结构抗震性能

结构抗震性能（共12篇）

结构抗震性能 篇1

1. 地震损害情况分析

发生地震时, 砌体受到的地震损害大体分为外在原因和内在原因两种情况。外在原因是指地震产生的冲击力, 地震冲击波可以分为横向的和纵向的, 横向波产生水平力或是扭转力, 纵向波产生垂直力。当横向波产生的水平力和墙的方向平行时, 因为墙体的剪力作用, 会在墙体上出现裂缝;当水平力和墙体方向垂直时, 墙体弯曲, 平面受损, 为了避免这一情况发生, 建议在多层建筑中, 使用圈梁或是构造柱;当发生等级低的地震时, 同时建筑物的层数较少时, 纵波形成的垂直力, 会小于建筑物本身的重力;但是, 如果建筑物的层数较多时, 纵波产生的垂直力, 会在较高的楼层上, 形成拉应力, 为此, 用砖混结构建成的建筑物, 一般会限制层数;横波产生的扭转力, 会使建筑物中离中心较远的地方受损严重, 例如:边角。导致砌体受损的内在力是结构的脆性较高、整体连接不牢靠, 当地震发生的时候, 建筑体脆薄的地方、受力复杂的地方、建筑体突出的地方、建筑连接不牢靠的地方, 都很容易遭受地震的破坏。

2. 抗震性能的最优设计及分析

2.1 平立面的设计要匀称、规则

在多层建筑中, 为了防止在地震时, 砌体结构发生刚度突变、楼层错位的情况, 其结构要设计匀称规则, 避免因为建筑体的形体复杂、受力不匀等原因引发作用力太复杂或是结构伴随扭曲现象, 导致建筑物遭受损坏。

2.2 横向和竖向的墙体一起承担作用力

在多层建筑中, 横向和竖向墙体一起承担作用力的结构, 要优先使用, 并且最好是横向、竖向承担的作用力要匀称。横向要对齐, 竖向要连接到位, 在一条轴线上的窗间墙, 宽度要一致, 楼梯最好不要设计在建筑物一端或是某个角, 烟道的设计不能让墙体消弱, 如果必须要消弱, 一定要有别的加固的方法, 没有纵向配筋的烟囱, 不要设计。

2.3 限制建筑物的高度和宽度

历来的地震受损数据显示, 建筑物的受损程度和建筑物本身的高度和宽度有着很大的关系。建筑物的层数越多, 地震受损程度就越高。所以, 在建筑物设计中, 一定要限制建筑物的层数和高度, 多层建筑的横墙承担了大部分的地震横向作用力, 如果横墙的间距不均匀, 会使楼层平面变形, 降低了横墙的抗震能力, 所以, 横墙的间距也要均匀。

3. 改善砖混抗震性能的相应措施

3.1 砖混结构的刚度要均匀

参照抗震性能的设计原理, 砖混结构要保持刚度均匀, 平面规整、匀称, 墙体连续、贯通。然而在实际施工过程中, 经常碰到刚度中心、质量中心二者不重合的现象, 这样, 当地震发生的时候, 会偏转, 致使一些离刚度中心较远的结构变形严重, 极易受损。如果有这一现象存在, 要在离刚度中心较远的地方, 设置钢筋混凝土柱或是圈梁, 用以约束墙体、加固脆弱的地方。另外, 还可以把刚度大的墙体, 改成轻质隔墙, 或者是把刚度小的地方的横切面尺寸增加, 适当调整刚度。

3.2 重视圈梁、构造柱的优化设计

圈梁, 有助于建筑物内墙和外墙连接地更好, 提升结构的整体性, 预防预制板发生散落, 减少墙体平面塌陷的可能, 提升楼盖的刚度, 极大地预防墙面受到破坏, 地震时, 可以有效阻止前面裂缝继续恶化, 有效缓解地震产生的沉降力, 设置圈梁是最经济、最有效的防震方法。在圈梁的具体施工过程中, 会碰到施工人员计算方法不恰当, 导致钢筋的绑扎长度太短;在楼梯口、门窗洞口不增设圈梁, 亦或是把圈梁设在洞口的下面;附加圈梁长度小于原有圈梁的长度;把圈梁高度降低, 不能和楼板靠紧, 使结构的刚度得不到提高, 圈梁的抗震作用得不到发挥;建筑物边角处、墙体联合处, 没有设置圈梁, 或是没按规定数量、长度标准设置圈梁等问题, 因而, 应该重视对其的设计。

构造柱, 主要用于提升建筑物结构的变形能力, 增加结构的延性, 让建筑物在地震发生时, 不会突然倒塌。设置构造柱, 可以让建筑物的结构, 有一个由圈梁、构造柱共同组成的体系;建筑物的外墙砌好以后, 借助构造柱, 能让墙之间互相连接, 提升建筑物的整体牢固性, 构造柱能明显提高建筑物中墙体的延性, 提高结构的变形能力, 让整栋建筑物的抗震性能大大提高。除此之外, 圈梁、构造柱一起使用, 在墙体的横向、竖向进行加筋, 可以有效避免墙体裂缝的扩宽或是长度延伸, 有效限制开裂的结构发生错位, 保护墙体不会坍塌, 墙的竖向作用力不会很大幅度地减少, 保证了建筑物较强的抗震性能。

3.3 增大墙体面积、提高砂浆的强度

砖混结构的建筑物, 其抗震能力和建筑物的高度成反比, 和墙体面积、砂浆强度成正比。所以, 增大墙体面积、提高砂浆的强度, 也是提升建筑物抗震性能的有效方法。一般来讲, 能抵抗七级地震的建筑物, 墙体的面积率, 要保证在百分之十以上, 当建筑物的层数是六层及以上时, 这一数值要保证在百分之十二以上, 砂浆的强度要高于M5;另外, 鉴于楼盖的总重量是建筑物的一半, 所以, 当建筑物的高度确定后, 增一层楼盖, 相对于增加了半层楼的抗震能力;当建筑物的总层数不一样时, 建筑物的薄弱层也有所不同:四层及以下的建筑物, 薄弱层为一层;五层及以上的建筑物, 薄弱层会有所上升, 所以, 在建筑物设计过程中, 当建筑物的层数在四层及以下时, 要增大一层的墙体面积、提高砂浆的强度, 当建筑物的层数为五层及以上时, 要增加墙体面积、提高砂浆强度的楼层为一到三层。

3.4 连接墙体

楼盖板和墙体之间连接的好坏, 也对建筑物的抗震性能有影响。现在, 我国的多层建筑, 多数使用的是全现浇板, 这样有助于提高建筑物的整体性, 另外, 提高建筑物的刚度、强化楼盖板和墙体之间的连接, 可以最大限度地控制墙面水平弯曲损坏。

3.5 横墙、纵墙的设计要合理

横纵墙是砖混结构建筑物的主要承载构件, 地震时, 建筑物受损或是坍塌, 主要是地震力使横纵墙产生裂缝, 导致墙体松动、错位、坍塌。所以, 横纵墙的合理设计, 能够有效提升建筑物的抗震性能, 在设计横纵墙时, 主要注意墙体分布要匀称, 横墙要沿平面对称, 纵墙上下对齐连续, 同时同一轴线的墙体厚度要一致, 尽量使得纵墙连贯, 增加横向墙体的间距, 应对横向地震力对建筑物的损坏。

3.6 墙内要设钢筋

多层砖混结构的建筑物底层, 抗震性能较低, 所以, 可以在底层的承重墙体内设置钢筋用于分担地震作用力, 提高墙体的抗震性能, 降低墙体的脆性, 提高墙体的延性。

3.7 保证施工的质量。

设计的好坏, 还要通过施工“落实”, 保证施工的质量, 才能让建筑物的抗震性能真正达标, 在实际的施工过程中, 要保证砂浆的强度、保证砌体的质量、横纵墙体要连接好, 保证施工质量达到设计的标准, 提高施工的质量, 也是保证建筑物抗震性能很关键的方法。

4. 结束语

砖混结构建筑物抗震性能的高低, 关系着人们的生命、财产安全。砖混结构建筑物, 因为材料性能不稳定、施工质量高低等原因, 建筑物的抗震性能很难达到设计的标准, 所以, 从设计到施工, 要进行全面控制, 保证建筑物有很高的抗震性, 让人们的生命财产安全不受损坏, 建筑物功能性很好的发挥。

摘要：砖混砌体的优点有很多:结构简单、价格不高、施工便利, 正因这些, 它被广泛使用在国内的建设中, 我国传统的砖混砌体抗震效果不明显, 在地震中, 损坏严重, 人们的财产、生命损失严重。所以, 笔者在此文中讨论多层建筑物中砖混砌体的抗震效果及相应抗震措施。

关键词：砖混结构,抗震性能,抗震措施

参考文献

[1]高振世, 等.建筑结构抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[2]董宏志, 吕玉涛, 徐茵.构造柱在砖混结构中应用的若干问题[J].吉林建筑工程学院学报, 2014, (1) .

[3]施伟华, 周光全, 赵永庆, 等.2003年大姚612级地震房屋震害特征及分析[J].地震研究, 2014, 27 (4) .

[4]罗建秀.多层砖混房屋结构的抗震设计[J].甘肃科技, 2008, 24 (15) .

