建筑结构的施工没有做到设计的相关要求，最终影响了整个工程的施工质量。

2.建筑结构抗震设计方法要点

2.1建筑抗震场地的选择

（1）房屋平面布置应当规则，在结构上应当力求对称。如果房屋在建筑过程中，其外形不规则，或者是不对称，带有凹凸变化尺度，或者是形心质心偏大，在同一个结构的单元内部，结构的平面形状以及刚度不均匀或是不对称的情况下，平面的长度过长等现象，对于抗震性能均不利。

（2）强度以及刚度都要匀称。在多层的建筑结构当中，应该使各个层面之间的强度和具备的刚度都要匀称，无论哪一层，如果存在薄弱的一个楼层，那么这一处，就会在地震力的强大作用下导致变形或成为变形集中区，从而使得建筑物最初开始从此部位发生严重的变形导致破坏，最后甚至波及到整个建筑的整体遭到严重破坏。

（3）结构的超静定次数多。静定结构的杆件，其受力系统和传力路线单一，其中一根杆件遭到破坏，就会波及整个结构体系由此而导致失效。在超静定的结构中，超过其荷载能力的时候，会先使一些多余的杆件发生一些塑性的变形，并且容易消耗吸收一部分的能量，而保证整个的结构所具备的稳定性，并且还可以减少地震的破坏。超静定结构次数多，那么消耗地震能量，也就越多，同时建筑的抗震能量也就越强。

2.2建筑结构抗震体系的合理选择

（1）首先建筑结构体系，在地震的灾害中，应当避免因为部分结构或者是构件的破坏，从而导致的整个建筑结构丧失了抗震能力，或者是对重力荷载的承载能力。建筑结构抗震设计所具备的一个重要的设计原则就是，建筑结构本身应当具有十分必要的赘余度、以及良好的变形能力，和其具备的内力重分配的功能，在地震的过程当中，即使是有一部分的构件退出了工作，但是其余部分构件，应该仍然能够承担起竖向的荷载能力，且还要避免整体的建筑结构失稳。

（2）建筑结构体系当中，其应当具备清晰而且明确的计算的简图，包括恰当而且合理的地震作用下的传递的路径。在抗震设计过程当中，竖向建筑构件的布置设计，就应当尽量使得竖向建筑构件，在垂直的重力荷载的作用下，压应力水平应当接近均匀;且其中的楼屋盖梁体系的布置，也应当尽量的使用垂直重力荷载，主要目的是以最短的路径来传递到竖向构件墙和柱的上面去;

（3）建筑结构体系应当具有合理适度的强度和刚度。应当具有合理而且恰当的强度以及刚度分布，这是因为在抗震过程中，为了防止以及避免因为局部的削弱或者是突然的变形而形成薄弱的部位，并且对薄弱的部位产生过大的塑性变形集中或者是应力集中的现象;建筑的框架结构设计，应当使节点基本不遭到破坏，同时底层柱底的塑性铰应当形成的晚些，应当使柱、梁端的塑性铰出现得尽可能地分散;这对于震中可能出现的薄弱部位，应当及时采取适当的措施来提高抗震的能力。

2.3重视建筑结构平面布置的规则性和对称性

建筑的平、立面布置应符合抗震理念设计原则，宜采用规则的建筑结构设计方案，不应采用十分不规则的设计方案。建筑结构抗震设计规范规定，对平面不规则或竖向不规则，或平面、竖向都不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型;对凹凸不规则或楼板局部不连贯时，应采用符合楼板平面内的实际刚度强度变化的计算模型;对薄弱部位应乘以内力增大系数，应按规范的有关规定分析弹塑性变形，并应对薄弱部位采取强有效的抗震构造措施。

2.4在建筑物层间设置隔震设备

在对建筑层间进行设计时，要用隔震设备来降低地震带来的损失，这种隔震技术设施主要采用在建筑物基础和上部建筑物的减震装置，它主要是通过对建筑底层的震波进行进行吸收，从而减少上部建筑物所受到的冲击。在进行施工时可以采用粘弹性隔震、摩擦滑移隔震的方法，通过在建筑的内部设置橡胶垫以及其他隔震装置来进行防震。而且这种建筑方法也可以用于旧建筑的防震改造中，一方面在施工时比较容易操作，另一方面这种隔震设计也可以很好的起到防震的效果，从而也降低了施工的费用，节省了社会资源，符合社会的发展规律。但是，这种隔震装置的应用也有它的局限性，他不适合在楼层比较高的建筑上实行。因为这种装置在地震发生时可能会延长建筑结构的自身震动周期，最终会导致这种装置在高层建筑中不仅不会起到相应的防震效果，有可能会加重整个建筑结构的震级，从而起不到最终的防震抗震的最终效果

2.5提高建筑结构抗震能力的对策

（1）要合理且恰当地布局地震外力的能量传递与吸收的途径，在地震当中，要确保建筑的支柱、梁与墙的轴线，处于同一个平面上，从而可以形成构件的双向抗侧力结构体系。并且可以使其在地震的作用下，呈现弯剪性的破坏，并使塑性屈服情况，尽量的发生在墙的根底部，从而连梁适合在梁端产生塑性屈服，这样还具有足够的变形的能力。在震灾中，在墙段部分充分发挥抗震功能之前，要按照"强墙弱梁"的原则，来大力加强墙肢的承载力，避免墙肢遭到剪切性的破坏现象，从而最大限度的提高建筑结构的整体的抗震能力。

（2）要根据抗震等级，在对墙、柱以及梁节点设计中，采取相对应的抗震构造措施，力求确保建筑物结构，在地震的作用下可以达到三个水准的设防标准。还可以根据"强柱弱梁"、和"强剪弱弯"、以及"强节点弱构件"几种构造的原则，在建筑设计中，合理的选择柱截面的尺寸，以此控制柱的轴压比，并还要注意构造配筋的要求，还要保证，钢筋砼结构建筑在地震的作用下，能够具有足够的承载能力以及具备足够的延性。

（3）在建筑设计过程中，要设置出多道抗震的防线，即，在设计一个抗震结构的体系当中，有一部分延性比较好的构件，在地震的作用下，首先可以担负起第一道抗震防线的作用，然事，其他的构件，在第一道抗震防线屈服以后，在地震中，会依次的形成第二道、第三道或者是更多道的抗震的防线，这样的抗震结构体系的设计，在建筑设计当中，对于确保建筑结构具有的抗震安全性，是非常的行之有效的设计方法和手段。

3.结语

加强我国建筑结构的抗震设计能够为我国建筑行业的正常发展创立良好的环境，保证人民的生命安全。通过对建筑抗震设计的研究，我们发现了在实际建筑施工中存在的问题，并且针对这些问题可以找到更好的解决办法，这对建筑设计来说具有重大的现实意义。提高建筑结构的抗震能力，进一步提高了建筑的质量，加强了人类应对自然灾害的能力，从而促进我国房地产业的发展，促进我国经济的进步。

参考文献：

[1]霍延超.钢筋混凝土建筑结构设计抗震思路[J]..科技致富向导，2010，（16）：67-68.

