建筑結(jié)構(gòu)的論文

　　建筑結(jié)構(gòu)的論文篇2

　　淺談建筑結(jié)構(gòu)抗震

　　摘 要：我國(guó)是地震多發(fā)國(guó)，破壞性地震造成建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)的損壞，人員的傷亡及經(jīng)濟(jì)損失都是巨大的。隨著社會(huì)的不斷向前發(fā)展，各門學(xué)科的交叉發(fā)展，使得隔震、消能減震等抗震技術(shù)的運(yùn)用走上一個(gè)新的階段。任何結(jié)構(gòu)所受的載荷都具有不同程度的動(dòng)載荷性質(zhì)，有不少結(jié)構(gòu)主要在振動(dòng)環(huán)境下工作。通過(guò)對(duì)隔震裝置的動(dòng)力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)自振振動(dòng)在結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)中經(jīng)常占有主導(dǎo)地位，不能夠忽略。那么找到結(jié)構(gòu)反應(yīng)的最大控制量，就能夠進(jìn)而去尋找最合適的材料來(lái)制造隔震減震裝置，這樣就有希望把被動(dòng)控制技術(shù)推向一個(gè)新高度。

　　關(guān)鍵詞：抗震;建筑結(jié)構(gòu);抗震目標(biāo)

　　地震是來(lái)自地球內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一種自然現(xiàn)象，是人類社會(huì)面臨的一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球每年平均發(fā)生500萬(wàn)次左右的地震。地震通常給人們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失，其產(chǎn)生的影響是長(zhǎng)久的。目前，科學(xué)技術(shù)還不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)并控制地震的發(fā)生。我國(guó)為地震多發(fā)區(qū)，全國(guó)大部分大中城市處于地震區(qū)，由于城市人口及設(shè)施集中，地震災(zāi)害會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)450個(gè)城市中有3/4處于地震區(qū)，而其中大中城市的4/5以上均在地震區(qū)。以此，為了抗御和減輕地震災(zāi)害，有必要進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析與設(shè)計(jì)。我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)中明確規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

　　地震時(shí)由于地面運(yùn)動(dòng)使原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)的結(jié)構(gòu)受到動(dòng)力作用，產(chǎn)生強(qiáng)迫震動(dòng)。我們將地震時(shí)地面加速度振動(dòng)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的慣性力稱為結(jié)構(gòu)的地震作用。結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)是一種動(dòng)力反應(yīng)，其大小不僅與地面運(yùn)動(dòng)有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)自身動(dòng)力特性如：自振周期、振型和阻尼等有關(guān)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)著重研究結(jié)構(gòu)對(duì)于動(dòng)荷載的響應(yīng)(如速度、位移、加速度、內(nèi)力等時(shí)間的歷程)，以便確定結(jié)構(gòu)的承載能力和動(dòng)力學(xué)特性，或?yàn)楦纳平Y(jié)構(gòu)的性能提供依據(jù)。因此，在房屋抗震減震方面，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)既是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又是減震隔振的理論依據(jù)。

　　一、結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算

　　各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)遵循以下原則：

　　1. 一般情況下，可在建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別考慮水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，各個(gè)方向的水平地震作用應(yīng)由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān);

　　2. 有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15°時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用;

　　3. 質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，其他情況，可采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法考慮扭轉(zhuǎn)影響;

　　4. 8度和9度時(shí)的大跨度和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的高層建筑，應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。

　　為了貫徹實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，抗震規(guī)范規(guī)定進(jìn)行下列內(nèi)容的抗震驗(yàn)算：

　　1. 對(duì)各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的彈性變形驗(yàn)算;

　　2. 對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下強(qiáng)度驗(yàn)算，以防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞。

　　3. 對(duì)甲類建筑、位于高烈度區(qū)和場(chǎng)地條件較差的建筑、超過(guò)一定高度的高層建筑、特別不規(guī)則建筑、采用隔震消能減震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算。

　　在多遇地震作用下，滿足抗震承載力要求的結(jié)構(gòu)一般處于彈性工作階段，不受損壞，但如果彈性變形過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。因此，規(guī)范對(duì)除砌體結(jié)構(gòu)、廠房外的各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行多遇地政作用下的彈性變形驗(yàn)算，對(duì)其樓層間的最大彈性層間位移要求符合下式：

　　式中

　　――多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移;計(jì)算時(shí)，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形;應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面剛度可采用彈性剛度;

　　h――計(jì)算樓層層高;

　　――彈性層間位移角限值。

　　除部分符合條件的單廠建筑、6度區(qū)的建筑(建造于IV類場(chǎng)地上較高的高層建筑除外)記憶生土房屋和木結(jié)構(gòu)房屋外，其他建筑結(jié)構(gòu)都要進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的抗震驗(yàn)算。驗(yàn)算公式為：

