设防烈度

设防烈度（共4篇）

设防烈度 篇1

提到抗震设防烈度,大家都很熟悉,在图纸结构设计说明中都曾提到。我国华北地区设防烈度一般为7度～8度。但有一部分人容易把抗震设防烈度与震级相混淆,在这里就这两个概念简单的阐述一下。

地震震级是表示地震本身大小的一种度量。其数值是根据地震仪记录到的地震波图测定的。根据我国现用仪器,近震(震中距小于100 km)震级M,计算式为:

M=logA+R(Δ)。

其中,A为地震记录图上量得的以μm为单位的最大水平位移;R(Δ)为依震中距Δ而变化的起算函数。

震级间接的表示了地震所释放出来的能量。震级每增加一级,地震所释放出来的能量约增加30倍。大于2.5级的浅震,在震中附近地区的人就有感觉,叫有感地震;5级以上的地震会造成明显的破坏,叫作破坏地震。

地震烈度是指某一区域的地表和各类建筑遭受某一次地震影响的平均强弱程度。一次地震,表示地震大小的震级只有1个。然而由于同一次地震对不同地点的影响不一样,随着距离震中的远近会出现多种不同的烈度。依据震级粗略地估算震中烈度的方法是:

震中烈度Io=(M-1)×1.5。

即M=Io/1.5+1。

工程上进行抗震设防的目的是在一定的经济条件下,最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏。我国的抗震设计原则为“小震不坏,中震可修,大震不倒”。人们通常说的抗震设防烈度是指一个地区在一定时期内在一般场地条件下按一定的超越概率(我国取10%)可能遭遇到的最大地震烈度。设防的烈度对应的是中震的烈度,它在50年内的超越概率一般为10%,是应用国家规定的每一个地区的基本烈度。小震对应的是多遇地震烈度,大震对应的是罕遇地震烈度。通过对我国45个城镇的地震危险性分析结果的统计分析得到:基本烈度较多遇地震烈度约高1.55度,而较罕遇地震烈度低1度。

对应于前述设计原则,我国GB 50001-2001建筑抗震设计规范明确提出了三个水准的抗震设防要求,具体如下:

第一水准:当遭受低于本地区设防烈度的地震影响时,建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用;

第二水准:当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时,建筑物可能损坏,但经一般修理即可恢复正常使用;

第三水准:当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时,建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。

综上所述,当人们处于7度设防区,相当于约5.7级地震的震中烈度。当发生低于5.7级地震时,经抗震设防的一般砖混结构多层住宅一般不会发生破坏;当发生5.7级～6.3级地震时,经抗震设防的一般砖混结构多层住宅可能损坏,但经一般修理即可恢复正常使用;当发生大于6.3级地震时,一般建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。

因此,抗震设防烈度与震级是两个不同的概念,但它们之间有着密切的联系,切不可混为一谈。

参考文献

[1]赵玉琴.房屋的抗震设防措施[J].山西建筑,2007,33(22):75-76.

[2]肖金.基于可靠度的结构抗震优化设计[J].山西建筑,2007,33(10):91-92.

设防烈度 篇2

由于当前的经济技术水平,我国建筑结构的抗震设防目标是针对三个水准的地震烈度考虑的,采用的抗震设计方法是围绕两种水平的地震烈度的不同概率可能采用两阶段的设计工作。在这种指标下建筑结构抗震设防的主要技术路线是:1)根据历史地震文献和地震地质资料等进行地震危险性分析,以得到地震烈度的时间和空间分布数据,然后应用概率论和统计理论并结合我国的经济技术水平得到我国的地震烈度区划图;2)依据地震烈度区划图,针对两阶段的设计方法提供两套设计地震动参数并提出相应的概念设计要求和结构构造要求。由此可见,我国的抗震设防工作是围绕地震烈度这一概念进行的,地震烈度是我国建筑结构的抗震设防指标。

1 地震烈度的历史和应用

地震烈度是一种最古老的地震强度衡量指标,用来衡量地震对人造工程和地表破坏程度以及人的感觉。由于地震烈度不用仪器进行测定,而是通过在地震区对地震作用的实际观察得出,因而可以对历史地震确定其烈度。这样,通过地震烈度这一概念,历史地震记录可以作为现代地震危险性估计的重要参考。