结构抗震性能 篇2

近几年来，世界各地地震时有发生，带给人类的惨重损失仍记忆犹新。柱或墩丧失支撑是钢筋混凝土结构倒塌的主要原因。所以加强柱或墩是提高钢筋混凝土结构抗震能力的重要途径。

在我国现有的多高层建筑中,钢筋混凝土结构应用得最为普遍,其中钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。因为其具有足够的强度、良好的延性和较强的整体性,目前广泛用于地震设防地区。在地震作用下，一味地追求结构的强度并不可取，结构的延性是非常重要的。当小震来临，应确保所有的结构构件在抵抗地震作用力时，具有足够的强度，使其基本上处于弹性状态。在中震作用下，结构的某些关键部位超过弹性强度，进入屈服，发生较大变形，达到非线形阶段，这时，我们就特别提出延性要求。当中震来临的时候，因为结构具有非弹性特征，某些关键部位超过其弹性强度，进入塑性状态。由于它有一定的延性，它的非线性能够承担塑性变形，使它在变形中能够耗费和吸收地震能量。

钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 篇3

【关键词】钢筋混凝土；框架结构；抗震性能

1、引言

钢筋混凝土框架结构是指由钢筋混凝土梁和柱连接而成，共同构成承重体系的建筑结构，该结构建筑的墙体都为自承重墙，仅起到分隔和围护的作用。钢筋混凝土框架结构因其具有平面布置灵活和抗震性能好等优点，在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。但是，近几年我国地震频繁发生，暴露出我国很多钢筋混凝土框架结构的基础设施与建筑物的抗震性能依然较差，震害比较严重，造成了人员伤亡和经济损失。因此，分析钢筋混凝土框架结构的特点及造成震害的原因，并以此为基础提出科学合理的抗震措施，对完善我国钢筋混凝土框架结构的抗震设计，优化我国钢筋混凝土框架结构建筑的抗震性能，减少地震造成的损失具有十分重要的意义。

2、钢筋混凝土框架结构的特点及震害分析

2.1钢筋混凝土框架结构的特点

钢筋混凝土框架结构的特点是自重比较轻，具有较好的抗震性能。其主要构件是柱和梁，分别承受使用过程中的竖向荷载与水平荷载，其屋盖和楼板的荷载经过板传给梁，又由梁传给柱，再由柱传给基础。通过合理的设计，钢筋混凝土框架结构能够具有良好的延性性能，有效耗散地震造成的输入能量。但同时也具有明显的缺点，就是其侧向刚度较小导致抵抗水平荷载的能力较低，在地震作用下水平变形较大，进而造成非结构构件的破坏。当建筑结构较低时，水平变形以剪切变形为主，由钢筋混凝土框架柱的弯曲变形与节点转角引起；当建筑结构较高时，水平变形则表现为弯剪型，过大的水平位移引起较大的P-△效应，使结构损伤更为严重，甚至出现极少数倒塌现象[1]。

2.2钢筋混凝土框架结构的震害分析

总的来说，钢筋混凝土框架结构的震害分为柱、梁及梁柱节点等结构构件破坏和填充墙等非结构构件破坏两类。

（1）钢筋混凝土框架柱的破坏 一般情况下，地震对钢筋混凝土框架柱的破坏重于梁，柱顶端的破坏重于柱底，角柱的破坏重于中柱和边柱，短柱的破坏重于一般柱。由于钢筋混凝土框架柱的两端弯矩较大，故柱的两端极易发生弯剪破坏，形成水平裂缝和斜裂缝，有时甚至形成交叉裂缝，并进一步导致箍筋严重扭曲而崩断。而在柱底部分的水平裂缝处，局部混凝土会被压碎，进而导致纵向受力的钢筋发生屈曲暴露出柱体表面。

（2）钢筋混凝土框架梁的破坏 钢筋混凝土框架梁的破坏一般发生在梁端，其主要原因是梁端部分的剪力和弯矩都比较大，而且在地震中会反复受力。另外，在梁端处的钢筋端部常出现锚固不好、纵筋和箍筋配筋不足等情况，这些原因都会导致梁端纵向钢筋屈服，形成垂直裂缝或交叉裂缝，使梁端在地震中被严重破坏。总的来说，地震对钢筋混凝土框架梁的破坏没有柱的破坏严重，并且属于框架结构的局部破坏，故通常不会引起建筑的整体倒塌。

（3）钢筋混凝土梁柱节点的破坏 在地震中，钢筋混凝土梁柱节点是最易被破坏的区域之一，其主要包括剪切破坏与钢筋锚固破坏。造成梁柱节点易被破坏的主要原因有：一是梁柱节点区域的箍筋绑扎十分困难，故在施工时经常出现箍筋配置不足或未设箍筋的情况[2]；二是梁柱节点处箍筋的绑扎不牢固，导致在振捣混凝土时箍筋下滑至柱顶区域；三是梁柱节点核芯区的钢筋过密，导致节点处的混凝土浇筑质量下降。这些原因都会降低梁柱节点的抗剪能力，造成震害。

（4）填充墙体的破坏

钢筋混凝土框架结构中的填充墙体多为砖砌体，只用于分割和围护空间，与框架结构缺乏有效连接，其具有承载力低、刚度大、变形性能差和抗剪强度低等特点。因此，在地震水平作用力下，填充墙体极易沿柱周边出现斜裂缝和交叉裂缝，并且这种破坏发生的早且严重。

3、提高钢筋混凝土框架结构抗震性能的措施

3.1合理设计钢筋混凝土框架结构的构造

在进行钢筋混凝土框架结构设计时，必须对其抗震性进行充分的考虑，合理的设计方案应具有良好的承载力、稳定性、刚度及延性等特点。由于在地震中不规则建筑平面极易导致局部和扭转振动的发生，而不规则建筑立面极易导致建筑物应力变形集中以及局部振动过度等现象，因此，在进行钢筋混凝土框架结构设计时，应合理布置构造柱、梁、楼梯以及窗间墙等构件，保证抗侧力构件的对称；同时应使纵横墙及上下墙对齐，保证竖向抗侧力、刚度及质量的均匀。另外，应重视“强柱弱梁、强节点弱锚固、强剪弱弯”的设计原则，并严格限制框架结构的轴压比，提高钢筋混凝土框架结构的延性，减少钢筋混凝土柱的脆性受压破坏，有效提高建筑物的抗震性能。

3.2严格管理钢筋混凝土框架结构的施工

（1）施工原材料的选择 在钢筋混凝土框架结构中，钢筋的性能和混凝土的强度等级都直接关系到建筑的抗震性能。为了实现钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁、强剪弱弯”的要求，应注意控制钢筋的屈服强度、实际抗拉强度以及强度标准值间的关系，避免超强过多，使钢筋充分发挥其延性性能。为了减少钢筋混凝土框架梁柱的柱轴压比及剪压比，应适当提高混凝土的强度等级，有效提高框架结构的整体延性。

（2）钢筋的制作与安装 在地震时，钢筋混凝土框架柱或梁端的截面会出现弹塑性状态，可能导致纵向钢筋伸入梁柱节点的锚固在钢筋与混凝土间的粘结破坏中失效[3]，因此必须确保其锚固长度和锚固形式的可靠性。另外，框架节点的箍筋可有效约束混凝土和纵向受压钢筋，防止纵向钢筋被压屈，所以在加工时，必须保证其平直段的长度符合要求；在现场绑扎时，梁、柱交接处及梁上有集中荷载处必须使用箍筋，不可漏放，特别是核心区还应按加密要求布置。

（3）混凝土的浇注 钢筋混凝土框架的不同部位对混凝土强度等级的要求是不同的，因此在浇筑时，必须严格检查混凝土的强度等级及其浇筑顺序，防止高等级混凝土部位被注入低等级混凝土。在验收时，必须加强对节点核心区及构造柱的混凝土试块留置，以便控制强度质量；同时还应注意混凝土的振捣及养护。

（4）填充墙体的加固 在地震中，砌体强度不足的填充墙体会出现压裂、压碎、拉裂和剪断等现象，有的甚至会倒塌。因此，应该对填充墙体采取设置水平拉结筋和混凝土连系构件等加固措施，提高填充墙体的抗震性能。

4、结束语

本文通过对钢筋混凝土框架结构特点及震害的分析，从设计和施工两方面得出了一些优化其抗震性能的措施。但由于不同地区的地震特点不同，对钢筋混凝土框架结构的抗震设计方法和抗震措施的实施也要区分对待，选择各地更为适合的抗震设防方法，这就需要相关的工作人员不断努力研究，不断优化抗震措施来有效减少地震对我国的损害。

参考文献

[1]张婧，高衡山.钢筋混凝土框架结构的抗震分析及施工质量的控制措施[J].科学之友，2012（8）.

[2]崔海涛.建筑框架结构设计中的抗震技术综述[J].科技创业家，2012（2）.