教学楼抗震设计 篇6

本工程为北京市东城区XXXX中学教学楼结构抗震加固改造工程。该教学楼建于1984年,结构形式为地上4层砖混结构,建筑面积5 596.4m2,总长91.1m,宽15.72m,层高3.6m。依据北京市建设工程质量第二检测所的鉴定报告,由XXXX设计院采用钢筋混凝土板墙加固(C25喷射混凝土)措施对该教学楼进行抗震加固,该教学楼抗震加固设防标准:8度,0.2g,基本风压0.45kN/m2,加固设计使用年限40a,按2008年版《建筑抗震》设计规范设计计算。

2 该教学楼结构设计

北京市城建档案馆无该楼的原结构图,该教学楼加固改造工程设计只能在无原结构图与建筑图的基础之上进行。设计院发出的该工程结构平面布置图,只有一张标准层墙体加固结构平面布置图(图号225.1001S0061-03),而无1层、2层、3层、4层墙体加固分层结构平面布置图。从图中可知:(1)～11/A～J区域均是双面板墙加固,12～23/A～K均是单面板墙加固。见图1。

3 设计变更及调整的缘由

现状各层情况与标准层结构图(图号225.1001S0061-03)各不相同,工程施工过程中发现异常情况即墙皮剔除与地基基础开挖的这二道工序完成之后,从见到的裸露墙体与地下暗埋结构发现了诸多问题,才知道该教学楼抗震加固设计之前将暴露出来的诸多问题均没有考虑到:施工过程中工程现状与初步设计图纸不相符合;为了确保工程进度,诸多节点详图与作法详图,均由专业施工单位根椐现场实际情况进行深化;深细化的作法详图与节点详图均由设计单位书面签字确认之后再进行施工。项目部在工程现场发现问题后及时与相关主管机关及设计单位联系进行处理,由主管机关组织专家会议结合现场实际情况讨论决定设计变更的方案,由设计院根椐专家意见对原结构图作相应的设计变更与调整。

对原结构图作相应的设计变更与调整的主要内因:(1)内、外墙墙皮剔除工作完成后,从裸露的墙体外表面可以看到,原教学楼建筑结构无整体性,不满足结构抗震的规范要求;(2)从第1层～第4层楼板钻孔吊垂线的实测结果可知:垂直偏差太大;(3)墙体变截面较多;(4)首层室内地面以下有很多管道沟,但管道沟盖板悬挂在外墙内侧向外伸出的砖线子上处于悬空状态;(5)学校教学楼过去曾进行了内部装修与改造,12～23/A～K横墙间距由过去的3.6m～6.6m改为现状的9.9m;(6)3层图书馆属于重点保护区域;教学楼内原有很多的暗设的烟道、风道、垃圾孔道、电管井、水管井等竖向孔道。

现主要从结构抗震、管道沟、3层重点保护图书馆等关键点分别论述对原结构图作相应的设计变更与调整的缘由。

3.1 墙皮剔除后发现该教学楼有不满足结构抗震规范要求之处

除北京市建设工程质量第二检测所的鉴定报告内的检测结果的内容之外,墙皮剔除后从裸露的工程结构现状发现该教学楼结构很不完整,还有不满足结构抗震规范要求之处;对结构抗震极为不利,现分别进行描述。

1)原教学楼建筑结构无圈梁

该教学楼由三部分组成,第一部分是:(1)～11/A～J;第二部分是:12～17/A～K;第三部分是:18～23/B～H;在这三部分之间有二道伸缩缝,从裸露的墙体外表面可以见到,4层教学楼砖墙结构的各层均无圈梁,对结构抗震极为不利。

按8度～9度抗震设防要求:屋盖处及每层楼盖处均应设置圈梁,屋盖处沿所有横墙且间距不大于7m,楼盖处间距也不大于7m。

2)多层砌体房屋体系影响系数表中不符合的项目超过了3项

(1)学校教学楼过去曾进行了内部装修与改造,12～23/A～K横墙间距由过去的3.6m～6.6m改为现状的9.9m(第2层～第4层,第1层除外),均大于规程中的规定(1);

(2)内墙无圈梁,不符合;

(3)屋盖外墙无圈梁,不符合;

(4)楼盖外墙无圈梁,更不符合。

由上述可知,多层砌体房屋体系影响系数表中不符合《建筑抗震设计规范》(DB 11/T689-2009)的项目共有多项,超过了3项,应采取相应的加固措施。

3)门、窗洞口过梁无整体性

门窗洞口过梁均由3根扁平的混凝土预制小梁拼成的370mm过梁。

4)墙体内有竖向孔道对结构抗震极为不利

纵横墙联接处,墙体内设有烟道,通风道、垃圾道等竖向孔道。

5)混凝土楼板搁在砖墙上无坐浆,有的板缝隙未用混凝土填实

由此可见,墙皮剔除后,发现这种原结构的墙体,单面加固是不能满足结构抗震要求的。它在地震发生时的危害性是可想而知的。

3.2 墙皮剔除后发现原结构墙体不垂直且偏差较大

从第1层～第4层楼板钻孔吊垂通长线进行实测,其实测结果是垂直偏差太大。目前多组墙体实测垂直偏差较大,实测墙体变截面较多,见表1。

3.3首层墙体基础开挖后发现正负零以下均无地圈梁

该砖墙结构基础开挖后室内地沟较多,均没有见到地圈梁。

3.4 首层室内砖墙基础开挖后发现室内地下有较大较多的管道沟

经检查发现首层地面以下有管道井和管道沟,管道沟盖板悬挂在370mm砖墙外伸出来的80mm的砖线条上。在外墙内侧四周70%的周长范围内均有管道沟。

3.5 校方要求图书馆室内手摇式可移动车型书库不准动且保原状

学校图书馆属重点保护对象,室内结构不得破坏,图书馆内的设备不得移动。图书馆所在位置是(7)～(8)/F～J区域。

综合考虑上述各种因素,特对原初步设计作设计变更与调整。

4 该教学楼加固结构图深细化设计(设计变更与调整)

9月中旬,由东城区教育委员会组织召开专家会议,根椐前述设计变更及调整的缘由,确定了设计变更与调整的意见,主要包括内容有结构抗震、管道沟处、增设复合型砖混地圈梁、图书馆((7)～(8)/F～J区域)、变截面处等等多处的设计变更与调整。

4.1 结构抗震设计变更与调整

决定将原结构设计图12～23/A～K区域的JTQ2和JTQ3单面板墙加固改为与(1)～11/A～J区域一样的JTQ1双面板墙加固(见图2)。

4.2 首层室内地下有管道沟处的设计变更与调整

在有管道沟处除增设加厚的双面钢筋混凝土板墙之外,还要增设还原复位搁置地沟盖板的线条板(见图3)。

拆掉原管道沟盖板,打掉80mm宽砖线条,并在370mm砖外墙的内侧相同标高处用后生根的办法现浇一钢筋混凝土的线条让后来的管道沟盖板复位时搁置在此处。在管道沟内侧空出的120mm宽的砖基上植竖向钢筋连接筋筋头。并在内侧喷射混凝土板墙,板墙喷射混凝土完成后,还原恢复盖板,此时管道沟的盖板不再悬挂在370mm砖墙外伸出来的80mm的砖线条上,而是悬挂在后生根的双面板墙上的外伸出来的钢筋混凝土线条窄板之上。