有学者认为地震烈度的概念是由Mercalli在1902年首先提出的。事实上19世纪80年代意大利的Rossi和瑞士的Forel就已经提出了最早的地震烈度表。不过的确是Mercalli首先将地震烈度定为12级。1931年,Wood与Neumann根据加州的情况对地震烈度表进行了重新的修改,这就是世界上比较通用的地震烈度表。

地震烈度最成功的和最有价值的应用是在震后绘制等震线图上,将地震破坏用数字等级进行描述产生的烈度图确实提供了比较粗略但却有价值的地面震动分布、地表土和地下地质结构层的影响、震源区以及与保险和工程问题相关的信息。

2 关于结构的抗震设防目标

工程设防目标是以最少的代价建造具有合理安全度的、满足实用要求的工程结构。安全度概念的提出是由于人们认识到结构强度与外部荷载都有一定随机性。目前的结构抗震理论认为:对于地震这类偶然性很大的荷载,保证结构在任何状态下都具有合理的安全度在经济上是不划算的,甚至在技术上也是不可能的。于是人们认识到结构的抗震安全度并不能绝对的保证,而应该追求结构在不同地震遭遇可能性水平上的相对安全度,从而形成了以概率论为基础的抗震设防目标。

建立上述的针对抗震设防标准的概率模型,需要大量实际工程地震记录。目前积累的强震记录只有不到100年的历史,在时间跨度上是远远不够的。历史地震记录具有很大的时间跨度,是一种不容忽视的资料。而对于历史地震,地震烈度是唯一一个可以有效还原并与近现代强震记录相连接的概念。在这个意义上,人们选择地震烈度作为抗震设防标准的指标存在着一定的必然性。有了更长的时间跨度和更丰富的资料,人们有理由认为以地震烈度为指标建立的抗震设防目标至少在概率意义上更加精确。

3 针对地震烈度进行抗震设防存在的问题

地震烈度是一个十分复杂、模糊和笼统的主观的概念。这一概念产生于人们尚无有效的测量地震动物理参数的工具的时候。当时的地震学者用它来描述和比较某次地震在相关地区产生的影响程度的大小。地震烈度的概念发展至今,地震烈度表是其目前最精细的使用参照。不可否认,地震烈度表仍然是非常粗略的。由于地震烈度包括人的感受、地震动引起的响动之类无法量化的多重指标,这就导致了每次强震过后,强震区的烈度划分总是存在争议。由于地震烈度具有多指标综合性,在多个指标评定结果相差较多时,如何综合评定,这往往就取决于个人主观决定。不仅如此,具体到衡量地震烈度的每个指标的应用同样带有较大的随意性。目前的地震工程领域已经认识到包括结构类型,场地条件,震源机制在内的诸多因素对地震作用的影响。在实际的结构抗震工程中,认识较为成熟的影响因素已经考虑到结构抗震设计之中。地震烈度为设防指标显然没有区分种种因素造成的差异,从而也说明,在一定程度上地震烈度是一个落后的概念。总而言之,地震烈度是个十分粗略的概念,在建筑结构抗震设计中使用这一概念作为抗震设防指标是不恰当的。

地震作为一个极为复杂的自然现象,地震动参数之间往往不存在明确的对应关系,事实上地震烈度和任一地震动参数之间的对应关系更加模糊。自从20世纪30年代～50年代,人们逐渐积累了不少的地震记录,并依靠这些资料试图建立地震烈度与某个地震动参数的对应关系。最后的结论是:寻求地震动的任一单项参数与烈度的对应关系是徒劳的。这一事实的存在也就导致了在抗震工程中无法以地震烈度为出发点,直接合理的得到建筑结构的抗震设防参数,也无法经由合理的计算方法,将结构抗震验算的结果回归至地震烈度并依据三水准的设防目标来检验。考虑到地震烈度与地震动参数的对应关系极不明确,可以设想地震烈度与结构抗震概念设计要求和构造要求的对应关系更加不明确。很显然,地震烈度不是目前建筑结构抗震设防技术水准可以直接把握的概念,而在本质上,地震烈度在实际抗震设计中已经在很大程度上被绕开了。以地震烈度作为抗震设防标准的指标存在着建筑结构的抗震设计与抗震设防目标的脱节现象。