　　式中

　　S――結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設(shè)計(jì)值;

　　R――結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值;

　　γRE――承載力抗震調(diào)整系數(shù)。

　　在罕遇地震作用下，地面運(yùn)動(dòng)加速度峰值是多遇地震的4～6倍。因此，多遇地震下處于彈性階段的結(jié)構(gòu)，在罕遇地震烈度下將進(jìn)入彈塑性階段，結(jié)構(gòu)構(gòu)件接近或達(dá)到屈服，此時(shí)，結(jié)構(gòu)已沒(méi)有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備。為抵抗地震的持續(xù)作用，要求結(jié)構(gòu)有較好的延性，通過(guò)發(fā)展塑性變形來(lái)消耗地震能量。因此，對(duì)某些處于特殊條件下的結(jié)構(gòu)，還需要驗(yàn)算其在罕遇地震作用下的彈塑性變形。

　　二、多層和高層鋼筋混凝土房屋的抗震

　　多層和高層鋼筋混凝土房屋是我國(guó)工業(yè)和民用建筑中最常用的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)建筑功能要求不同，其常用的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)、框架抗震墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等形式。與砌體結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般具有較好的抗震性能。

　　多層和高層鋼筋混凝土建筑不同的抗震結(jié)構(gòu)體系具有不同的性能特點(diǎn)，在確定結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑使用功能要求和抗震要求進(jìn)行合理選擇。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度是選擇抗震結(jié)構(gòu)體系要考慮的重要因素，特別是高層建筑的設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)往往起控制作用。

　　框架―抗震墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是克服了純框架結(jié)構(gòu)剛度小和純抗震墻結(jié)構(gòu)自重大的缺點(diǎn)，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)處。具有抗側(cè)剛度較大，自重較輕，結(jié)構(gòu)布置較靈活，結(jié)構(gòu)的水平位移較小的優(yōu)點(diǎn)，抗震性能較好。該結(jié)構(gòu)適用于辦公寫字樓、賓館、高層住宅等?？拐饓Y(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是自重大，側(cè)向剛度大，地震作用大，空間整體性好，但布置不靈活?？拐饓Y(jié)構(gòu)適合于住宅等建筑。

　　三、多層砌體結(jié)構(gòu)抗震

　　砌體結(jié)構(gòu)的主要承重及抗側(cè)力構(gòu)件是墻體，砌體結(jié)構(gòu)的承重體系應(yīng)優(yōu)先選用橫墻或縱橫墻共同承重方案。結(jié)構(gòu)承重體系中縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對(duì)齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，同一軸線上窗間墻寬度宜均勻。房屋的平、立面布置應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、規(guī)則，避免由于不規(guī)則使結(jié)構(gòu)各部分的質(zhì)量和剛度分布不均是質(zhì)量中心與剛度中心不重合而導(dǎo)致震害加重。

　　多層砌體建筑隨著層數(shù)和高度的增加，房屋的破壞程度加重，倒塌率增加。因此對(duì)房屋的層數(shù)和總高度都有規(guī)范限制。房屋高寬比指房屋總高度與建筑平面最小總寬度之比，隨著高寬比的增大，房屋易發(fā)生整體彎曲破壞。多層砌體結(jié)構(gòu)房屋不作整體彎曲驗(yàn)算。因此，對(duì)于房屋的高寬比也應(yīng)根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)，還有砌體抗震橫墻的間距，房屋局部尺寸以及結(jié)構(gòu)材料都要符合規(guī)范。

　　四、小結(jié)

　　《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》適用于抗震設(shè)防烈度為6、7、8、9度地區(qū)的建筑工程的抗震設(shè)計(jì)及隔震消能減震設(shè)計(jì)，目標(biāo)為“小震不壞，中震可修，大震不倒”，而且根據(jù)建筑物使用功能的不同，建筑物的結(jié)構(gòu)不同，多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、多層砌體結(jié)構(gòu)等，對(duì)建筑物的抗震設(shè)防類別及其設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了劃分。但設(shè)計(jì)規(guī)范的科學(xué)依據(jù)只能是現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)和資料，目前對(duì)地震規(guī)律性的認(rèn)識(shí)還很不足，隨著科學(xué)水平的提高，地震可能不再是威脅。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 祝英杰，谷偉.《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》. 北京大學(xué)出版社. 北京，2009.10

　　[2] 張耀軍，莊金釗.《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》. 中國(guó)水利水電出版社. 北京，2013

　　[3] 薛素鐸 趙均 高向宇，《建筑抗震設(shè)計(jì)》，科學(xué)出版社，北京，2003