4.3 在原砖墙上增设复合型砖混地圈梁的设计变更与调整

该教学楼原结构无地圈梁,其解决办法是在基础大放脚处设置加厚的双面钢筋混凝土板墙并增设一道后生根砖混复合的地圈梁(见图4)。

4.4 图书馆((7)～(8)/F～J区域)设计变更与调整

图书馆(7)～(8)/F～J区域由JTQ1双面板墙加固改为单面板墙加固并对该图书馆室内作出保护性处理,变更后的施工图图纸,(见图5)。

4.5 对变截面处的设计作相应的调整

多数墙体在地上1层～2层是370mm,到2层～4层是240mm;有的墙体在地上1层～2层是370mm变240mm分中变截面;有的墙体在地上1层～2层是370mm与240mm墙边对齐的变截面。变截面处的节点设计作法图,此处从略。

5 结论

对于无原结构图的教学楼加固改造设计工作而言,在无原结构图的基础资料的基础之上作出的结构设计只达到了初步设计的深度,并未达到加固改造施工图设计的设计深度,即只相当于完成了初步设计的工作任务。只有结合现场实际作相应的深细化设计(2),才能使加固改造的结构设计图纸达到施工图的设计深度。施工单位在施工现场如果发现原教学楼有不满足结构抗震规范要求之处的问题,应及时向主管机关报告,便于主管机关及时组织专家会议,结合现场实际情况讨论决定设计变更的方案,由设计单位根椐专家意见对原结构图作相应的设计变更与调整并出图;施工过程中施工单位在施工现场发现工程现状与初步设计图纸不相符合的,均由专业施工单位根椐现场实际情况进行深化,深细化的作法详图与节点详图均由设计单位书面签字确认之后再进行施工。这样做能避免深细化设计工作滞后影响工期的事件发生,对确保工程进度有利。

参考文献

[1]DB11/T689-2009建筑抗震鉴定加固技术规程[S].

教学楼抗震设计 篇7

高层结构与抗震设计是建筑工程专业大四学生的一门必修课。该课程是众多专业基础课和专业课的集合, 更是对这些课程的内容的归纳和应用, 因而具有“综合性、应用性”的特点。因此, 这门课程的教学需要与一般专业课程的教学有所区别。在笔者目前的教学过程和学生的学习过程中, 存在不少问题:

首先, 从学生角度来看, 存在懈怠情绪, 忽略了对已有知识的整理和提升;其次, 教师往往按照教材章节来安排教学, 忽略了学生已有的知识体系, 使得教学不能有的放矢, 效果不明显;最后, 教学过程中忽略了知识点在整个设计过程中的作用和应用方法, 使得学生学懂了但不会用。

纵观我国高校“高层结构与抗震设计”类课程的教学, 主要采用传统讲授式教学模式。在这种模式下, 都不可避免地存在学生学习效果较差、知识应用能力差等问题。针对这些问题, 本文以提高学生自主学习能力、动手能力和解决问题能力为核心目标, 提出在“高层结构与抗震设计”课程中运用“专题研讨式”教学方法, 并进行了实践探索。

“研讨式”教学和研究模式起源于18世纪的德国[1], 目前已经是美国、英国、加拿大等西方国家大学本科和研究生教学中普遍使用的一种重要的教学模式[2,3]。“专题研讨式”教学方法颠覆了传统教学模式, 能提高学生的学习能力和综合应用能力, 是课程教学的优选方法。对本门课程来说, “专题研讨式”教学方法更契合其“综合型、应用型”的特点, 能够提高学生毕业设计质量和水平[4]。

二、教学方式探索

针对“专题研讨式”教学方式, 作者进行了以下探索:

1.通过建立适合本课程的“专题研讨式”教学方法, 提高教学质量。具体来说:

(1) 对新旧知识点进行区分, 优化课程教学内容, 以“专题”模式对教学内容进行组织。

(2) 将课程内容以“专题模块”的形式展现给学生, 并将模块内容进行有机结合, 实现知识的“立体化”呈现。

2.基于对本课程的“专题研讨式”教学研究, 积极探索启发式、探究式、讨论式教学, 充分调动学生积极性, 培养学生的主动思考能力和实际应用能力。具体来说:

(1) 通过开展“专题研讨式”教学, 开展以专题学习、知识点的内在联系、知识点的应用等为主题的讨论, 鼓励学生进行思考和讨论。

(2) 以提高学生专业知识掌握水平和毕业设计质量为首要目标, 培养学生解决问题的能力。

三、教学实施方案

通过对专题研讨式教学模式和课程特点的研究, 作者提出了以下实施方案:

1.对课堂教学内容进行优化和重组。对教学内容的优化主要从以下几个方面进行:

第一, 将课程知识点进行系统划分, 区分新知识点和旧知识点, 将新知识点以“专题式”和“讲座式”进行内容组织, 将旧知识以“专题案例式”和“讨论式”进行内容组织。将新知识点进行系统划分, 按每一小节课作为一个讲座单元, 精选与新知识点相对应的案例, 并作为第二小节课的课堂内容进行讲解和讨论。

第二, 注重知识点之间的联系, 按新知识点和旧知识点设置的“专题”之间要有连续性, 确保每堂课之间的有机联系。

按照教学内容的优化和重组, 将课堂内容以“理论专题”和“案例专题”进行组织。

(1) 理论专题。与专题研讨式教学相适应, 确定的课程理论专题内容如表1所示。从表中可以看出, 为了达到最好的教学效果, “专题研讨式”教学将知识点按照实际应用顺序逐步推进, 而非按照传统的由浅入深的教学内容组织形式。这种“专题研讨式”的内容组织方式是基于学生对前期专业知识的学习和掌握, 既考虑了新旧知识点之间的前后关系, 也考虑了知识的应用顺序, 有利于学生在学习新知识的同时对旧知识进行回顾和梳理。

(2) 案例专题。基于教学专题, 对应用性较强的内容设置“案例专题” (见表2) 。通过理论专题与案例专题相结合, 促进学生对知识的掌握和应用能力的提高。

2.综合采用“专题式”、“讲座式”、“案例式”与“讨论式”教学法, 让课堂充满活力。具体实施方式如下:

(1) 对全新的知识点进行“专题式”、“讲座式”教学, 并在某一专题讲座开展之前将讲座提纲提供给学生。与传统的讲授式课堂相比, “讲座式”基于学生前期的专业知识基础, 把新知识点分割成一个个专题形式, 而每一个专题讲座之后, 鼓励学生提问和讨论, 之后为每个小组提供与该次讲座内容相关的练习题, 要求学生通过小组讨论形式完成。

(2) 以案例形式容纳旧知识点, 课堂主要以“案例式”和“讨论式”为主要组织模式。教师通过前期的知识点总结和案例精选, 把课堂内容进行合理安排。如按照给出案例→案例讨论→案例讲解→知识点总结→给出练习案例→小组讨论完成→相互点评为顺序组织课堂。