4关于地震动潜在破坏势

地震动潜在破坏势概念的提出旨在估计和比较地震动对结构的破坏作用。由于这一概念涉及到的问题在地震工程领域非常重要,研究者已经就其在各个角度展开研究,并取得了丰硕成果。目前,已经提出的用来量度地震动潜在破坏势的地震动特性有:震级、地震烈度、地震动峰值、地震动增量峰值、结构的地震反应峰值、延性需求、输入能量等。更有人提出过采用多个地震动特性的综合量化指标。尽管迄今为止还未有让人信服的成果出现,不过研究结果越来越让人满意了。相对于地震烈度,采用地震动潜在破坏势作为抗震设防指标存在着许多优势:1)地震动潜在破坏势是一个专门应用于描述和评价地震动的结构破坏作用的概念,相对于地震烈度,它的针对性更强;2)地震动潜在破坏势是一个可以量化的概念,因为它采用具有明确物理意义和工程抗震设计意义的地震动参数作为指标,从而更适用于实际抗震工程中“三水准”抗震设防目标的检验和“两阶段”抗震设计方法的实施;3)现阶段地震动潜在破坏势的研究一直在试图找到更能确切表征它的地震动参数和方法,从某种意义上,地震动潜在破坏势的研究代表了当前人们工程地震和结构抗震的认识水平,采用它作为抗震设防指标更有利于应用地震工程方面的最新研究成果。

5结语

在目前的技术层次之下,建筑结构抗震设防工作实际上是以地震的动力特性和结构的动力反应特性为理论依据开展的。考虑到目前关于地震烈度与地震的动力特性和结构的动力反应特性之间关系的研究成果和结论,针对地震烈度这个模糊的概念进行建筑结构的抗震设防无疑脱离了工程抗震实际。我认为有必要对建筑结构抗震设防指标进行重新思考,而地震动潜在破坏势作为一个针对性强、工程意义明确、可准确量化和描述并体现了抗震工程实际研究成果的概念显然是一个更有前景的考虑。

摘要：通过对合理的抗震设防指标进行探讨,对地震烈度的含义和应用进行了研究,进而对地震烈度作为抗震设防指标进行了评价,对合理的抗震设防提出了建议,以达到抗震设防目标。

关键词：抗震指标,地震烈度,抗震设防,地震动潜在破坏势

参考文献

[1]GB 50011-2002,建筑抗震设计规范[S].

[2]胡聿贤.地震工程学[M].第2版.北京:地震出版社,2006:10-110.

[3]王光远.建筑结构的震动[M].北京:科学出版社,1978:27-34.

[4]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,2004:12-25.

设防烈度 篇3

首先地震的成因主要有三种:构造地震、火山地震和陷落地震。

地震发生后, 各地区的地震灾害一般不相同, 通常用地震烈度来描述地震的宏观现象。世界上多数国家使用的基本上是12等级划分的烈度表。对应于一次地震, 震级只有一个, 而地震烈度在不同地区却是不同的。通常震中的地震烈度最高, 随着震中距的增加, 地震烈度逐渐降低。一个地区的基本烈度是指该地区今后一定时间内, 在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。根据我国有关单位对华北、西南、西北45个城镇的地震烈度所作出的概率分析, 基本烈度大体为在设计基准期内超越概率为10%的地震烈度。

建筑场地对不同建筑物的破坏有很大影响。它的一个重要动力特性是建筑场地的卓越周期, 又叫设计特征周期, 或简称特征周期。建筑物的自振周期与场地特征周期相等或接近时, 建筑物的震害有明显加重的趋势。这是由于建筑物的振动发生了类似共振的现象。在建筑物的抗震设计时应尽量避免这种现象

1 建筑结构应根据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁类四个抗震设防类别。

甲类、乙类建筑:当本地区的抗震设防烈度为6~8度时, 应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求;当本地区的设防烈度为9度时, 应符合比9度抗震设防更高的要求。当建筑场地为Ⅰ类时, 应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施;

丙类建筑:应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为I类时, 除6度外, 应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施.按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级烈度, 按调整后的抗震等级烈度。

全国大部分地区的房屋抗震设防烈度一般为8度。地震具有突发性、不可预见性、灾害性的特点, 至今可预报性、提前预知能力及防护措施仍然很低。强烈地震常造成人身和财产的巨大损失。我国属地震多发带, 需要考虑抗震设防的地域较广阔且设防烈度需加强, 因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。我国的现代抗震设计理论是从五十年代开始, 在国际抗震理论的推动下发展起来的, 并逐渐形成了自己的特色。在积累了相当的研究成果和实践经验的基础上, 相继制定了74、78、89规范和新修订的2001抗震设计规范 (GB5001122001) 按2001年规范设计的建筑物的抗震能力较89规范可提高10%~15%, 其技术含量达到国际先进水平。但由于受国家经济实力的限制, 安全可靠度的设置仍低于美国等发达国家。要想更好的执行规范就必须明确抗震规范制定的基本思想, 明确抗震设计的基本原则。