结构抗震性能 篇4

房屋建筑结构设计人员经常接触到的普通建筑, 自1989年《建筑抗震设计规范》GBJ11-1989发布以来, 均应达到“多遇地震不坏, 设防烈度地震可修和罕遇地震不倒”的设防目标, 上述设防目标可保障:房屋建筑在遭遇设防烈度地震影响时不致有灾难性后果, 在遭遇罕遇地震影响时不致倒塌———实现生命安全的目标。

相对于上述普通建筑, 本文想要讨论的是某些特殊要求的建筑, 其设防目标要求高于一般的普通建筑, 根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008中的相关条文规定, 该建筑的抗震设防等级为“重点设防类” (简称乙类建筑) , 包括地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑, 以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果, 需要提高设防标准的建筑。

1 项目概述

某建筑总高度42 m, 所在城市的抗震设防烈度7度, 地震加速度0.10 g, 地震分组第三组, 结构形式为钢筋混凝土的框架-剪力墙结构, 地下2层, 地上8层。地上部分1～3层为裙房, 主要功能为办公室、大会议厅、多功能厅、密集资料库等, 层高4.8～6.0 m;4～8层为L型塔楼, 主要功能为标准客房, 层高3.9 m。隔墙采用砖砌体材料, 有较大面积玻璃幕墙, 顶层与外部较大体量的装饰性钢构架相连。房屋要求在地震时使用功能不能中断。

2 项目结构抗震性能目标的分析

2.1 性能目标的简述

建筑抗震性能目标按照《建筑抗震设计规范》提出的“三个水准”为抗震设防基本目标。具体来说即为:

(1) 当遭受低于本地区设防烈度7度的多遇地震 (地震重现期50年) 影响时, 结构在地震后基本完好, 一般不需要修理即可继续使用, 人们不会因结构损伤造成伤害, 可以安全出入和使用。

(2) 当遭受本地区设防烈度7度的地震 (地震重现期475年) 影响时, 结构在地震后基本完好, 仅个别构件轻微裂缝, 一般不需要修理或稍加修理即可继续使用, 人们不会因结构损伤造成伤害, 可以安全出入和使用。

(3) 当遭受高于本地区设防烈度7度的罕遇地震 (地震重现期1600年) 影响时, 结构在地震下发生明显损坏, 多数构件中等损坏, 进入屈服, 有明显的裂缝, 部分构件严重损坏, 但整个结构不致于倒塌, 也不发生局部倒塌, 人员会受到伤害, 但不危及生命安全。

2.2 建筑抗震性能化设计

因为本项目的使用功能要求, 按《抗规》3.10.3条第2款, 选定了高于 (一) 中所描述的抗震设防基本目标, 对设防目标, 提出了更高的要求。按照建筑抗震性能设计的要求, 分以下几个方面进行抗震性能设计。

2.2.1 承载力性能设计

本建筑设计时, 建筑结构主体选用性能3进行设计, 重要部位 (如:裙房顶层和塔楼首层的竖向构件) 选用性能2进行设计。

2.2.2 变形性能设计

本建筑设计时, 结构形式为框架-剪力墙结构的普通建筑, 其弹性层间位移角限值[θe]为1/800, 最终控制该建筑在小震下的变形<1/1400, 中震下的变形<1/400, 大震下的变形<1/200。

从最终设计控制的位移限值来看, 满足了性能3的要求。

2.2.3 结构构件的细部构造性能设计

因为该建筑承载力和位移均满足性能3, 且主要主体结构承载力未高于多遇地震提高一度, 故延性性能仍按常规设计的规定采用, 未降低要求。

3 设计方法及措施

本建筑设计时严格按照《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定和要求, 以及上述关于性能设计的要求, 进行结构构件承载力验算和结构弹性变形验算, 采取了以下措施。

(1) 主体结构承载力计算时, 采用7度 (0.10g) 第三组下的多遇地震作用, 进行计算配筋。抗震措施选用时, 结构抗震等级提高一度, 钢筋混凝土框架剪力墙结构, 框架部分抗震等级二级, 剪力墙部分抗震等级一级。

(2) 重要结构部位承载力计算时, 采用7度 (0.10g) 第三组下的设防地震作用, [水平地震影响系数最大值αmax=0.224, 约为7度 (0.10g) 时多遇地震αmax=0.08的2.8倍, 约小于8度 (0.30g) 时多遇地震的max=0.24]。

(3) 主体结构变形控制计算时, 采用7度 (0.10g) 第三组下的多遇地震作用, (水平地震影响系数最大值αmax=0.08) , 控制最大层间位移角要远小于1/800的弹性变形极限, 为建筑物内人员在地震时提供最大舒适度, 并保证砌体填充墙的安全以及电梯运行的安全性。

(4) 主体结构变形控制计算时, 采用7度 (0.10g) 第三组下的设防地震作用, (水平地震影响系数最大值αmax=0.224) , 控制弹性最大层间位移角<1/400。

(5) 主体结构变形控制计算时, 采用7度 (0.10g) 第三组下的罕遇地震作用, (水平地震影响系数最大值αmax=0.50) , 控制弹性最大层间位移角<1/200。

(6) 抗震构造措施选用时, 结构抗震等级提高一度, 钢筋混凝土框架剪力墙结构, 框架部分抗震等级二级, 剪力墙部分抗震等级一级。

(7) 砌体填充墙设计时, 按抗震等级提高一度 (8度) 选用。墙体拉接筋通长设置, 采用较严格的构造柱布置措施。

(8) 采取的其他结构加强措施。

1) 在建筑周边适当增加剪力墙的设置, 减小结构的平动及扭转位移。

2) 竖向刚度变化处 (地下室顶板和裙房屋面) 加强梁板截面及配筋, 提高关键部位的强度和延性。塔楼平面L型转角处, 加强楼板截面及配筋。

3) 增加竖向刚度突变处上下楼层的剪力墙配筋, 提高薄弱部位的第一道防线抗侧力构件的强度和延性。

4) 加大底部加强区墙体边缘构件的配筋, 并从严控制剪力墙的轴压比, 提高结构整体的抗震延性。

5) 提高女儿墙等屋顶附属物的牢固性。

(9) 其余相关专业采取的加强措施。因为该建筑在地震时使用功能不中断, 仅仅只是结构专业提供更为可靠的房屋结构抗震性能是远远不够的, 还需要各专业均在设计时考虑到地震工况下的特殊设计, 从以下几个方面保证其功能不中断的设计目标:

1) 建筑引入的供电线路, 应为两路独立的外线, 并具备楼内应急电源。

2) 建筑装饰结构的幕墙体系, 应具备更高的强度和适应结构主体变形的能力。

3) 建筑装饰结构的外墙饰面材料, 应尽量采用新型轻质板材, 避免采用自重较大且脱落易伤人的石材, 加强饰面连接件的强度及适应结构主体变形的能力;脱落容易伤人的饰面材料避免布置于主要疏散通道进出口上方, 最大限度保证高烈度地震下的人员安全。

4) 顶棚连接件、附属构件如标志及广告牌等的连接件应具备更高的强度和适应结构主体变形的能力。

5) 进出建筑物的管道应采取措施适应结构主体变形的能力。

6) 电梯应具备地震时就近平层, 具有备用电源等特殊功能, 其支撑结构、导轨、支架、轿箱导向构件具备更高的可靠性。

7) 避免采用悬挂式灯具。

8) 较高的柜体应采用措施固定于墙面。

4 结语

综上所述, 一个乙类建筑设计之初, 首先需要明确其有别于普通建筑的性能水准目标, 根据性能水准目标, 确定承载力设计时选用的地震力, 确定不同地震作用下对房屋整体变形能力的控制指标, 在此基础上才能明确建筑选用的结构形式和极限高度。同时, 项目投资方和设计人员也必须明确这样一个观点, 所有安全性、可靠性的提高, 都是基于很大幅度地提高经济投入的前提下的, 性能目标越高, 其经济性越低, 不能盲目的提高控制指标的要求, 盲目的追求更高的性能水准。需要设计人员在满足功能目标的前提下, 通过更准确的控制, 实现可靠性与经济性的平衡。

参考文献

[1]GB50223-2008, 建筑工程抗震设防分类标准[S].

结构抗震性能 篇5

影响砌体墙-钢筋混凝土墙组合结构抗震性能的因素

从影响组合结构性能的因素来看,砼墙的数量不仅影响组合结构的经济性能还影响抗震性能,所以,对组合结构来讲,砼墙的合理数量尤为重要,本文基于砌体墙一钢筋混凝土墙组合结构协同工作性能与框架一抗震墙结构具有类似的特征,论述了影响砌体墙一钢筋混凝土墙组合结构抗震性能的.因素,并对组合结构中混凝上墙的合理布置、合理数量进行了归1纳总结.

作 者：梁艳波 作者单位：抚顺职业技术学院,辽宁抚顺,113006刊 名：中国科技博览英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW年，卷(期)：“”(11)分类号：U663.9+3关键词：组合结构 抗震性能 砌体墙 钢筋混凝土墙

结构抗震性能 篇6

关键词：超限高层建筑；抗震设计；抗震性能

引言

城市化进程的快速发展使超限高层建筑的数量与规模越来越大。我国的国土虽然辽阔，但是地质条件却相当的复杂而且经常会发生自然灾害，例如汶川地震、雅安地震等，所以建筑的抗震性能已经引起了人们的高度关注。起提高超限高层建筑抗震性能设计的水平必须从超限高层建筑发展的目标和判断标准方面入手，并根据建筑物的实际情况，采取有效的设计策略。

1. 分析超限高层建筑基于性能抗震的设计

1.1超限的定义

按照有关规定高层建筑是指10层以上的建筑，也包括超限高层的建筑。判断是否属于超限高层建筑的依据是根据其的高度和相关规定的限额来进行比较。比较的内容有高宽的超限比、竖向规则和平面规则的超限等三个方面。

1.2分析超限高层建筑基于性能抗震设计的思想内容

一直以来，世界各国指导高层建筑的抗震思想标准是“小型地震不会坏、中型地震可以修、大型地震不会倒”。经过时间和事实的证明，这种指导标准是最为合理的。但是，该思想只重视建筑物不倒的抗震性能，而忽视了大震对建筑物结构功能带来的影响，所以这也会造成严重的社会经济损失，因此，在超限高层建筑基于性能抗震的设计必须要重视。那么清楚基于性能建筑设计的原理是十分重要的，基于性能的建筑设计主要是以抗震为基础来指导整个建筑设计的，因此为了保证即使在地震作用下建筑结构体系的结构功能也不会发生改变，就需要规范好结构体系的布置设计、结构体系的使用和质量的把握几方面的内容。