3.创新考试模式, 促进“专题研讨式”教学推广。在“研讨式”教学模式中, 注重学生的学习主动性和对知识的应用能力。因此, 在考试安排上, 也应当注重学生对知识点应用能力的考核。拟通过以下几方面对考试模式进行改革:

(1) 对考试的题型进行改革, 侧重主观题, 减少客观题。

(2) 考试内容侧重对知识点和基本概念的应用, 减少对知识点的直接考察, 突出考察应用能力。

(3) 加大平时成绩所占比重, 将学生课程中参与讨论、小组任务完成情况作为平时成绩的重要考量。

四、结论与展望

经过一年的专题研讨式教学改革试验, 作者所带毕业班的高层结构与抗震设计成绩较往届学生有了显著提高, 学生课内外的反馈也明显好于往届, 而作者这门课程的教学满意度也从原来的90.2%提高到了96.6%。

虽然专题研讨式教学的初步开展取得了一些成绩, 但是在具体实施过程中, 仍存在很多不足, 如专题设置不够完善、新的考核模式有待进一步推广等问题。在今后的教学中, 笔者将继续完善研讨式教学模式, 进一步提高教学质量。

摘要：针对高层结构与抗震设计课程教学中存在诸多问题, 本文提出采用专题研讨式教学, 并在教学方式和实施方案两方面进行了具体探讨。通过初步实践, 改进了教学方法, 提高了教学质量。

关键词：专题研讨式,教学方式,实施方案

参考文献

[1]F P.German Education Past and Present[M].New York:General Books LLC, 2010.

[2]L C, L M, K M.A Guide to Teaching Practice (Fifth edition) [M].New York:Routledge, 2004.

[3]雷化雨.本科教学中构建Seminar教学模式的探讨[J].南阳师范学院学报:社会科学版, 2010, 9 (7) :102-106.

教学楼抗震设计 篇8

关键词：结构抗震设计,课程体系,模块化

0 引言

地震是威胁人类生存最严重的自然灾害之一。近年来我国地震灾害频发, 从1976 年7. 8 级唐山大地震到2008 年8. 0 级汶川特大地震都造成了巨大的生命财产损失。地震灾害归根结底为土木工程灾害, 建筑物的倒塌是产生地震灾害最直接的原因, 进行合理的结构抗震设计是目前防震减灾最有效的途径, 是土木工程师责无旁贷的任务。因此, 绝大部分高校土木工程专业均开设了结构抗震设计课程[1,2]。

另一方面, 对于未来的土木工程师而言, 一级、二级注册结构工程师考试是国家层次对工程师的认可标准, 也是高校土木工程专业人才培养的导向, 同时也为学生未来进一步发展提供了很好的提升机会。国家注册结构工程师的专业测试主要是看学生是否已具备按照国家法律及设计规范进行结构工程设计的能力, 结构抗震设计是最重要的考核内容, 它贯穿于所有的结构设计, 如钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、高层结构与高耸结构以及地基与基础设计等[3]。

作为土木工程专业重要的专业课, 其教学目的是使未来的土木工程师们能够了解地震工程基本知识及发展趋势, 掌握结构抗震基本原理, 能够进行建筑结构的抗震设计。

1 课程特点

目前大多数工科学校一般都将结构抗震设计课程安排在第7学期, 这一学期对于毕业班的学生来说, 面临着多重压力。近几年国家的房地产行业低迷, 土木工程专业的就业遇到了前所未有的困难, 学生就业压力大, 找工作竞争非常激烈, 常常需要参加多次招聘会才能成功, 考研、考公务员的学生常常也要奔波于多个辅导学习班, 这些都严重影响了学生正常的课堂学习时间。

结构抗震设计课程内容难度大、先行课多、综合性强、涉及学科门类广, 主要以结构动力学为基础并涉及地震学、地质学、高等数学、结构设计以及振动控制等领域的知识[4,5]。一般学校结构抗震设计课程只有30 学时左右, 所以要在短短的30 多学时内让学生能够很好地掌握这门课程, 对于任课教师来说本身就是一件非常具有挑战性的工作。

作者从事十余年结构抗震设计课程的教学工作, 积极进行了课程的教学改革与尝试, 将结构抗震设计的课程内容进行整合, 分为概念设计模块、分析计算模块和抗震设计模块, 在实际教学中采取模块化的教学体系, 取得了良好的教学效果。

2 模块化课程体系

2. 1 概念设计模块

通过对“5·12”汶川地震的震害分析, 我们越来越发现结构抗震概念设计的重要性。虽然从目前的研究水平看, 我们可以对地震的作用及地震反应进行很多数值分析和计算, 但地震本身是随机发生的, 受诸多因素的影响, 因此, 在进行抗震设计时正确的概念设计比数值计算更重要。所谓的概念设计是在整体上把握抗震设计的主要原则, 减少由于建筑结构自身带来地震作用及结构地震反应的复杂性而造成抗震计算的不准确。

本模块在教学过程中应加强学生对基本概念和基本理论的理解, 建筑结构所采用的结构体系应具有明确的计算简图和地震作用的合理传力途径, 结构布置时应避免部分结构和构件破坏而导致整个结构丧失抗震承载能力, 对结构构件的抗震设计应考虑避免剪切破坏先于弯曲破坏———强剪弱弯、避免柱子的破坏先于梁的破坏———强柱弱梁、避免节点的破坏先于构件的破坏、避免混凝土的压溃先于钢筋的屈服、避免钢筋的粘结锚固破坏先于构件破坏。国内外的大量震害资料表明, 采用特殊复杂的平面或立面、质量和刚度分布不均匀的结构即使在地面烈度不高的地震作用下也会发生破坏或倒塌, 因此结构抗震设计规范对建筑结构的平面规则性和竖向规则性做了细致的要求, 如表1 所示。

因此, 概念设计模块要达到的教学目标是使学生在深刻理解我国抗震设计的目标和方法的基础上, 能够在结构设计时进行合理的结构选型, 对结构的平面和立面布置能够按照抗震设计规范的要求设计, 成为平面和立面规则的结构。

2. 2 分析计算模块

地震动引起的结构内力、变形、位移及结构运动速度与加速度等统称为结构地震反应。结构地震反应分析是指以结构动力学为基础, 计算和分析结构在地震输入下的地震反应, 为结构抗震设计提供指导和建议。大量的震害资料表明, 经过结构地震反应分析并进行抗震设计的工程结构远比未经过地震反应分析和抗震设计的工程结构优越, 这得到了工程界的广泛认同。

一般来说, 小地震作用下的结构地震反应是弹性的, 可按弹性分析方法进行计算, 结构弹性地震反应分析方法有底部剪力法、振型分解反应谱法和振型分解时程分析法。底部剪力法是把地震作用看作等效静力荷载, 计算结构最大地震反应。底部剪力法的特点是忽略结构高阶振型的影响, 假定结构的地震反应以基本振型为主, 将基本振型简化为倒三角形进行计算, 计算量较小。因此底部剪力法只适用于高度不超过40 m, 以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构及近似于单质点体系的结构。振型分解反应谱法是利用振型分解的原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析。振型分解反应谱法是一种拟动力分析方法, 计算精度较高适用于所有建筑结构的地震作用计算。