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地震分为小震、中震和大震。所谓小震指的是常遇地震, 50年出现的概率大约为63%, 重现期为50年。中震是指50年出现的概率约为10%, 重现期为475年。而大震指的是罕见地震, 50年出现的概率为2%~3%, 重现期为1641~2475年。对于偶然性和随机性很大的地震荷载, 要想使结构强度一定大于结构反应, 几乎是不可能的, 而且是十分不经济的。受社会承受牺牲的能力和经济制约的因素, 我们只能从概率的角度出发, 使结构在一定的概率保证下能安全正常地发挥作用。这就决定了抗震设计的基本原则, 在我国即通常所说的“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。在“小震”作用下, 要求结构不受损伤或不需修理仍可继续使用。从结构抗震分析角度来说, 就是要求结构在“小震”作用下保持准弹性反应状态, 而不进入使建筑物中断使用和产生非结构构件破坏的非弹性反应状态;同时结构的侧向变形应控制在合理的限制范围以内, 目的是使结构具有足够的抗侧向力刚度。中震大概相当于我们的设防烈度地震, 当遭遇到中震作用时, 结构可以有一定程度的损坏, 经修复或不经修复仍可继续使用。从经济角度来说, 维修费用不能太高。对发生概率极小的罕遇大震 (“大震”的烈度比设防烈度约高一度左右) .要求当结构在遭遇“大震”作用时, 不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。这样一个抗震设防目标是非常经济合理的。因为地震的发生太偶然, 倘使我们一味地追求结构的强度以保证中震甚至是大震作用下结构不坏, 这将会使极大量的材料在绝大部分时间里, 甚至在整个寿命期内都处于不能充分发挥作用的状态, 这样做是不明智的。在上述设计原则指导下, 就要求结构处于这样一种状况: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。并通过验算小震作用下的弹性位移共同来保证结构不坏。处于这个阶段的结构构件不会发生明显的非线性变形, 也不必需要采取特殊的构造措施。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 (延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时, 结构仍能维持其初始强度的能力, 是结构超过弹性阶段的变形能力, 它是结构抗震能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞回特性吸收能量的能力, 它是抗震设计当中一个非常重要的特性) .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。代价是可能导致较宽的裂缝, 混凝土表皮起壳、脱落, 可能有一定的残余变形, 但不至于导致安全失效, 以达到中震可修的设防目标。处于这个阶段的结构, 对延性就会提出相应的要求, 而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。

2 地震力降低系数的大小决定了设计地

震力取值的大小, 从而决定了对延性要求的大小。由上所述, 用于承载力设计的地震作用可以取到小震水平, 当更大的地震来临的时候, 则靠结构的延性去抵抗。所以, 我们并不取用设防烈度地震作用力来进行结构承载力设计, 而需要把设防烈度地震力降低一个系数, 称为地震力降低系数。地震力降低系数取得越大, 设计地震作用就取得越小;地震力降低系数取得越小, 设计地震作用就取得越大。在同一个设防烈度下, 地震力降低系数取得越大, 地震作用就越小, 那么按此小的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越低, 意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越大, 这就要求结构具有较大的延性来保证它较大的非弹性变形的实现, 因而对延性提出的要求就更高。这一延性等级的结构即为较低设计地震力取值2较高延性要求的“高延性等级”结构。地震力降低系数取得越小, 地震作用就越大, 那么按此大的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越高, 意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越小, 这就只需要要求结构具有较小的延性来保证它较小的非弹性变形的实现, 因而对延性提出的要求就越低。这一延性等级的结构即为较高设计地震力取值2较低延性要求的“低延性等级”结构。同理, 在同一个设防烈度下, 地震力降低系数取为中等, 地震作用也为中等, 因而对延性提出的要求也为中等。这一延性等级的结构即为中等设计地震力取值2中等延性要求的“中等延性等级”结构。这样, 地震力降低系数的大小实际上就决定了设计地震力取值的大小, 从而决定了对延性要求的大小。中国规范规定把设防烈度地震作用降低约3倍来进行承载力设计, 即设防烈度地震作用反应谱除以地震承载力降低系数3, 而得到设计所用的反应谱。并且中国规范按设防烈度从大到小对结构延性提出了从高到低的要求, 具体是用抗震等级来表示, 共分为一级、二级、三级、四级四个等级。初步印象是:中国的地震力降低系数的取值偏低。这似乎说明中国的地震力取值较高, 因而并不需要对结构提出高延性要求。其实不然, 在对比了中国和西方国家的设防地震作用反应谱曲线之后, 我们发现, 在中长周期范围内, 西方要比中国高, 也就是说, 中国在较低的反应谱水平下降低3倍, 跟西方在较高的反应谱水平下降低5倍, 甚至更多之后的作用水平是相差不多的, 这就说明, 中国对抗震结构应提出相当于西方地震力降低系数等于5, 甚至高一档次的高延性要求。