1.3关于超限高层建筑抗震性能的水准

根据我国现行的规定，关于超限高层建筑抗震性能的水准有以下几方面的内容：一是，建筑结构的完整性在地震过后依然可以保持而且是不需要进行任何的修复就可以继续使用的；二是，建筑结构的完整性得到了保证，但是发生了轻微的裂缝，这种裂缝不会影响建筑物的安全使用，因此可以不用修复就可以继续使用；三是，保持了建筑重要结构的完整性，只需修复其他部位的裂缝就能再次使用；四是，建筑的重要结构发生了轻微的破损，而其他结构的破损程度达到了中等的程度，所以建筑物只需要少许的修复就可以再次使用；五是，建筑重要结构的破损达到了中等的程度，而其他结构的破损也达到了中等或以上的程度，建筑物必须要进行加固修复才能使用；六是，建筑重要结构的破损达到了中等或以上的程度，而其他结构的破损度非常严重，随未倒塌但是严重威胁人们的人身安全。

2.分析我国超限高层建筑基于性能抗震设计的缺陷

经济水平在一定程度上决定了国家科学技术的水平。在我国，受到经济水平的发展，在实际的建筑过程中，超限高层建筑基于性能抗震的设计还不能解决存在于建筑过程中的问题；而且，由于人们对建筑物功能的不同需求复杂化了超限高层建筑的设计，在对建筑结构进行可行性评估时是根据相关的试验来获取评估结果的，这样就会在实践操作中难以实施；由于时代的发展需要对每栋高层的建筑进行创新性的设计，这就增加了界定超限高层建筑抗震性能水平的难度，而且由于各种的原因，需要提高超限高层建筑的分析计算方法。所以，在超限高层建筑的设计中，基于性能的抗震设计是最为合理的。

3.基于性能抗震设计的方法

在实际设计中应用基于性能抗震的设计有两种方法：基于传统的设计方法和接基于位移进行设计。第一种方法在目前的建筑设计中应用最广泛，设计人员也比较熟悉。这种方法的设防指导原则是：小震不坏、中震可修、大震不倒。而设计的方法主要有：设计要根据处方形式或指令性的规定来进行；小震的弹性设计、概念设计和对部分结构进行大震变形的验算等。但是这种方法有明确的规则性和适用高度限制，存在较大的局限性，有时不能适应对新技术、新资料以及新结构体系的发展的适应性比较差。第二种方法虽然比较少用而且设计人员也没有完全掌握，但是就提供了可行的方法给实现高层结构设计，这对有技术的进步创新大有好处。这种方法的設防指导原则是：干预期的性能目标的提出要根据受震影响度和使用功能的类别来进行的，包括各种如结构与非结构的以及设施的具体性能；具体工程预期目标的最终选择是由业主来决定的。相比传统的设计方法，由于该设计方法采用的结构性能指标是结构位移，因此整个的设计过程完完全全地被改变了，设计的变量直接选择了目标位移，此位移的结构有效周期是通过设计位移来计算出来的，结构的有效刚度也是根据此依据来进行计算，这样就可以计算出此时结构基底的剪力，然后再来分析结构使配筋的设计更加具体化。

基于性能的抗震设计的优点有：可以具体量化三水准设防要求的性能目标及水准，在设计中，对性能水准判别的准则和性能目标的选用的实施要特别强调并要进行更加深入的论证分析。然而基于性能抗震的设计需要研究解决的问题仍比较多，尤其是在地震大小的确定性和计算模型及参数的正确性的问题。但是，值得肯定的是，由于技术的进步和深入的研究必定会提高高层建筑的抗震性能的，那么超限高层建筑的安全性就得到有效的提高。

4.结论

由此可见，基于性能抗震设计的方法应用于超限高层建筑中是一个必然的发展趋势。在高层建筑的宽高度的有关规则中，限制性比较少，提高了超限高层建筑的设计的灵活性。因此，在今后较长的时期里，超限高层建筑结构基于性能的抗震设计都是高层结构抗震研究发展的方向。

参考文献：

[1]宫方武，玉琢. 浅谈高层建筑结构抗震设计[J]. 硅谷，2011，（10） .

[2]赵媛. 高层建筑的抗震设计及减灾措施[J]. 建筑，2010，（22） .

村镇砖木结构房屋抗震性能研究 篇7

我国城镇地区已经有较完善的建设标准, 而我国广大农村地区建设标准比较少[1], 在一定程度上影响了我国村镇建筑的发展, 从震害可以看出未采取构造措施 (设置圈梁-构造柱体系) 的房屋破坏较重, 甚至导致整体倒塌[2], 而村镇地区的房屋大多没有构造措施。因此, 对村镇房屋的抗震性能进行研究具有重要的现实意义, 我国对于村镇砖木结构房屋的研究还较少, 重庆大学郑妮娜[3]在其博士论文中对所做的砌体墙片的低周反复荷载试验用ABAQUS进行模拟验证, 结果表明:ABAQUS模拟P-△曲线和裂缝情况与试验吻合较好, 且能模拟出来下降段。另外, 文献[4]、[5]分别用ABAQUS软件与振动台试验进行对比分析, 模拟结果与试验吻合较好, 说明ABAQUS模拟砌体结构是可行的。本文选用ABAQUS软件对西部农村地区某典型二层砖木结构房屋模态分析和反应谱分析, 以期找出结构的抗震薄弱部位, 并可作为农房设计、改造和修复加固时参考和借鉴。

2 有限元模型建立

2.1 工程概况

本文以我国西部地区村镇典型砖木结构房屋为原型建立模型进行有限元分析。该砌体房屋为两层, 层高3m, 三开间, 中间小开间为楼梯, 屋盖类型为木屋盖, 檩条搁置在横墙上, 为横墙承重结构体系。纵横墙体厚度均为240mm, 木檩条平均直径为180mm, 房屋纵横墙连接处设有构造柱 (240mm×240mm) , 一层顶处设置一道圈梁 (240mm×240mm) , 圈梁和构造柱混凝土强度等级为C20, 构造柱和圈梁均按构造要求配有4Ф10钢筋。本文选用村镇建筑的平面布置如图1所示。

2.2 模型简化

村镇房屋属于典型的砖木混合结构房屋。根据现实条件, 需对砖木结构房屋进行简化, 以便于有限元模型的建立和数值分析。

外部荷载等效为结点质量;木屋盖和墙体之间的连接简化为铰接;墙体简化成均匀连续实体, 砌体墙与基础之间的连接简化为刚接;预制空心板与砌体墙体之间连接简化为铰接;根据抗震规范[7]第7.1.7条, 楼板开洞宽度不超过楼板宽度的30%, 属于规则结构, 可以将楼板按刚性假定来处理。

村镇砖木结构楼板普遍采用预制空心板, 为了方便建模, 同砌体墙体一样把楼板简化成均质实体, 把楼板密度乘以折减系数λ, 折减系数的计算 (取一米宽的板带进行计算) 如式 (2-1) 所示。

式中b1、d分别为圆孔间距和直径;t1、t2为圆孔距楼板上部和下部距离, h为楼板厚度。

2.3 模型材料参数

2.3.1 木结构参数

a.木檩条材料参数

根据文献[8]试验研究, 本文木屋盖基本材料参数如表1所示, 由于木材为各向异性材料, 长度方向远大于径向方向。本文选用B31梁单元同时考虑了梁的轴向、弯曲和切向变形。

b.荷载计算参数

根据《荷载设计规范》 (GB50009-2012) [10], 楼 (屋) 盖荷载如表2所示。

檩条等效密度计算公式为:

式中A表示屋盖水平投影面积 (m2) ;q表示屋面荷载值 (k N/m2) ;, n表示屋面檩条数;V表示屋面檩条体积 (m3) 。则檩条的等效密度为:

对于楼盖荷载的等效密度如下:

2.3.2 砌体材料参数

该砖木结构模型, 黏土砖强度为MU10, 砂浆强度等级为M5, 由砌体规范[11]附录公式计算可得砌体的抗压强度平均值fm=3.33MPa。砌体的弹性模量E=2400MPa, 烧结普通砖的泊松比μ=0.15, 密度1900kg/m3。

2.4模型建立

根据对构件简化和假设以及模型的工程概况和材料参数, 建立有限元模型如图2所示。

3 砖木结构模态分析

模态分析一般不考虑结构的阻尼, 结构的振型和各阶频率满足式 (3-1) , 式中Wn为结构第n阶固有频率;ϕn为结构振型模态;K、M分别为结构的刚度矩阵和质量矩阵。

3.1 模态分析结果

结构动力性能直接影响着结构在地震作用下的内力和变形。结构基本周期是结构的基本动力性能之一, 本文的模型结构的周期和振型图见表3和图3。

由表3和图3可知:

a.房屋的基本周期为:纵向Tx=0.184s, 横向Ty=0.082s, 扭转Tz=0.070s。结构在两个主轴方向的频率差别较大, 说明结构的横向刚度较大, 纵向刚度较弱, 这主要是由于纵向墙体开洞较多, 降低了纵墙的刚度。由于模型结构为对称结构且四周有构造柱约束作用, 结构的扭转周期较小。

b.从结构周期与振型变化图中可以看出, 模型第一阶与第二、第三阶周期差别比较大, 但第二和第三阶周期差别不大。由结构振型图可以看出, 结构第一阶和第二阶振型分别为纵向和横向平动, 房屋的扭转振型发生在纵、横向平动之后, 主要扭转振型在第六阶出现。结构的第三到第五振型表现为山墙和纵墙的振动以及檩条的局部振动。

c.从振型应力云图上可以看出山墙的应力和位移最大, 说明房屋山墙平面外刚度较弱。门窗洞口处和纵横墙连接处的应力比较大, 容易引起应力集中。

3.2 频率分析

基于脉动法对110栋多层砌体结构进行动力性能实测, 对基本周期进行回归统计分析, 对于有圈梁和构造柱房屋得出公式如下:

