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浅谈抗震设计概念

摘要:抗震设计是结构设计中的重要设计内容,要做好结构的抗震设计,一定要重视抗震概念设计和抗震构造措施,从整体上去把握结构的抗震能力。文章阐述了地震震害情况和抗震设计的基本思路。简述了地震作用计算方法。 
关键词:地震震害;抗震设计;地震作用计算  
根据以往地震震害,地震中破坏的情况归纳为以下几个方面。以备我们在设计过程中采取有效的抗震设计对策。 
(1)场地地基方面:砂土液化引起地基不均匀沉降,导致上部结构破坏。在具有深厚软弱冲击土层的场地上,高层建筑的破坏率显著增高。当建筑的基本周期与场地卓越周期相近时,破坏程度因共振效应而加重。 
(2)房屋体型方面:平面复杂的房屋,破坏显著增高。有大底盘的高层建筑,裙房顶面与主楼相接处楼板面积突然减少,破坏程度加重。高宽比比较大的高层建筑,且上部刚度大,使得底层框架的柱子因地震倾覆力矩引起的巨大压力而发生剪压破坏。 
(3)结构体系方面:单跨结构体系因结构冗余度较少,强地震作用下易发生整体倒塌。混凝土板柱结构体系的房屋,因楼板冲切破坏,或因楼层侧移过大,柱顶、柱脚破坏严重,楼板塌落。框架—剪力墙结构体系的房屋,地震时破坏程度较轻。 
(4)刚度方面:L型、三角形等平面不对称,地震时扭转震动而使震害加重。当平面对称,平面内部布置刚度不均匀,如楼电梯间偏心布置,也会产生扭转震动而使震害加重。 
(5)构件体型方面:联肢剪力墙的连梁常发生斜向裂缝或交叉裂缝,框架结构中的柱子破坏比梁、板严重的多,框架结构中同层长短柱共存时,短柱破坏 
严重。 
(6)非结构方面:刚度很大的砌体填充墙在平面和竖向分布的不合理,造成平面扭转破坏,竖向产生薄弱楼层破坏。附着于楼面的设备,女儿墙等与主体结构连接不牢固,地震时易塌落。 
结构的抗震设计也就是结构抵御地震作用设计,从结构受力角度讲,一方面取决于地震动的特性,另一方面还取决于结构本身的力学特性。抗震设计时,要做好结构自身的力学特性处理。以达到良好的抗震效果。 
结构刚柔相济原则,如果结构刚度太大,地震作用效应就会很大,这样为抵御地震需配更多的钢筋,因此,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。在较大的地震力瞬间,极易造成局部构件受损,最后导致各个击破。太柔的建筑,虽然有很好的延续,可以消减外力,而造成变形过大而无法使用,甚至倒塌。因此结构设计要采用适当的刚度,既满足变形要求,又不会使地震作用过大。 
对于抗震设计来说,防止倒塌是我们设计的最低目标,也是我们必须保证的要求。结构或构件要设计成延性结构或构件。延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。当设计成延性结构时,由于塑性变形可以消散地震能量,结构变形加大,但结构承受的地震作用不会直线上升,也就是说,结构用它的变形能力抵抗地震作用。延性构件设计应遵守“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱杆件,强底层柱”原则,承受竖向力的主要构件不宜作为主要耗能构件。各个变形环节,塑性变形成分远大于弹性变形成分,这栋房屋具有较高的耐震性能。 
在进行地震作用计算时,由于地震发生的地点是随机的,对于建筑物而言地震作用方向是随意的,结构的抗侧力构件也不一定是正交的,结构的刚度中心和质量中心也不完全重合,必然使结构产生不同程度的扭转,震中区的竖向地震作用对结构的影响也不容忽视。这些都应注意,必须满足《抗规》5.1.1的规定。《抗规》中提供了以下三种计算地震作用方法。 
将多自由度体系简化为等效单自由度体系的底部剪力法。 
适用于多自由度体系的振型分解法。振型分解反应谱是以单自由度体系反应谱理论为基础,采用振型分解原理解决多自由度体系地震反应的计算方法。由于它较全面的考虑了结构的动力特性,除了特别不规则和不均匀的建筑外都能给出很满意的结果;而且计算过程并不太复杂,因而成为当前计算较复杂结构地震反应的常用方法。 
直接输入地震波求解运动方程及结构地震反应的时程分析法(动力时程分析是一种模拟地震作用分析方法,实测建筑物所在地的地震波,进行数值化处理后再进行计算是比较合理的),抗震设计中也称为“动态设计”。思路是对于复杂工程,考虑不同地震波的频谱特性产生的激励不同,结构的反映也不尽相同,万一遇到反应谱包不住的情况(结构与地震输入的特殊性所在),那么就是能发现潜在的薄弱环节,使得设计人员能够在设计阶段对方案的不足加以补强,确保结构安全。近年来随着社会发展需要,高层建筑和复杂结构的发展,多遇地震情况下的时程分析方法作为一种补充计算方法也得到比较广泛的应用。 
在进行时程分析时正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特征、有效峰值和持续时间均符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定,加速度有效峰值参见《抗规》表4.3.5,输入地震加速度时程曲线的有效持续时间,一般从首次达到最大峰值10%时开始,到最后一点达到最大峰值10%时止,约为结构基本周期的5~10倍。 
结构的抗震设计与结构抵御其它荷载作用的设计是不同的,在进行抗震设计时准确把握符合这一特殊设计的基本原则。希望对结构设计人员在进行抗震设计时有一定的帮助。

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