3“能力设计法”已为各国普遍接受, 通

过能力设计法以选择性质不同的主要抗侧力构件, 在地震作用影响产生大变形的情况下, 能够形成较好的耗能机制。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性, 就必须通过能力设计法, 使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。能力设计法的具体思路有三步:

3.1 第一步是选择一个可接受的塑性变

形机构。所选机构的位移延性应该靠塑性铰处最小非线性转动来达到。一旦选定了合适的塑性变形机构, 就可以精确地确定能量耗散部位。能力设计法在选择塑性变形机构的选择上存在两种不同的方案:一种是“梁铰机构”。其具体措施是人为地较大幅度增加柱端的抗弯能力, 使除底层柱底以外的各柱端在较强地震作用下, 原则上不进入屈服后状态, 即不出现塑性铰。由于柱端原则上不进入屈服, 曲率较小, 因此对除底层柱底的其它各层柱端不必提出严格的轴压比控制条件, 即不必一定要把柱端的受力状态控制在离大、小偏心受压界限状态尚有一定距离的延性较好的大偏心受压状态。这种机构主要靠梁端出铰来耗散地震能量。另一种是“梁柱铰机构”。其具体措施是只在一定程度上人为增大柱的抗弯能力, 因此, 从总体上说, 柱端虽然与梁端相比相对较强, 但在较强和很强地震作用下, 柱端仍有可能进入屈服, 只不过梁端出现塑性铰的机会较多、较早, 塑性转动较大;柱端塑性铰则出现相对较迟, 塑性转动相对较小。只要对柱的轴压比控制较严, 使柱端不出现小偏心受压和离大、小偏压分界状态过近的大偏心受压情况, 再通过加强对柱端塑性铰区的约束, 就可以使柱端具有所需的、不十分苛刻的塑性转动能力 (延性能力) 且不致压溃。这种机构主要靠梁柱共同出铰来耗散地震能量。对比以上两种方案, 前者实际上是提高了柱的强度, 加强了柱的弹性变形能力。在实际配筋当中, 纵筋用量相对较多, 箍筋用量相对较少。后者实际上是提高了柱的塑性变形能力, 在实际配筋当中, 纵筋用量相对较少, 箍筋用量相对较多。中国规范选择了第二个方案, 即“梁柱铰机构”。这即是我们通常所说的“强柱弱梁”。为了实现能力设计方法中的强柱弱梁机构, 我们通常的做法是对柱截面的组合弯矩乘以增大系数;也可以对由梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩, 即实配弯矩乘以增大系数的方法来实现, 并用增大后的弯矩值进行柱端控制截面的承载力设计。

3.2 第二步是要通过人为增大各类构件

的抗剪能力, 使其不致在强烈地震作用下, 在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏。这即是我们通常所说的强剪弱弯。通常的做法是用剪力增大系数增大梁端、柱端、剪力墙端、剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点处的组合剪力值, 并用增大后的剪力设计值进行受剪控制截面控制条件, 进行验算和设计。具体措施也有两类。一类是直接对一跨梁两端截面的顺时针或反时针方向的组合弯矩值乘以增大系数, 再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。另一类是沿顺时针或反时针方向求得一跨梁两端截面按实际配筋能够抵抗的弯矩, 对其乘以增大系数, 再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。