式中T1为基本周期;H、B分别为房屋高度和宽度。

采用脉动法对砖木结构多层房屋进行实测分析, 通过拟合简化得出公式如下:

T1= (0.0131H+0.1127) =0.199 (s) (3-3)

砖木结构模型自振周期为0.184, 与半经验公式差别较小, 即证明该模型的建模是合理的。

4 反应谱分析

采用单质点的加速度反应谱进行分析, 我国抗震规范采用的反应谱是以地震影响系数 (α) 和周期 (T) 的关系给出的, 水平地震力采用标准值FEK。本文分别输入纵向和横向作用, 从结构的受力和变形两个方面来分析房屋的抗震性能。

4.1 纵向地震下结构响应分析

由模态分析结果可知模型在纵向地震作用下刚度较弱, 因此本节首先进行纵向地震作用下的反应谱分析, 施加X方向的地震激励。反应谱分析结果如图4所示。

由图4可知:

a.在8度多遇地震作用下房屋的二层楼层位移大于一层的楼层位移, 每层最大位移分别为0.25mm和0.65mm。结构二层和一层的层间位移角分别为1/7500、1/12000, 结构位移较小, 由表4可知在8度多遇地震下结构满足抗震要求。

b.由整个房屋应力云图可知:房屋主拉应力相对较均匀分布, 应力集中部位主要集中在门窗洞口四角、圈梁和构造柱处、纵横墙连接处、山墙顶部和檩条部位;最大主拉应力发生在二层门窗角部, 达到1.51MPa。

c.由墙体应力云图可知:墙体最大拉应力出现在二层纵横墙连接处, 其值为0.37MPa, 大于砌体规范规定的0.11MPa, 说明在二层纵横墙连接处出现局部开裂现象。墙体剪应力在墙体的窗间墙、窗下墙和山墙处较大, 最大值出现在二层左侧窗户角部, 达到0.16MPa, 接近于墙体非抗震设计时墙体最大剪应力设计值 (0.11MPa) 。

d.整个结构山墙位移最大, 达到3.05mm, 说明山墙的刚度削弱比较大, 从应力云图上可知山墙三角形部分的应力比较大, 应加强山墙平面外的稳定性。檩条与横墙连接处主拉应力和剪应力相对较大, 这主要是由两方面原因造成:一是村镇住宅山墙高度相对较高, 刚度削弱大, 且平面外只有木檩条支撑, 支撑的刚度相对较弱;另一方面是山墙承受檩条传来的集中荷载, 使得山墙的动力效应增大。

通过大量试验研究基础上提出砌体结构容许变形评价指标 (见表4) , 该评价指标参照国内外抗震设计标准, 在总结54个砖砌体墙片抗震试验研究的基础上给出了三种性能水平所对应的层间位移角范围, 并用一栋5层砖砌体建筑进行了验证, 结果表明该方法是可行有效的。

4.2 横向地震下结构响应分析

由结构模态分析可知结构第二振型为横向平动。为了分析结构在Y方向的抗震性能, 类似上节的分析, 输入Y方向的地震激励。横向地震作用下结构的位移和应力见图5。

由图5可知:

a.在8度多遇地震作用下结构横向 (Y向) 二层的楼层位移大于一层的楼层位移, 房屋墙体最大位移发生在两个横墙中间的窗上墙体, 最大位移为0.687mm。这主要是由于两个横墙之间的纵向墙体平面外刚度小, 加上墙体设置窗洞, 导致纵墙平面外刚度削弱。墙体的一层和二层位移分别为0.179mm、0.420mm, 最大层间位移角发生在二层, 为1/12448, 大于一层的层间位移角 (1/16759) , 结构整体位移较小, 由表4.1可知结构能够满足抗震要求。

b.结构整体主拉应力比较小且均匀分布, 整个房屋剪应力较小。墙体主拉应力主要发生在墙体与圈梁和构造柱连接处和横墙洞口处, 横墙主拉应力最大处发生在横墙门洞角部, 达到0.115MPa, 略大于墙体的最大拉应力0.11MPa, 说明在横墙和纵墙连接处引起应力集中。墙体剪应力主要发生在一层横墙和二层横墙底部, 最大值为0.037MPa, 小于墙体抗剪强度0.11MPa, 剪力满足要求。

c.屋盖檩条横向位移达到1.325mm, 且檩条与墙体连接处的应力比较大, 这主要是由于檩条径向刚度比较小, Y方向引起位移比较大。

通过8度多遇地震下结构纵向和横向反应谱分析可知:结构楼层位移较小, 局部有应力集中现象, 结构能够满足抗震要求;在房屋纵横墙连接处、门窗洞口处和山墙等处受力较大, 这些部位在结构设计时应该给予加强。

5 结论

本文主要对二层砖木结构房屋进行模态分析、反应谱分析, 研究结构抗震性能, 主要得出以下结论:

a.通过对结构进行模态分析获得结构的基本动力特性, 结构第一阶、第二阶振型为X、Y向平动, 房屋的扭转振型主要出现在第六阶。得到结构纵向基本周期Tx=0.184s, 横向基本周期Ty=0.082s, 扭转周期Tz=0.070s, 墙体开洞使结构纵向基本周期明显大于横向基本周期, 开洞使纵墙的刚度减小。

b.由纵向地震下应力云图可知:墙体最大拉应力出现在二层纵横墙连接处;墙体剪应力在墙体的窗间墙、窗下墙和山墙处较大;山墙的刚度削弱较大。在设计时应加强房屋门窗洞口处、纵横墙连接处、窗下墙和窗间墙以及山墙部位。

c.由横向地震下应力云图可知:墙体主拉应力主要发生在墙体与圈梁和构造柱连接处和横墙洞口处;墙体剪应力主要发生在一层横墙和二层横墙底部。在设计时应加强纵横墙连接处、门窗洞口处和山墙部位。

砌体结构未来抗震性能的探讨 篇8

众所周知, 砌体结构在我国广大的农村应用很多, 它所可以依靠的材料也在逐渐的增加, 在砌体结构房屋的建设中, 更多节俭、耐用、适应性强的材料在被不断地发明出来。在过去用的最多的就是粘土砖或者石块, 粘土砖在制造的过程当中要用到很多地表上层的土壤, 而这些土壤是有限的, 并不能无限制的开采和使用, 也不利于经济的可持续发展。并且制作工艺比较复杂, 使用大量的劳力和煤炭资源。而石块尽管可以就地取材但是制作起来较麻烦, 还不能很好进行结合, 只适用于一些粗简的建筑结构。现在利用工业废渣造出来了新型的砖, 废物得到了利用, 是现代技术造福了土木行业。过去由于其建造受到材料和技术的限制, 各种工艺设备不健全。尽管其所建造很经济, 但建造出来的砌体建筑物整体性差, 各种性能都不健全, 最大的缺点即抗震性能较差。

如今由于钢材产业的大工业化生产, 我国钢材的产量逐年增加, 钢材的应用在建筑方面大显神通。就砌体结构而言, 出现了配筋砌体结构, 由配置钢筋的砌体作为建筑物的主要受力构件的结构。此种结构按形式分为:横向配筋砖砌体, 纵向配筋砖砌体和组合砌体。根据砌体中钢筋的使用量也可把砌体分类。这种砌体, 通过在砌体水平灰缝中配置钢筋网等手段, 是砌体的抗拉, 抗压, 抗剪性能得到了大大的提升, 是整个结构更加结合为一个整体, 从而相对于传统的砌体结构大抗震性能有了很大的改善[2]。

先天不足带给了砌体结构致命的打击, 地震似乎就是其天敌, 无论它后天怎样的勤奋努力, 始终难逃天敌的厄运。在这么多年来的几次大地震中, 其表现让人失望, 让建筑学家们欲哭无泪。它像一个天生残疾的孩子, 让人又爱又狠。尽管砌体结构的抗震能力差, 但对于当代的中国来说又不能不用, 它在别的方面的优越性是其他结构永不可替代的。在大多的小城镇乡村, 这种砌体结构的取材, 施工的廉价性永远被人们所接纳。砌体结构这两种对立的矛盾的存在, 不得不使对砌体结构的抗震性能要有更好的设计和发明。使砌体结构在保护人民生命财产的前提下, 更加的简易和廉价。这就是砌体结构在未来抗震方面研究的重要性。

1 横、纵向配筋砌体结构的设计

横向配筋是指在在墙体横向的灰缝中配置钢筋网片, 增加墙体在在竖直方向的抗剪和水平方向的抗拉能力。在多次地震中, 许多建筑物尽管开裂但未倒塌就是这种设计的成效。总结经验, 在这种用于承重的墙体最好在原有的规范上再多一些边缘的约束, 提高配筋率, 是墙体在有的刚性基础上, 拥有更多的韧性, 这种韧性在一定幅度内变化, 不能厚此失彼。从而增加建筑的抗震性能。

在新的抗震规范中, 要考虑到砌体结构的各种特点, 在具体施工时要贯穿于整个过程中, 综合考虑, 综合应用。让砌体结构的抗震性能在具体的实践中得到逐步的提高, 安全性能得到逐步的提升。理论与实际操作要紧密结合。

2 组合砌体结构的设计

组合砌体结构是横向配筋砌体结构和纵向配筋砌体结构的大综合和改进, 具有更好地性能, 抗震系数也进一步的大大提高。这种结构也是当今用于抗震设计的砌体结构中最完善的设计。在砌体水平灰缝中配置钢筋网片, 在砌体外部留下沟槽, 在槽内埋下竖向粗钢筋, 在砌体的外围加以箍筋。简单的说就是砖砌体和钢筋混凝土面层的结合, 其多用于荷载偏心较大的结构, 《抗震结构设计规范》规定, 当轴向的偏心距e超过0.7y (y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离) 时, 宜采用这种结构[3]。