大地震作用下, 结构地震反应是非弹性的, 应采用逐步积分时程分析进行结构地震反应计算。时程分析法是选用一定的地震波直接输入到所设计的结构, 然后对结构的运动微分方程进行逐步数值积分, 求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。时程分析法是一种完全的动力方法, 计算精度高, 只对特别不规则的建筑结构、特殊设防类建筑和超限高层做补充计算。时程分析法计算以数值积分算法为主, 计算量大, 在土木工程专业本科阶段不要求学生掌握, 只作了解内容。

本模块教学难度相对较大, 理论推导较多, 对学生的要求也较高, 要求学生必须具备扎实的力学基础, 尤其是动力学知识。分析计算模块要求学生掌握水平地震作用的底部剪力法和振型分解反应谱法、竖向地震作用的计算方法以及结构相关动力参数的计算。

2. 3 抗震设计模块

目前在土木工程领域广泛应用的结构类型, 从材料上可分为砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构和混合结构。

砌体房屋是我国建筑中最为普通的结构形式, 应用广泛, 数量众多。砌体结构房屋是指用各种块材用砂浆砌筑而成的房屋, 由于砌体材料的脆性性质, 其抗拉、抗弯和抗剪强度很低, 整体性差, 所以没有经过合理抗震设计的砌体结构抗震能力很差, 这在历次地震中, 破坏严重的砌体结构房屋可以得到证明。在砌体结构的抗震设计中除了要进行墙体的抗剪承载力验算之外, 更重要的是要进行合理的结构布置和钢筋混凝土圈梁和构造柱的设置。

钢筋混凝土结构以其优越的综合性能在土木工程领域应用最为广泛, 钢筋混凝土结构从结构体系上可分为框架结构、抗震墙结构、框架—抗震墙结构。历次震害经验表明, 与砌体结构相比钢筋混凝土结构只要采用合理的抗震设计和采取可靠的抗震构造措施, 在一般烈度区是可以保证安全的。对于框架结构, 应遵循“强柱弱梁”的原则, 调整柱端弯矩设计值; 遵循“强剪弱弯”的原则, 调整梁、柱剪力设计值; 遵循“强节点、弱构件”的原则, 对节点进行抗剪承载力验算。对于抗震墙结构抗震设计时遵循“强墙弱梁、强剪弱弯”的原则调整墙肢和连梁的弯矩和剪力。

钢结构由于钢材具有轻质高强、延性好的特点, 因此使得钢结构受到的地震作用较小, 并具有较大的变形能力, 因此即使在很大的变形下也不至于倒塌, 保证结构的安全性。

本设计模块的教学重点是钢筋混凝土结构的抗震设计, 它在我国的《结构抗震设计规范》中也是篇幅最多的。为了让学生能更好的掌握本模块内容, 教学中以工程案例教学为主, 结合国家注册结构工程师的考试内容, 逐条逐点的学习, 学生在学习中也体会到了学以致用的乐趣。

3 结语

结构抗震设计课程理论严谨、内容丰富、实用性强, 注重学生工程能力的培养, 重新整合该课程的教授内容, 提出三模块化课程体系, 概念设计模块重点讲授有关地震工程的基本概念和结构抗震概念设计的要求; 分析计算模块讲授地震作用的各种计算方法; 抗震设计模块讲授各种结构的抗震设计要求, 其重点是钢筋混凝土框架结构和抗震墙结构的抗震设计。模块化课程体系从另一角度来看也涵盖了结构抗震设计的全部过程, 概念设计、抗震验算和构造措施, 因此结构抗震设计课程模块化有助于学生对所学知识的梳理与总结, 有助于对结构抗震设计过程的理解。

参考文献

[1]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].

[2]翟长海, 李爽, 徐龙军, 等.建筑结构抗震设计教学改革探索[J].高等建筑教育, 2011, 20 (3) :88-90.

[3]郑妮娜, 杨溥, 刘立平, 等.结构抗震设计课程教学问题调研[J].高等建筑教育, 2014, 23 (3) :75-77.

[4]张大伟, 郭立英, 于学智.建筑结构抗震设计中的概念设计[J].山西建筑, 2008, 34 (13) :77-78.

教学楼抗震设计 篇9

1 工程概况

某中学学生公寓楼原设计时间为2004年3月,竣工日期2005年11月;砌体结构,基础为人工成孔钢筋混凝土灌注桩基础,地上六层,局部出屋面楼梯间、水箱间七层,各层层高均为3.0m。房屋高度为18.65m,房屋宽度为14.9m,房屋长度为51.2m。室内外高差0.65m。高宽比1.21,横墙最大间距3.9m。纵横墙承重体系,现浇钢筋混凝土楼、屋盖。原设计平面布置如图1所示。原设计执行《分标》08版、《抗规》01版。原设计抗震设防类别为标准设防类(丙类),抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第二组。建筑场地类别为Ⅱ类。该工程加固设计完成于2011年8月,并通过施工图审查。

2 检测、鉴定报告情况

根据该工程《某中学校舍安全工程排查、检测、鉴定报告》,学生公寓楼鉴定结论如下:(1)地基基础:无严重静载缺陷。建筑物地基基础安全等级综合评定为Bu级。(2)主体结构:材料性能设计指标满足原设计要求。构造柱、圈梁设置,满足现行规范的要求;房屋高度、房屋层数不满足现行规范要求;未发现不适于继续承载的位移或变形。(3)围护结构:单层门窗,保温隔热差,且破损。卫生间局部渗漏严重,外观墙皮局部严重脱落。(4)结论及建议:房屋高度、房屋层数不满足规范要求。建筑物安全性评定为Csu级,即安全性不符合鉴定标准相关要求,采取措施。建议对建筑物进行减层或改变用途,但均需进行加固。

3 抗震鉴定验算

3.1 规范鉴定要求

根据《鉴标》要求,2001年以后按当时施行的抗震设计规范系列设计建造的现有建筑,后续使用年限宜为50年。后续使用年限为50年的建筑(简称C类建筑),应按现行国家标准《抗规》10版[5]的要求进行抗震鉴定。

3.2 建筑抗震措施鉴定

加固前根据《抗规》10版要求,检查发现结构体系的合理性、墙体材料的实际强度、房屋整体性连接构造的可靠性、局部易损易倒构件自身及与其主体结构连接构造的可靠性,基本满足规范要求。房屋高度、房屋层数超限,纵墙端部墙垛局部尺寸超限,不满足规范的要求。

3.3 建筑抗震承载力的验算

采用中国建筑科学研究院(以下简称建研院)编制的″砌体结构辅助设计软件QITI",取用《鉴定报告》检测出的材料性能指标,进行墙体抗震承载力的验算,结果见表1。验算表明,楼梯间及纵墙端部个别小墙垛抗力与效之比小于1,抗震承载力不满足。

3.4 综合抗震能力指数的验算

采用采用建研院编制的“砌体结构鉴定加固设计软件JDJG”(版本为2010版)。采用考虑构造整体影响和局部影响的综合抗震能力指数方法,按Ψ1Ψ2=0.8计算,进行综合抗震能力指数的验算,结果见表2。最弱楼层平均抗震能力指数βi、最弱楼层综合抗震能力指数βci均小于1,抗震承载力不满足,按《鉴标》要求,对房屋采取加固或其他相措施。