3.3 第三步是通过相应的构造措施, 保证

可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。通常通过箍筋加密, 限制轴压比等措施来给予保证。

上述三个步骤所采取的措施是相互关联的。第二步措施是第一步措施实现的前提和保障;因为只有塑性铰区不致先期发生剪切失效, 才能够有梁柱塑性铰区的塑性转动。第一步措施要求较严, 则第三步则可相对较弱。反之, 第一步的措施较松, 则对第三步的要求就较严格。因为如果柱弯矩增强系数很大, 大到能保证除底层以外的其它柱端都不出现塑性铰, 则并不需要对轴压比和约束箍筋提出严格的限制, 即并不需要使柱处于延性较好的大偏压状态和使柱具有很强的转动能力。这即是形成梁铰机构。而如果控制柱的弯矩增强系数, 使梁端出铰较柱端出铰较早、较多、转动较大, 柱端出铰则相对较迟、较少、转动较小。这即是“梁柱铰机构”。此时, 就需要对柱轴压比提出一定的限制, 使柱端的受力状态处于大偏压, 同时, 加强对塑性铰区箍筋的约束, 以提高塑性铰的转动能力, 这样就提高了柱端的延性能力, 使之在所需要的塑性转动下不至于被压坏。所以, 柱的弯矩增大系数越大, 对轴压比的限制和箍筋的约束要求就越低;弯矩增大系数越小, 对轴压比的限制和箍筋的约束要求就越高。

4 提高砼结构的抗震设防烈度措施, 加

强房屋抗震能力。国家制定的房屋设计原则是“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。对上海地区来说, 小震、中震、大震分别指的是地震烈度的6度、7度和8度。“可修”是指房屋出现破坏, 如出现裂缝, 但不影响房屋主体结构;“不倒”是指房屋主体结构被破坏, 但没有倒下, 人们可获得逃生机会。提高砼结构的抗震设防烈度措施:

4.1 对我国存在的量大面广的砖混结构

的房屋, 规范规定要在适当部位设置一定数量的圈梁和构造柱, 加强建筑物的空间刚度和整体性, 使建筑物在地震中避免或减轻破坏。

4.2 提高房屋的抗震设防烈度。此次汶川

地震中, 震级为里氏8.0级, 但烈度却达到了10度到11度, 而四川省建筑的抗震设防烈度为7度, 此次地震已经大大超出了建筑抗震设防标准。建议建设部适度上调房屋的抗震设防烈度。

4.3 提高高科技水平, 加强对于地震等自然灾害的预测能力。

在过去的20年, 自然灾害涉及到全球300多万生命, 影响到至少8亿人, 并导致的财产损失超过500亿美元。最近发生在日本神户的7.2级地震导致了超过5000人的死亡。在美国, 沿密西西比峡谷的新马德里断层大地震在1812年据说震响了波士顿教堂的钟声, 还让密西西比河倒流3天。如果这个8.3级地震是沿着圣安德里亚斯断层, 据估计, 死亡人数将超过2.5万人, 并有多达十万受重伤。

目前人类还无法避免地震的发生。强烈的地震在瞬间即可造成地面及建筑物的大面积崩塌, 从而会给人们带来严重的灾难。由于地震等自然灾害的突发性及不可预见性。激励着我们在房屋建筑方面采取积极必要的加固措施。提高混凝土结构的整体延性, 提高混凝土结构的抗震设防烈度。从而使得将灾害损失将到最低、及人民的人身生命及财产损失降到最低。随着社会的不断发展, 科技水平的提高相信能使用先进的高科技新型材料或者先进的自然灾害预测能力。

摘要：地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。“5·12”四川大地震中, 房屋倒塌是造成人员伤亡的主要原因, 尤其是学校和医院影响最大。学校房屋倒塌导致师生集中伤亡, 而医院瘫痪则大大影响患者的正常治疗, 更无法承担抢救伤员的任务。目前我国的建筑抗震要求是抵御八级烈度地震, 而汶川当地的建筑抗震要求也是抵御八级烈度地震, 可是此次地震烈度却达到了十级, 因此, 在地震作用下, 建筑物结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。地震力降低系数对设防烈度地震作用的整体降低实际上决定了结构的屈服水准和对结构延性需求的大小。

设防烈度 篇4

关键词：剪力墙,最优设防烈度,优化设计

1. 剪力墙布置的优化

剪力墙的布置原则:对称、均匀、周边、连续。

⑴双向布置剪力墙及抗侧刚度

高层建筑剪力墙结构应有较好的空间工作性能, 为此, 剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向或多向布置, 不同方向的剪力墙宜分别联结在一起, 以形成空间结构;并宜使两个方向抗侧刚度接近, 即两个方向的自振周期宜相近。