组合结构是传统的砌体结构的脆性方面的缺陷有了质的飞越, 是砌体结构拥有了更好地刚度和韧性。传统的砌体结构往往被限制在6 层以下, 但通过此类突破, 再加上粘土砖被空心砖, 多空砖的取代, 在保证砖的抗压条件下 (普通粘土砖, 多孔砖的抗压强度在MU10MPa, 不宜使用, 混凝土空心砖在保障孔洞率的情况下, 强度可达MU20MPa) , 减轻结构自重。在国内一些大城市如上海、沈阳等经过验证, 一批12~18 层组合结构建筑的不断成功, 说明了这种结构在国内有着很大的竞争力和市场。组合结构砌体和钢筋混凝土结构有着很多相似的地方, 在设计计算等方面, 可以仿照钢筋混凝土的经验公式和模式。

在组合砌体结构中, 砖砌体在中间, 钢筋混凝土面层在外, 在组合砌体承受的竖向压力逐渐变大时, 砌体内将会产生竖向的裂缝, 这是在外的面层将会对这种破坏产生一定的束缚, 限制了裂缝的进一步发展, 因此大大提高了组合砌体的承载能力, 这就是其在力学性能上的一个重要优势。

这种组合砌体结构, 在层高方面有一定的优势, 不仅可以减少土地的使用, 适应人民的居住, 在就地取材, 经济造价和施工方面更有其得天独厚的优越。经过多年的经验教训, 其抗震效果也是普通砌体结构不能比拟的。因此, 在以后的砌体结构当中, 组合砌体结构将是一个重要的发展方向。

3 抗震设计

抗震措施往往有抗震验算和抗震措施两部分组成, 这两者同等重要, 缺一不可。但是从某个方面来说, 抗震措施的比份可能会更大一些, 在抗震措施中有两个方面要注意, 在共有的性质中, 在规定的条款中, 要采用基本规则的设计方案, 在保证美观的前提下, 要求建筑对称, 荷载均匀, 刚度有序变化原则。另一点要严格按照新规范的规定改进措施[4]。

4 总结

砌体结构在多年的经验和教训下, 有了很大的改进, 在这个对砌体结构有着很大依赖的时代, 加强砌体结构的抗震性能是其首要要解决的问题, 抗震性能的增加就是人民生命财产安全系数的增大。时代在发展, 科技在进步, 人民的生活水平和幸福指数在不断上升, 人民的居住既然离不开砌体结构, 土木人就要在砌体结构抗震这一方面投入更多的精力。砌体结构在抗震方面的先天不足, 在后天的弥补中应作为重中之重。在灾难中保证人民的生命财产不受损失才是王道。这应是土木人在抗震方面的神圣职责, 是不断探索学习的动力。

参考文献

[1]张鹏, 李明, 何东升.增层改造与加固砌体结构抗震可靠性向量分析[J].工程抗震与加固改造, 2011, 33 (5) :105-110.

[2]宗周红, 夏坚, 林锦滔, 等.两层预制板砖砌体结构房屋模型双向拟动力试验研究[J].建筑结构学报, 2012, 33 (11) :62-71.

[3]王威, 周颖, 梁兴文, 等.砌体结构在2008汶川大地震中的震害经验[J].地震工程与工程振动, 2010 (1) :60-68.

砌体结构抗震加固性能分析 篇9

我国经济建设稳步发展,建筑业业进入了发展的黄金时期。但是,由于自然灾害(地震、水灾、风灾)、功能提升(增层、扩建等)以及设计施工过程中的错误失误等原因,许多建筑需要进行加固改造。建筑物的加固改造又分为整体加固和局部加固。整体加固就是增强整体结构的强度和刚度,保证安全。局部加固就是对薄弱环节进行增强改造,比如粘贴钢板、粘贴纤维布等。局部加固会造成结构内力重分布,改变其动力特性。设计人员往往没有引起重视,因此有必要对这方面的内容进行研究,以指导设计和施工。

本文以某学校教学楼为例,对局部加固效果进行分析,探讨加固构件对其他构件抗震性能的影响,为类似工程和研究提供借鉴。

1工程概况

某教学楼建于上个世纪就是年代,为多层砖混结构,分为两部分,一部分四层,附属部分一层。结构布置图如图1所示,①~⑤轴为附属结构,⑤~輦輮訛轴为主体结构,现对该结构对抗震加固进行设计。

2单片外纵墙加固对抗震能力的影响

假定Q1~Q4墙体强度为M0.8,才用计算分析软件PKPM进行计算,发现竖向承载力不能满足强度要求,因此需要对该片墙体进行加固,并对加固后的效果进行分析计算,加固用的墙片厚度非别为20mm、30mm、40mm。

原理相同,所以仅对Q1进行分析,结构抗力作为抗震能力的指标,将加固前后的抗力效应进行对比分析,结果如表1所示。

从表1中可以看出加固Q1后对同X轴各墙体和凸出部分拐角位置墙体的抗震能力影响较大,而对横墙和内纵墙的抗震能力影响很小。以加固后Q3、QE、QH的抗震能力变化为例,其随加固面层厚度的变化规律如图2所示。

从图2可知,加固层厚度越大,抗震性能越好。主要是由于增大了截面面积,其刚度和强度都有了较大的提升,具体数据如表2所示。

根据本文的分析,加固后未加固的构件抗震性能有如下特点:

①对与加固墙体同X轴外纵墙、凸出部位拐角处外纵墙的抗震能力影响较大;②对与加固墙体同X轴且相连的窗间墙的抗震能力影响一致;③对与加固墙体同X轴的纵横墙交接处外纵墙的抗震能力影响一致;④对凸出部位拐角处外纵墙的抗震能力影响一致;⑤对该建筑横墙的抗震能力均无影响,对内纵墙的抗震能力影响一致且较小;⑥加固单片外纵墙对其他未加固纵墙抗震能力的提高程度从大到小依次为与加固墙体同X轴的纵横墙交接处的外纵墙、与加固墙体同轴且相连的外纵墙、凸出部位拐角处外纵墙;⑦未加固纵墙的抗震能力均随着加固面层厚度的增大而增大。

3双片外纵墙加固对抗震能力的影响

进行了单片加固分析后,发现了一些规律,本节对双片加固进行分析,同样,砂浆强度设为M0.8,砌体强度为MU10,才有计算软件PKPM进行分析后,得出数据如图3所示。

将图3结果与图1结果对比,可以发现,加固后的抗力变化规律是相同的,随着厚度增加,抗震性能提升越明显,双片加固效果是单片加固的两倍,所以加固对抗力的影响可以进行简单的叠加。

4结论

我国建筑业发展迅猛,但是由于人为因素(设计、施工过程中的错误),自然因素(各种自然灾害或者年久失修)以及功能改变(增层扩建)等原因,许多建筑需要进行加固改造。加固层厚度越大,抗震性能越好。主要是由于增大了截面面积,其刚度和强度都有了较大的提升,采用双片加固是单片加固的叠加。单个构件加固对未加固构件也会有增强作用,所以,当现场条件不具备加固时,可以考虑加固其他构件,达到提高抗震性能的要求。

参考文献

[1]王永维.我国建筑物鉴定与加固改造技术现状与展望[C].第五届全国建筑物鉴定与加固改造学术讨论会,全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会,汕头,2000.

[2]张益多,刘荣桂.混凝土结构加固技术研究及应用综述[J].江苏大学学报,2003(6):2-6.

结构抗震性能 篇10

1 国内外高层钢结构住宅结构体系的研究现状

1.1 国外高层钢结构住宅结构体系的研究现状

国外关于高层钢结构住宅结构的研究较早, 而且在不断的发展过程中已经形成了较大的规模, 在一些发达国家已经建造了较多的钢结构住宅[1]。高层钢结构住宅结构体系主要包括交错桁架体系和钢—混凝土混合结构体系, 其中交错桁架体系的结构是美国学者在1966年所提出的, 并与次年成功的建造了一所钢结构公寓。1974年又有学者提出了关于交错桁架体系中的抗震性能, 然后在1983年进行了交错桁架体系的横向水平风荷载试验, 并得出了相关的实验数据。直到20世纪70年代欧洲才进行了关于钢-混凝土混合结构体系的住宅, 并且在1981年进行了关于地震作用下的动力特性分析。

1.2 国内高层钢结构住宅结构体系的研究现状

我国对于高层钢结构住宅结构体系的研究较晚, 我国在2001年才开始进行关于钢结构住宅相关的科研, 并与多所高校进行合作[2]。我国对于高层钢结构住宅的建设较晚, 但是所取得的成就较高。目前我国高层钢结构住宅的体系主要包括钢框架-支撑结构体系, 钢框架-混凝土筒体结构体系。而且钢-混凝土混合结构中关于抗震性能的研究也取得了较好的成就, 李国强等人将钢-混凝土混合结构中将钢框架简化为半刚性框架, 从混合结构中的特性以及受力和破坏方面进行了全面的分析。

2 高层钢结构住宅结构体系

目前高层钢结构住宅结构体系主要包括钢框架结构体系、刚框架-支撑结构体系、钢框架-剪力墙结构体系、刚框架-混凝土核心筒体系以及交错桁架结构体系, 下面将对这五中高层钢结构住宅结构体系进行详述。

2.1 钢框架结构体系

钢框架结构体系是较为常见的, 钢框架结构体系所指的是沿着纵、横方向的框架来作为承重的主要结构, 钢结构框架结构体系能够使得建筑物的空间得到最大程度的利用。而且钢框架结构体系的受力部位非常明确[3], 构造也非常简洁, 安装过程中非常简单, 在钢材生产过程中能够进行批量化生产。但是钢框架结构体系的抗震能力较差, 对于15层以上的住宅尽量避免使用钢框架结构。