3.5 鉴定验算结论

按《鉴标》,本工程为C类建筑,现有砌体房屋的高度和层数超过规定的适用范围,原体系已不能满足现行抗震规范要求,应提高对综合抗震能力的要求或提出改变结构体系的要求。符合该工程《鉴定报告》的评价。

4 情况分析和方案选用

4.1 全国部分省份对2001年后建设的学校建筑的抗震鉴定加固意见

《教学楼抗震加固设计参考手册》[7]认为,2001年后建设的学校建筑其存在的主要问题是由于设防类别的调整导致建筑物的抗震性能不能满足现行设计规范的要求。由于设计规范的对象是新建建筑,因此,完全依据设计规范对既有建筑进行抗震鉴定是不符合鉴定工作的基本准则的。江苏省针对该问题讨论后,建议对2001年以后按照《抗规》01版设计,经过施工图审查合格(或抗震设防审查合格),有正规单位设计、施工、监理、竣工资料完整且外观检查无明显异常的校舍,可按后续使用年限40年进行抗震鉴定。但是,楼梯间和单跨框架校舍的抗震措施仍应满足现行《鉴标》[2]和《加规》[3]的要求。《北京地区中小学校舍抗震鉴定与加固技术细则》[9]中亦规定,对2001年以后(按《抗规》01版设计)建造的现有中小学校舍,也可采用综合抗震能力的概念,按下述方法进行抗震鉴定和加固:对多层砌体结构,当抗震措施满足现行《抗规》丙类建筑的抗震措施要求,但不满足乙类建筑设防的相应要求时,如考虑体系影响系数和局部影响系数(Ψ1Ψ2=0.8)的抗震承载力验算可满足现行《抗规》对乙类建筑的要求,也可不加固。

4.2 业主意愿

对于《鉴定报告》的结论,业主不愿减层或改变用途,并希望结合加固改造,后续使用年限为50年。

4.3 加固方案选用

抗震加固设计执行《分标》08版、《抗规》10版。抗震设防类别为重点设防类(乙类),抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第三组。建筑场地类别为Ⅱ类。按《加规》“考虑到现有房屋的层数和高度已经存在,可优先选择给出路的抗震对策”的原则,其它抗震措施基本符合要求的条件下,采用改变结构体系的加固方案。在两个方向双面设置合计厚度不小于140mm的板墙,可视为增设钢筋混凝土墙。

5 加固方案分析

5.1 规范要求

《加规》要求,新增的钢筋混凝土墙体计入竖向压力滞后的影响,并承担结构的全部地震力。加固后的楼层和墙段,进行整体综合抗震能力指数验算。墙体加固后按现行《抗规》选择从属面积较大或竖向应力较小的墙段进行抗震承载力验算。考虑到新增混凝土板墙配筋不能完全满足抗震构造措施的要求,进一步对加固后的结构体系简化为剪力墙结构,按《抗规》10版,应用抗震性能化设计方法,进行设防地震和罕遇地震作用下的验算复核。

5.2 新增混凝土墙与原结构协调变形共同工作

资料(《中高层砖墙与混凝土剪力墙组合砌体结构技术规程》[7]DBJT25-3018-2005)研究表明,混凝土墙体竖向变形曲线为“弯曲型”,砖墙竖向变形曲线为“剪切型”。采取适当构造措施(如:穿墙筋、穿板筋、拉结筋),将新增混凝土墙体与构造柱和圈梁约束下的砖墙连接在一起,形成空间结构体系。在平面内刚度较大的现浇钢筋混凝土楼板的变形协调作用下,通过合理布置新增混凝土墙,尽量使砖墙和新增混凝土墙协调变形共同工作。加固后的建筑结构竖向变形曲线可为类似于框剪结构的“弯剪型”。

5.3 加固后的建筑具有多道防线的抗震能力

在多遇地震作用下,砖墙与新增了混凝土墙体协同工作,可按刚度分配原则分别承担相应的水平地震作用。但按《加规》[3],由新增混凝土墙承担结构的全部地震力。这时砖墙承担的内力作为安全储备,结构不致产生任何损坏。在设防烈度地震作用下,由于原有砌体刚度退化,吸收一定的地震能量,内力重分布作用下,砖墙逐渐退出工作,由新增混凝土墙体承担绝大部分内力。构造柱、圈梁和板墙约束下的砖墙可能部分发生损坏,但开裂以后仍承担竖向重力荷载作用和具有一定适应的变形能力,结构发生轻～中等破坏。在罕遇地震作用下,新增混凝土墙体布置适当,且配筋较弱的情况下,混凝土墙体也产生的开裂。构造柱、圈梁和新增板墙约束下的砖墙,变形较大,但只要不超过混凝土墙的极限变形值,开裂的混凝土墙可全部承担水平地震作用和竖向重力荷载作用。承载力达到极限值后基本稳定,结构发生不严重破坏。

5.4 选定性能目标

性能目标选用《抗规》10版基本设防目标:在多遇地震作用下,结构完好。结构安全有足够的保障不受损坏或不需修理可继续使用。在设防烈度地震作用下,可能发生损坏,但经一般性修理仍可继续使用。在罕遇地震作用下,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

6 结构整体分析计算

6.1 加固后整体综合抗震能力指数验算

采用软件同鉴定综合抗震能力指数验算软件,增设墙段的厚度按240计算,墙段的增强系数按《加规》第5.3.12条取值,用增强系数法验算抗力与效之比,局部影响系数取0.90。各层均能满足现行规范要求。

6.2 多遇地震作用剪力墙结构抗震复核

在多遇地震作用下,采用建研院编制的“SATWE”软件(版本号2010版),按剪力墙结构复核,抗震等级为二级,由新增钢筋混凝土墙承担结构的全部地震力,砖墙自重按荷载输入,材料强度采用设计值,复核结果见表3。在多遇地震作用下,由新增混凝土墙承担结构的全部地震力,加固后的结构体系能满足现行抗震规范承载力、变形的要求。新增混凝土墙按计算配筋。结构安全有足够的保障不受损坏或不需修理可继续使用,符合设定的性能目标。

6.3 设防地震作用剪力墙结构抗震复核

在设防地震作用下,采用软件同前,按剪力墙结构复核,复核模型考虑窗下墙作用,抗震等级为二级,由新增混凝土墙承担结构的全部地震力,砖墙自重按荷载输入,钢筋混凝土墙材料强度采用极限值,地震影响系数最大值αmax1=0.45,双向地震作用输入,复核结果见表4。

在设防地震作用下,加固后的结构体系能满足现行抗震规范对结构变形的要求,大多数混凝土墙仍满足承载力的要求,但部分内纵墙门顶墙体进入弹塑性状态,可吸收部分地震作用能量。这时结构有足够的承载能力、一定的延性、良好的吸收地震作用能量的能力。结构安全有一定的保障,经一般性修理仍可继续使用,符合选定的性能目标。