另一方面, 剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大, 墙布置太密, 会使地震力加大, 自重加大, 并不有利。

⑵竖向刚度宜均匀

剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响, 剪力墙沿高度不连续, 将造成结构沿高度刚度突变, 《高规》要求剪力墙自上到下连续布置。允许沿高度改变墙厚和混凝土等级, 或减少部分墙肢, 使抗侧刚度沿高度逐渐减小。

⑶墙肢高宽比

在地震区, 细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙, 而低矮的剪力墙 (HB<1.5) 属剪切脆性破坏, 抗震性能差, 为此宜将剪力墙设计成高宽比H B较大的墙。

单向抗震墙的长度不宜过大。一方面由于抗震墙的长度很大, 使得结构周期变短, 地震作增大;另一方面, 抗震墙应当是高细的, 呈受弯工作状态, 由受弯承载力决定破坏状态, 使抗震墙具有足够延性, 而抗震墙太长, 形成低矮抗震墙, 就会由受剪承载力控制破坏状态, 抗震墙呈脆性, 对抗震不利。

所以, 同一轴上的连续抗震墙过长时, 应该用楼板 (不设连梁) 或细弱的连梁分成若干个墙段, 每一个墙段相当于一片独立抗震墙, 墙段的高宽比不应小于2。每一墙段可以是单片墙、小开口墙或联肢墙。

⑷剪力墙的数量

在抗震墙结构中, 如果抗震墙的数量设置的太多, 则会增加结构刚度, 使得地震作用增大。因此, 要合理设置抗震墙的数量。判断抗震墙结构合理刚度可以由基本周期来考虑。

⑸剪力墙洞口的布置

剪力墙洞口的布置会极大的影响剪力墙的力学性能。为此, 规定剪力墙的门窗洞口宜上下对齐, 成列布置, 形成明确的墙肢和连梁, 其应力分布比较规则, 又与当前普遍应用的计算简图较为符合, 设计结果安全可靠。

⑹剪力墙加强部位

剪力墙加强部位定义为剪力墙结构中可能出现塑性铰的部位, 剪力墙出现塑性铰后, 应具有足够的延性和承载力。剪力墙底部塑性铰出现都有一定范围, 该范围应当加强构造措施, 提高其抗剪切破坏的能力。

由试验可知, 一般情况下, 墙肢塑性铰发展高度为墙底截面以上墙肢截面高度h的范围, 为安全起见, 设计剪力墙时将加强部位范围适当加大。抗震设计时, 一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值。当剪力墙总高度大于1 5 0 m时, 为避免加强区太高, 其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/1 0。

⑺短肢剪力墙设计要求

短肢剪力墙是指墙肢与厚度之比为5-8的剪力墙, 由于其有利于减轻结构自重和建筑布置, 在住宅建筑中应用较多, 但是由于短肢剪力墙抗震性能较差, 地震区应用经验不多, 考虑高层住宅建筑的安全, 其剪力墙不宜过少、墙肢不宜过短, 对短肢剪力墙的应用范围作了限制, 并提出了一些加强措施。

⑻合理选择剪力墙结构方案

对于层数较小 (2 0层以下) 的高层住宅, 可采用短肢剪力墙结构体系。具体做法是:利用位于建筑平面中部抗侧刚度很大的楼梯间、电梯间作为一抵抗水平力的抗剪核心筒, 这个核心筒由多片剪力墙组成, 用以抵抗大部分由风荷载和地震作用引起的水平力。一般这部分剪力墙不做成短肢剪力墙, 当某片剪力墙长度超过8 m时, 中间开一个结构洞, 使之成为双肢剪力墙, 核心区外的其它各片剪力墙, 将其分割成若干个“L”型或“T”型或“一”型短肢剪力墙, 墙肢长度一般为4-6b (b为剪力墙厚度) , 建筑平面上这部分剪力墙主要承担结构的竖向荷载。优点:采用短肢剪力墙结构, 由于合理地将一部分钢筋混凝土墙置换成砖墙或其它砌体, 使得结构自重减轻, 并将偏大的结构刚度降下来, 结构地震反应减少, 工程费用降低, 还增加了结构的延性, 使结构的抗震性能提高。