2.2 钢框架—支撑结构体系

钢框架-支撑结构体系主要是利用框架结构作为基础, 并在住宅中布置相关数量的竖向结构来支撑, 这就使得钢框架-支撑结构体系能够承受水平力和侧向力, 这种结构相对于钢框架结构体系而言有着较好的抗震性能, 而且在进行高层刚结构住宅的建造中所耗用的资金也较少, 利于更高层数的施工[4]。但是钢框架-支撑结构体系在施工过程中的施工难度较大, 支撑的不合理也会使得建筑的布局存在局限性。

2.3 钢框架—剪力墙结构体系

剪力墙也可称为抗风墙或者抗震墙, 在住宅结构中主要是承受地震作用引起的水平荷载, 能够有效的防治住宅结构受到剪切的破坏。在高层钢结构住宅中合理的运用剪力墙能够使其更加稳固, 使得高层钢结构住宅能够承受更大的负荷。钢框架—剪力墙结构体系中竖向的负荷是依靠钢框架承担的, 而横向的荷载是钢框架和剪力墙共同承担的。当然剪力墙也分为多种形式, 有的是钢板结构的剪力墙、钢板混凝土组合的墙板或者钢筋混凝土剪力墙, 钢框架—剪力墙结构体系能够使得高层钢结构住宅结构能够抵御更强的推力, 并能够承受更大的地震中的剪力[5]。这样就能够使得高层钢结构住宅的高度得到更大的提高, 但是在地震发生时容易使得住宅的局部出现破坏的情况。

2.4 钢框架—混凝土核心筒体系

钢框架-混凝土核心筒体系主要是钢筋混凝土的芯筒和钢框架共同组成的混合结构体系, 钢框架—混凝土核心筒体系与钢框架—剪力墙结构体系有很多的相似之处, 这种结构体系能够承受较大的荷载。钢框架—混凝土核心筒体系中核心筒主要是承担横向荷载, 并占据其中90%以上的荷载, 而钢框架主要是承担竖向荷载。这种结构体系在高层钢结构住宅的建设当中运用的非常广泛, 而且其施工过程中能够有效的节省材料, 更大限度的降低了工程造价。但是这种结构体系中钢框架与核心筒的关联性不够紧密, 即在较大的地震作用下核心筒遭到破坏, 那么钢框架也就无法抵御地震的冲击。

2.5 交错桁架结构体系

交错桁架结构体系主要是由柱子、桁架以及楼面板所构成的, 通常柱子是固定在建筑的外围, 而桁架则是固定在柱子上, 楼面板则是固定在桁架的上弦与下弦中。交错桁架结构体系对于搞成钢结构住宅的空间占用较小, 其中横向荷载是由桁架承担的, 柱子主要是承受轴力[6]。虽然交错桁架结构体系能够更大限度的节省住宅面积, 但是其结构较为复杂, 施工难度偏大, 不易于在高层钢结构住宅中进行施工。

3 高层钢结构住宅结构体系中抗震设计的基本方法

高层钢结构住宅结构容易受到地震的影响, 地震发生时会产生横向和纵向两个方向的力。高层住宅在地震发生时所遭受的破坏也会更大, 所以在进行高层钢结构住宅结构体系的建设中要尤其注意其抗震性能的分析。在进行高层钢结构住宅结构体系的抗震性能分析中要根据地震的反应特点进行相关的计算, 因为关于高层钢结构住宅结构体系的抗震包括建筑场地、结构类型以及高度等多方面的因素的影响。简化精确的计算将能够使得高层钢结构住宅的安全性能得到更大限度的保障, 下面将详述抗震设计的集中基本方法。

3.1 底部剪力法

这种方法的计算较为简单, 而且计算的时间也较短, 这种方法通常运用在较为规则的住宅结构在水平方向所受的荷载。这种计算方法不仅可以得到住宅结构在水平方向的地震作用, 而且还能够得到地震作用在结构高度上的分布。

3.2 反应谱法

反应谱法的理论基础主要是利用单质点在地震过程中的反应来进行研究的, 然后就可以绘制相关的地震反应谱曲线, 反应谱曲线描述的是质点在地震作用下反应和自振周期之间的函数关系, 利用这种方法能够分析不同的地震对高层钢结构住宅结构的影响。

3.3 时程分析法

反应谱法主要是以地震反应谱为依据, 其能够在很大限度上分析有关与承载力和变形的结果, 但是其不能够体现出结构存在的薄弱位置以及可能发生的震害, 有较大的局限性。但是时程分析法能够将整个高层钢结构住宅结构作为一个振动系统[7], 然后依据地震加速度与时间之间的变化函数就能够较好的分析出各质点的地震响应, 同时时程分析法也能够分析出对于不规则住宅的地震反应。

4 高层钢结构住宅结构抗震性能探析

关于高层钢结构住宅结构抗震性能的探析首先应该建立相关的模型, 然后采取相应的简化模型来进行数据结果的分析, 其中应该包含框架的边长、壁厚、主梁截面、次梁截面, 钢支撑矩形截面的边长、壁厚以及厚度等。建立相关的模型之后就要进行模态分析, 模态分析主要是运用于高层钢结构住宅结构在地震荷载作用下的线性分析, 也可称之为振型叠加法, 这能够更大限度的缩短高层钢结构住宅结构的计算方法, 模态分析所得到的结果是进行动力分析的重要参数, 也是反应谱分析以及时程分析的基础保障。反应谱分析中所得到的是地震运动的平均值, 能够反映出每个振型位移中的最大值, 对于反应谱所得到的结果可以直接用于高层钢结构住宅的结构体系设计中[8]。地震作用的计算方法有两种, 一种是底部剪力法, 而另一种是振型分解法, 底部剪力法只考虑了结构的第一振型, 但是对于高层钢结构住宅而言会带来较大的误差, 所以在高层钢结构住宅结构中应该采用振型分解法。

本文主要介绍了高层钢结构住宅的几种不同的结构体系, 然后讲述了各种结构体系的优缺点以及适用范围, 然后主要讲述的是高层钢结构住宅的抗震性能分析, 通过这些讲述可以得到在高层钢结构住宅结构体系的设计过程中应该综合考虑其经济性、施工时间以及施工场地等因素, 然后配合相关的抗震性能分析, 最后来选取较好的方案。

参考文献

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[2]沈健伟.发展钢结构住宅遇到问题和对策及发展现状和前景分析[A].2012中国钢结构行业大会论文集[C].2012年.

[3]吴席爽, 曲衍进, 白鹤.钢结构住宅新工艺及新材料[A].第九届沈阳科学学术年会论文集 (信息科学与工程技术分册) [C].2012年.

[4]沈祖炎.必须还钢结构轻、快、好、省的本来面目[A].影响中国-第二届中国钢结构产业高峰论坛论文集[C].2010年.

[5]王明贵.中国的住宅产业化与钢结构住宅——《轻型钢结构住宅技术规程》JGJ209—2010介绍[A].影响中国-第二届中国钢结构产业高峰论坛论文集[C].2010年.

[6]孙永强, 张旭, 苏醒.不同体量钢结构住宅结构及围护结构生命周期详单分析[A].全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集[C].2010年.

[7]王明贵, 赵爽, 张大力.一种新的轻型钢结构住宅体系介绍[A].2010年全国建筑钢结构行业大会论文集[C].2010年.

结构抗震性能 篇11

关键词边缘约束构件;剪力墙;抗震

中图分类号TU375文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0079-01

根据《建筑抗震设计规范》第6.4.6.1条和《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.15的要求,一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件,但墙肢底截面在重力荷载代表值作用下的轴压比小于一级9度0.1、一级8度0.2、二级0.3可设置构造边缘构件。约束边缘构件又分为阴影区和非阴影区,并按相应的配箍特征值来确定其体积配箍率。

1基于变形能力的剪力墙抗震设计方法

基于变形能力的剪力墙抗震设计方法是当前的一个发展方向。Priestley通过对悬臂剪力墙截面的弯矩-曲率关系分析,得到剪力墙的转动及变形能力 ,Thomsen则建立了完整意义上的基于剪力墙顶点位移的变形能力设计方法。结合我国实际,钱稼茹等建立了基于位移延性需求、基于位移角需求的剪力墙变形能力设计方法,对剪力墙边缘构件提出了合理的设计建议,但没有体现我国规范对不同抗震性能要求的结构采取不同抗震措施(抗震等级)的特点。在以往研究成果基础上,选取剪力墙的极限塑性铰转角需求作为设计基准,确定了不同抗震等级剪力墙对应的塑性铰转角需求,建立剪力墙塑性铰转角、轴压比、边缘构件约束区长度以及配箍特征值的关系,针对我国规范目前设计现状,提出了较合理的剪力墙轴压比限值及边缘构件设计方法。

2剪力墙的变形设计

剪力墙之所以是主要的抗震结构构件,主要因为,剪力墙的水平刚度大,容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的侧向位移限制。但是剪力墙刚度大,承受的地震水平力也随之增大,以往认为钢筋混凝土剪力墙结构的破坏属于脆性破坏形式,所以一些国家对剪力墙在地震区的采用持慎重态度。随着实验研究的深入,使剪力墙的抗震设计有了很大发展,形成了一套较完整的强度,延性保证构造措施。我国清华大学工程研究所及国内外其他研究单位所做实验表明,剪力墙的边缘构件有横向钢筋约束可有效改善混凝土的受压性能,增大剪力墙的延性。此外还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。边缘构件根据结构形式和受力状况分为约束边缘构件和构造边缘构件两类,其作为剪力墙的加强边约束能力,主要与边缘构件的配筋范围、配箍量以及配筋形式有关。由于各规范之间表述的不同以及结构师对规范理解的差异,特别是为满足建筑形式的特殊要求,剪力墙在具体工程中的设计因项目而异。