6.4 罕遇地震作用剪力墙结构抗倒塌复核

在罕遇地震作用下,采用建研院编制的“PUSH”软件(版本号2010版),按剪力墙结构复核,抗震等级为二级,由新增混凝土墙承担结构的全部地震力,砖墙按荷载输入,钢筋混凝土墙材料强度采用极限值,地震影响系数最大值αmax1=0.90,双向地震作用输入,验算模型同设防地震作用验算模型。验算结果表明,在罕遇地震作用下,弹塑性层间位移角1/478,小于规范限值1/120,仍能保证结构不致整体倒塌,符合设定的性能目标。

6.5 基础验算

经验算加固后桩基础静载下的承载力可满足要求;考虑附加地震作用及加固构件自重对基础的影响,及非液化土中单桩的竖向和水平抗震承载力特征值提高25%,对原人工成孔灌注桩基础进行按地基抗震承载力核算,仍可满足要求;墙下托梁抗弯承载力不足,采用增大截面法加固。

7 技术经济分析

加固面积9256m2,加固费用单价约为566.13元/m2,当时新建造价约为1500元m2。

8 结语

本工程采用改变结构体系的抗震加固方案,使用抗震性能设计的方法,将原结构加固改造后,解决了整体性指标超限,局部纵墙墙体抗震能力不满足要求的问题。用较低的投资满足了建筑物抗震要求。充分利用既有建筑,符合可持续发展的基本国策,避免了对建筑物进行减层或改变用途造成的使用功能不便。

参考文献

[1]GB50223-2008《建筑工程抗震设防分类标准》[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2]GB50011-2008《建筑抗震设计规范》[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3]GB50023-2009《建筑抗震鉴定标准》[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[4]GB50011-2010《建筑抗震设计规范》[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[5]JGJ116-2009《建筑抗震加固技术规程》[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[6]《全国中小学校舍安全工程实施细则》等三个配套文件的通知(教财[2009)14号),2009.

[7]《教学楼抗震加固设计参考手册》[M].成都:四川省土木建筑学会预应力及预制混凝土专业委员会,2010.

[8]DBJT25-3018-2005《中高层砖墙与混凝土剪力墙组合砌体结构技术规程》[M].兰州:甘肃省建设厅科教处,2005.

探讨桥梁工程抗震设计问题 篇10

关键词：桥梁震害 分析 抗震设计

前言

地震灾害瞬间造成山崩地裂，房倒屋塌，对人们的生产生活造成极大的破坏和影响，甚至威胁人民群众的生命财产安全，是世界性的自然灾害之一。我国处于环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇部位，地震频发，是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。如2013年4月，四川雅安大地震，震中芦山县龙门乡99%以上房屋垮塌，停水停电，卫生院、住院部停止工作。山西省地处汾渭地震带上，历史上关于大型的地震灾害也有记载，防震减灾同样不容忽视。

地震对道路桥梁的破坏相当大。汶川地震后，由于路堤破坏，道路毁损，造成交通中断，对灾害救援工作造成了极大的困难，本文通过对汶川震后公路桥梁的震害分析，并说明了公路桥梁抗震设计的建议。

1、桥梁震害及分析

在汶川地震中，桥梁震害主要有以下几种类型：

1）桥梁上部结构震害，在地震中，桥梁上部结构的震害主要有以下几种类型：

a.自身震害，主要是桥梁自身的钢结构发生的局部屈曲破坏。

b.移位震害（见图1），是一种破坏性地震中极为常见的震害形式，多发生在伸缩缝设置的位置，一般表现为桥梁的上部结构出现纵（横）向移位或扭转移位。

c.碰撞震害，包括相邻跨上部结构的碰撞、上部结构与桥台的碰撞以及邻梁间的碰撞等。

2）桥梁支座震害

在桥梁结构中，桥梁支座本身就是抗震性能比较薄弱的一个环节。根据国内外发生的破坏性地震桥梁震害统计表明，支座的破坏比较普遍，主要表现为：支座发生位移、锚固螺栓拔出、剪断、脱落等。其主要原因有：支座设计中，没有充分考虑到抗震的性能要求；在施工中，支座连接与支挡等措施不足；使用的支座类型选择或是支座材料本身的缺陷等。

3）桥梁下部结构震害

在地震中，桥梁下部结构的震害主要有以下几种类型：

a.墩柱的弯曲破坏，是一种常见的桥梁震害形式，主要表现为墩柱混凝土开裂、剥落压溃、钢筋裸露和弯曲等，同时产生很大的塑性变形。其主要原因是在墩柱的施工中，由于约束箍筋配置不足、纵向钢筋的搭接或焊接不牢等导致的延性能力不足而产生的。

b.框架墩的震害，包括剪切强度不足导致的剪切破坏、弯曲破坏以及钢筋锚固长度不足导致的破坏，主要表现为盖梁破坏、墩柱破坏以及节点破坏等。节点破坏主要表现为剪切破坏。

c.桥台震害，是一种常见的桥梁震害形式，包括地基丧失承载力导致的桥台滑移、台身与上部结构的碰撞破坏和桥台倾斜等。

4）基础震害

在国内外的许多地震中，桥梁基础震害是一种比较常见的震害形式，包括地基失效、桩基剪切弯曲破坏、桩基设计不当所引起的震害等。

据统计，在汶川1657座公路桥梁中，1.6%的桥梁完全损毁，6.6%的桥梁严重破坏，9.0%的桥梁中等破坏，26.5%的桥梁轻微破坏，56.3%的桥梁未出现明显震害。在汶川地震后，震区的道路桥梁遭到了全面破坏，极大的影响了救援的展开，给国家、社会和人民的生命财产造成了极大的损失。可以看出，公路鐵路梁的抗震抗灾能力，对人民的生命财产安全有着直接的影响。

如何降低和减少桥梁震害，是我国公路建设者需要面对的一个难题。2008年8月，在铁道学会召开的“地震灾害对铁路的影响及对策学术研讨会”上，与会的专家普遍认为：加强“减隔震技术”的应用，对于降低桥梁震害具有重要意义，应大力推广使用“减隔震”的设计理念，以代替传统的“抗震”设计理念。

3、增加桥梁抗震结构的其他设计

桥梁结构的抗震设计就是在桥梁强度、刚度、稳定性以及延性和吸收耗能等方面有一种最佳的选择，实现桥梁“小震不坏、中震可修、大震不倒”的目的，应结合桥梁的抗震类别、地质条件、土壤条件等因素，通过技术、经济和使用条件综合比较后确定。还可以通过增加桥墩箍筋设置、增加桥台强度、桥墩强度、桥墩的延性、增设连梁装置等多种途径来提高桥梁的抗震结构。

4、对我国桥梁抗震设计规范的建议

我国现行的《公路工程抗震设计规范》在设计思想、设计方法、构造措施和条文可执行性等方面显得落后许多。近十几年发生在世界各地的大地震给桥梁结构造成了重大破坏，同时也促进了桥梁抗震设计规范的修订工作。规范的修订主要参考了近十几年来的地震震害经验，同时借鉴了结构抗震研究领域的最新研究成果。新规范的发展动向有以下几个方面：