对于层数较多 (2 0层以上) 的高层住宅, 最好采用传统的全现浇剪力墙体系。当结构刚度计算值还稍稍偏大时, 可将较大的墙肢开设结构洞, 或将窗台改为砖或其它砌体等措施加以微调。

2. ANSYS软件介绍

A N S Y S有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序, 可用来求得结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前置处理、解题程序和后置处理。

ANSYS软件从1971年2.0版发展到今天, 在工程上的应用相当广泛, 在机械、电机、土木、电子及航空等不同领域的使用, 都能达到某种程度的可信度。现在在世界范围内己经成为土木建筑行业分析软件的主流。A N S Y S在钢结构和钢筋混凝土房屋建筑、体育场馆、桥梁、大坝、隧道以及地下建筑物等工程中得到了广泛应用, 可以对这些结构在各种外荷载条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析, 从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案。

A N S Y S自身具有强大的三维建模能力, 可建立诸如体育场馆、桥梁等各种三维几何模型, 并提供灵活的C A D图形接口及C A E数据接口, 可以实现不同分析软件之间的模型转换。它可以解决许多工程中的结构分析问题, 如可实现结构的静力和动力分析, 计算结构的整体和局部失稳;给出结构的自振频率和振型;计算结构在水流、大风、运动车辆荷载和地震荷载等动荷载作用下的响应;结构构件与支撑部位间的接触状态;可对施工过程进行模拟;土壤在地震等载荷作用下对结构的作用;边坡的稳定性分析;建筑物、支撑、深基、桩等的承载能力与沉降分析;桩基与土体的藕合分析等。

此外, 由于A N S Y S功能强大, 应用广泛, 从土木专业角度讲, 利用ANSYS进行大型土木工程分析, 有其不完善之处, 例如接口问题等。近年来, A N S Y S新版本提供了多层次的二次开发功能, 以A N S Y S已有程序为基础平台, 可以开发出各种典型土木工程结构专用分析子程序、行业规范验算程序、特殊处理工具等, 从而形成自身的可长期持续应用和发展的分析系统。

3. 剪力墙结构墙体厚度优化设计

A N S Y S程序提供了分析——评估——修正的循环过程对设计方案进行优化, 对初始设计进行分析, 根据设计要求对分析结果进行评估, 然后对设计进行修正。重复执行这一循环过程直到所有设计都满足要求, 得到最优设计方案。

3.1 结构优化设计步骤

⑴生成分析文件

(1) 参数化建立模型:在/P R E P 7中利用设计变量——墙体厚度作为参数建立模型。

(2) 求解:指定约束条件, 施加荷载, 进行模态和谱分析。

(3) 参数化提取结果:提取结构最大节点位移及混凝土用量并赋值给相应的参数。

(4) 生成分析文件:采用菜单路径UtilityMenu>Fite>WriteDBLogFile, 生成分析文件SheaIWall.lgw。

⑵进行优化分析

(1) 进入优化处理器, 指定分析文件she～all.lgw。

(2) 指定优化变量:设计变量、状态变量和目标函数。

(3) 选择优化工具和方法。

(4) 指定优化循环控制方式:每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数。

(5) 进行优化分析:完成所有的控制设定后, 就可以进行优化分析。

⑶查看优化设计结果

3.2 优化设计

以剪力墙体厚度为设计变量, 为方便找到最优墙体厚度值, 设墙体厚度范围为0.18-0.5m;以结构节点最大位移为约束条件, 根据现行规范, 剪力墙结构的层间位移角限值为1/1000, 此结构高度为34.8m, 为使结构能有一定安全储备, 取结构节点最大位移为0.0 3 m;以结构混凝土用量为目标函数, 当混凝土用量最小时的墙体厚度即为最优剪力墙厚度。

/OPT!进入优化处理器

OPANL, ‘shearwall’, ‘lgw’, ”!指定分析文件

OPVAR, THI}KI, DV, 0.18, 0.5, !定义设计变量一剪力墙厚度

O P V A R, D M A X, S从0, 0.0 3, !定义状态变量一结构节点最大位移

O P V A R, V O L U M E, O B J!定义目标函数一结构混凝土用量

opdata,

oploop, prep, proc, all

opprnt, full

opkeep, on

optype, subp!指定优化分析方法

opsubp, 30, 7

opexe!执行优化分析

4. 结论