由有关研究可知,剪力墙的延性除了与边缘构件范围配箍率大小等因素有关外,还与截面的的相对受压区高度或轴压比有关,当截面的相对受压区高度或轴压比较小时,即使不设置约束边缘构件,剪力墙也具有较好的延性和耗能能力。当相对受压区高度或轴压比超过一定值时,就需要增大边缘构件的范围和配箍量。剪力墙属竖向悬臂构件,当为高层结构时,即使在轴压比较小的情况下,由于竖向高度较高,横向地震力对剪力墙产生的弯矩在剪力墙底部也会很高,所以,对底部加强部位的约束边缘要求不予放宽是有道理的。因此《高层建筑混凝土结构技术规程》规定:约束边缘构件纵向钢筋的配筋范围不应小于阴影面积,其纵向钢筋最小截面面积,一、二级抗震设计时分别不应小于图中阴影面积的1.2%和1.0%并分别不应小于616和614;一、二级抗震设计时箍筋直径均不应小于8mm、箍筋间距分别不应大于100mm和150mm。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.2.6条,剪力墙的受剪截面应符合下列要求: 1)剪跨比大于2.5时,截面尺寸要求:

2)剪跨比不大于2.5时,截面尺寸要求:

实验表明,在相同初始应力水平下,随着端部约束加强作用的增强,剪力墙的水平荷载承载力得以相当程度地提高,尤其是与无任何加强作用的剪力墙相比,配有端部加强钢筋的剪力墙的水平作用承载力提高了2.5倍。与此相反的是,剪力墙的位移延性和粘滞阻尼耗能性能则有相当程度的降低,与无约束的剪力墙相比,带翼缘约束的剪力墙位移延性系数降低56%,粘滞阻尼系数降低了38.2%,这主要是由于端部约束作用的加强致使剪力墙整体变形成分中剪切变形比例增加。同时采用具有相同面积加强纵向钢筋的暗柱约束形式和明柱约束形式对剪力墙的抗震性能影响并不明显,水平承载力上升和延性系数下降均较为平缓。

值得注意的是目前设计较多的小高层住宅多采用短肢剪力墙,由于短肢剪力墙在结构中所占比例较高,结构与侧向刚度较大的普通概念的剪力墙结构有了显著弱向量变,规范关于剪力墙诸要素的参量系针对普通概念的剪力墙制定,对整體为短肢剪力墙结构的适用程度便较难把握,全部套用并不合适,有待进一步的研究。

3结论

边缘配箍能够约束边缘混凝土、提高剪力墙承载能力 ,改善延性 ,减缓剪力墙在服役过程中的刚度下降,有效设置边缘箍筋可以使结构具有更为良好的抗震性能。钢筋混凝土剪力墙塑性变形能力随轴压比的变化是变化的。轴压比大,边缘混凝土受压区的应力很高,在偏压状态下,如果构件边缘混凝土约束不够,边缘混凝土就会先于边缘钢筋而破坏,致使构件失效。

对不同端部约束的剪力墙对比分析结果表明,随着端部约束作用的逐步加强,水平作用承载力增加,但是剪力墙的变形延性和耗能性能则由于剪切作用效应的增强而有所降低,从模拟分析的角度验证了试验结果中的端部约束对剪力墙抗震性能影响规律的正确性。

参考文献

[1]Priestley MJ N. Aspect of Drift and Ductility Capacityof Rectangular Cantilever Structural Walls [R].Bulletinof New Zealand Societyf or Earthquake Engineering, 1998, 31(2):73- 85.

[2]Thomsen J H, Wallace J. Displacement2Based Design of Slender Reinforced Concrete Walls2Experimental Verification[J].Journal ofStructural Engineering. 2004, 130(4): 618- 630.

[3]钱稼茹,吕文,方鄂华.基于位移延性的剪力墙抗震设计[J].建筑结构学报,1999,20(3):42- 48.

结构抗震性能 篇12

抗震减灾一直是备受关注的结构问题之一,地震对建筑结构的破坏是复杂的,像房屋、桥梁等若经受不住地震荷载,轻者会震裂,重者会倒塌或扭曲。宜居建筑首先应该是安全建筑,是在重大灾害面前“保证生命安全、减少财产损失”的建筑结构。传统建筑结构采用“抗”的方式设计,通过加大构件截面尺寸、增加结构刚度来保证建筑安全。

本试验采用低碳、环保的木、竹材料制作模型。由于采用新材料,无法按一般的钢筋混凝土结构或钢结构的常用构件截面尺寸换算出模型构件的截面尺寸,故根据材料允许应力,由“假设验算”的方法确定,拟定流程如图1所示。克服构件局部失稳、节点处理、支撑方向、模型荷载、数据采集等一系列问题,利用ANSYS提供的子空间法求解特征方程,采用MIDAS/GEN软件进行结构数值分析,提取多层框架模型结构自振频率与各阶振型。最后得出保证结构安全应采用“放”的方式设计,例如通过在隔震层设隔震和耗能元件,或在特定层设减震消能构件,降低传到建筑的地震作用来保证建筑安全。

1 实验设计与方法

1.1 模型制作

根据振动台负载能力、台面大小及模型底板的大小,结合实际房屋建筑开间与进深的关系以及普通民用建筑一般楼层荷载的大小,确定模型几何相似比为1∶15;模型柱网布置为200 mm×200 mm,首层层高300 mm,其余层高250 mm。

1)构件稳定性。梁、柱截面均为薄壁构件,在外荷载作用下,薄壁构件极易发生局部或整体失稳破坏,最终导致模型垮塌,使得试验无法进行,为此在梁、柱截面中加肋(尺寸如图2),一方面增加梁柱刚度,另一方面能抑制构件断面在荷载下的局部失稳。模型方案尺寸见表1。

2)节点处理。由于一般框架结构要求节点应为刚性连接,为保证框架结构在地震作用下的“强节点、强锚固”的要求,将梁端的材料与柱进行一定长度的搭接,并将柱脚的材料与底板进行一定长度的粘结,节点处增加胶水用量。

3)支撑方向。模型实物见图3。

mm

1.2 模型荷载

1)利用铁块模拟结构楼面活荷载,活荷载一般为2.0k N/m2。地震作用下结构承担的重力荷载代表值取结构恒载和50%的楼面活荷载,由于模型几何相似比为1∶15,则力的相似关系为1∶152,因此模型每层施加的铁块重量为:

则每层施加铁块的质量为:M=4 kg

2)利用WS-Z30小型精密振动台系统对框架结构模型施加地震波,振动台输入的地震波取自汶川地震中什邡八角站记录的NS方向加速度时程数据,加载分三级。一至三级的输入电压分别为0.4、0.6、0.7 V;采样频率分别为200,250,300 Hz;加载时间分别为32、26、21 s;台面最大加速度参考值0.353、0.783、1.130 g。在加载中,通过控制加载设备输入电压和地震波数据采样频率获得具有不同输出峰值加速度和不同卓越频率的地震波,以全面检验模型对于不同强度和频谱成分地震波作用下的承载能力。加载时功率放大器的增益(Gala)旋钮统一调至90°标识,此时向三级加载的设备输入电压和数据采样频率控制值。

2 结构模型数值模拟分析

2.1 试验加载输出数据

对不同梁柱刚度比的4个结构模型,分别施加汶川一至三级地震波。由顶层加速度传感器获得的试验数据,通过加载控制软件及积分运算,获得顶层位移时程曲线。

2.2 数值模拟分析数据

对4个有限元分析模型分别进行三级地震波下的时程分析,并在后处理模式下提取时程分析结果(如图4~7)。

1)模型1(10×10无支撑)。

2)模型2(10×10有支撑)。

3)模型3(12×12无支撑)。

4)模型4(12×12有支撑)。

3 讨论与结论

3.1 结构动力特性

对比不同模型的自振频率可以看出,模型1、3无支撑,其刚度远小于带有支撑的模型2、4,模型1、3的自振频率远小于模型2、4。即:结构刚度越大,自振频率越大,加入支撑对结构模型自振频率影响显著(见表2)。

Hz

3.2 结构抗震性能

1)底部剪力法和振型分解反应谱法是地震作用力的常用计算方法,对比不同模型基底剪力最大值,模型2、4的基底剪力最大值远大于模型1、3,总体而言,结构刚度越大,基底剪力越大,且随地震波强度递增。

2)对比三级地震波作用下模型1、3的试验与数值模拟结果(见图8(a)),以及三级地震波作用下模型2、4的试验与数值模拟结果(见图8(b)),可得:增加柱截面尺寸,使结构刚度增加,地震波作用下位移量加大,且基本随楼层数递增。

3)模型2、4为带有支撑杆件的框架结构,对比三级地震波作用下模型1、2的试验与数值模拟结果(见图8(c)),以及三级地震波作用下模型3、4的试验与数值模拟结果(见图8(d))可见:加入支撑的结构模型结构刚度增加,所受的地震力越大,地震波作用下位移量加大。

综上所述,在结构设计时,要综合考虑各种因素,合理确定结构的刚度,保证在地震时,结构既不会因刚度过大而受到很大的地震反应,又要保证结构有足够小的层间位移,以保证各非受力构件的正常使用。

参考文献

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[2]GB50005-2003木结构设计规范[S].

[3]潘景龙,祝恩淳.木结构设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[4]邱法维,钱稼茹,陈志鹏.结构抗震试验方法[M].北京:科学出版社,2008.