（1）抗震设防标准。这是桥梁结构抗震设计的最基本问题。过去的几十年的时间里，研究者和工程师都提出分级抗震设防的原则：即小震不坏；中震发生有限的结构或非结构构件的破坏；大震发生严重的结构和非结构构件的破坏，但不产生严重的人员伤亡；而在可能袭击工程场地最严重的地震作用下，结构不倒塌。这些基本的结构性能目标今天被大多数的设计规程所采用。但传统的作法是，只针对单一的地震作用水平进行结构的抗震设计。现在的问题是针对每一个目标都结出相应的具体设计程序。这样一来，就需要对目前实际上还是单一水准强度抗震设计原则进行修订，采用多水准、多设防目标和多阶段的抗震设计原则。

（2）构造细节。桥梁结构抗震设计中的许多问题目前还不能完全通过定量化方法加以解决。因此根据震害经验、概念设计和定性研究的结果提出构造细节方面的要求，对保证桥梁结构的抗震安全十分重要。美、欧等国家的桥梁结构抗震设计规范和准则都已十分重视这一点。我国现行的《公路工程抗震设计规范》在这方面明显不足，新编的《城市桥梁抗震设计规范》将特别注意这方面的问题。

（3）延性和位移设计。传统的桥梁抗震设计采用强度设计方法，即使考虑到延性和位移，也是通过强度指标间接地实现。现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性，很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，这样就将形成多参数抗震设计方法：在这方面，各种非弹性反应谱的研究和应用工作一直在进行。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经引入了位移设计的概念和方法。

3、结语

目前地震虽然是不可控制的，但只要我们加强对桥梁震害及抗震机理的深入研究，在桥梁设计过程中认真分析地震时结构的特征和反应，精心采取一系列科学有效的抗震设计，制定先进的抗震设防原则，严格控制工程质量，就一定能将地震损失降到最小，并确保交通运输线路的畅通无限。

参考文献

[1] 国家质量技术监督局. GB/T17742-1999，中国地震烈度表[S].

教学楼抗震设计 篇11

1 抗震设计算例比较分析

下面将对一座3×30 m连续梁桥分别采用两种规范进行纵桥向简单抗震设计, 以实际体会两种规范的异同。

1.1 算例简介

某一3×30 m连续梁桥, 见图1。上部结构为预应力混凝土连续箱梁, 宽18 m, 高1.5 m, 桥面铺装层厚度13 cm, 三道防撞栏质量共计2.6 t/m。采用双柱式桥墩, 墩柱为1.5 m×1.35 m的实心钢筋混凝土截面, 横向间距为4.15 m, 混凝土用C50。中墩每一立柱顶设置一固定盆式支座, 其他立柱顶设置单向活动盆式支座。桥梁处于中硬场地, 采用刚性扩大基础。

墩柱截面尺寸及配筋如图1。主筋为36根直径28 mm的Ⅱ级钢筋, 净保护层厚度为40 mm, 箍筋为直径12 mm的Ⅱ级钢筋, 纵向间距在塑性铰区内为10 cm, 塑性铰区外为20 cm。

1.2 按《2008公路桥梁抗震设计细则》进行抗震设计

1.2.1 设计地震力

抗震设防烈度为8度, 桥址场地设计基本地震加速度峰值为A=0.20 g, 桥址为I类场地条件, 场地特征周期Tg取值为0.30 s。桥梁结构纵桥向可简化为单自由度振动体系, 其自振周期为:设计水平地震力为Ehtp=ShlGtp/g=Sm=2.25CiCsC-dAm则墩柱纵桥向设计地震力考虑滑动墩摩阻影响后为Ehtp=Sm-Ci∑μiNi, 计算结果:设计地震E1级水平地震力FE1=2331 kN, E2级水平地震力FE2=7 034 kN。

1.2.2 延性构件的设计计算

下面对固定墩的单个墩柱进行设计验算。

(1) 抗弯强度验算

墩底弯矩为:M=Ehtp1q=8 160 kN·m, 恒载轴力为:N=5682 k N, 在轴力作用下, 墩柱抗弯强度为:Mu=5 746kN·mM, 满足要求。

(2) 抗剪强度验算

剪力设计值:, 墩柱的抗剪强度由混凝土抗剪强度Vc和横向钢筋抗剪强度Vs提供, 塑性铰区内:Vco=<φ× (Vc+Vs) =3 565 kN, 塑性铰区外:Vco<φ× (Vc+Vs) =2 582 kN, 均满足要求。

(3) 变形验算

地震E2作用下, 墩顶水平位移:Δl=90 mm, 单柱墩位移为:Δul=359 mm, Δul>Δl, 满足要求。

1.3 按《Caltrans抗震设计准则》进行抗震设计

为了方便对比, 地震力采用1.2.1计算出的地震力。

1.3.1 桥梁抗震验算

(1) 最小侧向强度验算

墩底弯矩为:M= (0.1×Pdl) /2×l=13 448 kN·m, 恒载轴力为:N=5 682 k N, 在轴力作用下, 墩柱抗弯强度为:Mu=5 746 kN·mM, 满足要求。

(2) 抗剪能力验算

最大剪力需求为:Vco=1.2 M/L=2 660 kN, 塑性铰区内:Vco<φ× (Vc+Vs) =4 312 kN, 塑性铰区外:Vco<φ× (Vc+Vs) =3 196 kN, 均满足要求。

(3) 桥梁结构整体位移验算

桥梁的整体位移应满足Δd<Δc, 本例中, 桥梁的整体变形能力取决于固定墩的变形能力, 因此近似以固定墩的变形能力作为桥梁结构的整体变形能力。则Δd=72 mm<Δc=355 mm, 满足要求。

1.4 算例小结

从算例中可以看出, 美国规范的弯矩需求为13 448 kN·m, 对剪力的需求为2 660 kN, 均远高于我国规范所对应的值, 可见美国规范对墩柱的抗弯能力提出了更高的要求。可以得出使用美国规范设计固定墩纵筋增加了136%, 而使用我国规范设计纵筋只增加了63%, 可知美国规范对固定墩的延性要求更高。

2 结论

抗震设防不能追求绝对的安全, 需从危险概率的大小来定义安全度, “小震不坏、中震可修、大震不倒”的多级设防思想已为包括中美在内的多国设计规范所采用。延性构件对整个桥梁结构体系所起的作用如同保险丝, 桥梁的抗震安全很大程度上取决于延性构件的设计是否合理, 而美国规范对墩柱、盆式支座和基础等构件的要求普遍高于中国规范, 可以认为是相对保守的。为了对两规范中各种规定和公式的合理性和准确性进行评估, 应该通过研究更多的实际桥梁震害资料和试验, 以便对我国规范的进一步修改提供参考。

摘要：对我国新颁布的公路桥梁抗震设计细则和美国的《Caltrans抗震设计准则》进行比较分析。按照这两种规范对一座连续梁桥分别进行抗震设计验算, 简要的对比两国抗震设计思想的不同。

关键词：桥梁抗震,抗震细则,设计,比较

参考文献

[1]赵冠远, 阎贵平.对美国桥梁抗震规范中桥墩抗剪强度计算公式的评价[J].世界地震工程, 2002, (4) :85-90.