建筑結構抗震設計探討

1、2010年第16期(總第151期)串固高新技術企業(yè)ChinaHiTechEnterprisesN0162010(CumulativetyNO151)建筑結構抗震設計探討陳文新(湛江市城建設計院，廣東湛江524000)摘要：地震的危害巨大，因此建筑物的抗震性能顯得尤為重要。隨著人們對建筑產(chǎn)品要求的提高，各種新結構建筑逐漸增多，采用基于性能的抗震設計思想進行這些結構的抗震設計，是可行有效的一條路徑。文章介紹了地震區(qū)建筑結鉤抗震體系的演變，對

2、結構選型等問題進行了分析，并探討了基于性能的結構抗震概念設計。關鍵詞：建筑結構；抗震設計；抗震體系；結構選型；概念設計；非線性反應中圖分類號：TU352文獻標識碼：A文章編號：1009—2374(2010)160131—02一、抗震設計思路結構抗震設計思路經(jīng)歷了一系列變化，我國抗震設計規(guī)范(GB500112001)規(guī)定建筑結構在抗震設計時，應遵循三個水準的抗震設防目標，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。在這種設計思想下，結構抗震設計已

3、經(jīng)經(jīng)歷了剛性設計、柔性設計、延性設計和結構控制設計4個階段。隨著對結構非線性性能的研究，人們發(fā)現(xiàn)沒計結構所取的地震作用只是賦予結構一個基本屈服承載力，當發(fā)生更大地震時，結構的控制部位進入屈服后非彈性變形狀態(tài)，并靠其屈服后非彈性變形能力來承受地震作用。從而形成了結構在一定水平地震作用下進入屈服，并達到屈服后非彈性變形狀態(tài)來耗散能量的現(xiàn)代抗震設計理論?，F(xiàn)代抗震設計思路，其主要內(nèi)容是：合理選擇確定結構屈服水準的地震作用。先以具有統(tǒng)計意義的地面

4、峰值加速度作為該地區(qū)地震強弱標志值(中震)，再以通過地震力降低系數(shù)R得到的設計用地面運動加速度(小震)來進行結構的強度設計，從而確定結構的屈服水準；采取有效的抗震措施滿足結構設計時的對應的延性能力。二、建筑結構抗震性能分析地震的危害巨大，建筑物的抗震性能顯得尤為重要。在抗震研究中對結構抗震性能進行分析是一項重要內(nèi)容，非線性時程分析法和非線性靜力分析法是目前常用抗震分析方法。針對結構非線性反應的非線性時程分析法(非線性動力反應分析)，經(jīng)歷

5、了從建立在層模型或單列梁柱模型上的方法到建立在截面多彈簧模型上的方法，再到建立在截面纖維滯回本構規(guī)律的纖維模型法，這使得模擬的準確程度不斷提高。其基本思路是通過一系列數(shù)值方法來建立和求解動力方程，從而得到結構各個時刻的反應量。但對地震特點和結構特性的假設，使其結果存在不確定性，其主要價值是用來考察地震作用下普遍的而非特定的反應規(guī)律，以及對抗震設計后的結構進行校核分析，評估其抗震性能：非線性靜力分析法(Pushover)是近年來得到廣泛應

6、用的一種結構抗震能力評估的新方法。這種方法從本質(zhì)上說是一種靜力非線性計算方法，但它將反應譜引入了計算過程。其根本特征是用靜力荷載描述地震作用，在地震作用下考慮結構的彈塑性性質(zhì)。它的基本思路是先以某種方法得到結構在地震作用下所對應的目標位移，然后對結構施加豎向荷載，并將表征地震作用的一組水平靜力荷載以單調(diào)遞增的形式作用到結構上，在達到目標位移時停止荷載遞增，最后在荷載中止狀態(tài)對結構進行抗震性能評估，判斷是否可以保證結構在該地震作用下滿足功

7、能需求。三、結構抗震概念設計由于地震作用的隨機性、復雜性、間接性和偶然性，尤其在高層建筑中結構自振周期、材料性能、阻尼變化和基礎差異沉降等因素的影響，使結構在地震作用下表現(xiàn)出極大的復雜性和計算假定與實際情況的不符，且目前各國所制定的抗震設計規(guī)范差異較大，甚至反映在定性分析上其結論完全相反。使計算結果差距很大。因此，在結構的抗震設計上不能完全依賴計算設計，在很大程度上，結構抗震性能的決定因素是良好的概念設計。概念設計即通過對建筑物的總體結

8、構體系進行控制，選用體型簡單、規(guī)則，平面對稱，抗側力體系的剛度和承載力上下變化連續(xù)、均勻的方案，設計出抗震性能良好的建筑。同時，概念設計還考慮以下因素：場地條件和場地土的穩(wěn)定性、非結構構件與主體結構的關系及二者之間的錨拉、材料與施工等。建筑物的體型是否對抗震有利是抗震設計首先遇到的問題。為此，應做到以下幾點：f一)建筑形狀應力求規(guī)則和簡單通常認為簡單的平、立面圖形是方形或圓形的，而復雜的圖形是有凹角的，容易造成有應力集中或變形集中的薄弱

9、環(huán)節(jié)。如墨西哥城在1985年9月地震中，不少三角形建筑均遭到嚴重的破壞。從結構角度而言，平面形狀是三角形的結構迎風面較大，在水平風力作用下，它受力的效果，即抗彎曲變形和抗側移的能力比圓形、橢圓形、正方形、正多邊形、十字形、工字形、口字形等平面形式的高層建筑要弱很多，而使得建筑物安全性較差。(二)建筑結構盡量對稱。盡可能滿足建筑豎向均勻性均勻性問題存在于建筑的豎向布置中，布置不均勻的結果產(chǎn)生了剛度、強度的突變，引起豎向的應力集中或變形集1

10、31萬方數(shù)據(jù)卻10年第16期(總第151期)申劇毒如淺水J，t..沫ChinaHi喃T啊~hEnterprsesNO.l6.2010(CumulativetyN0.151)建筑結構抗震設計探討陳文新(湛江市城建設計院，廣在湛江52咽ω)摘挺:地麓的危害巨大，因此建筑物的抗震性能顯得尤為重要。隨著人們對建筑產(chǎn)品要求的提高，各種新結構建筑逐漸增多，采用基于性能的抗震設計思想進行這些結構的抗震設計，是可行有效的一條路徑。文章介紹了地震區(qū)建坑結

11、鉤抗震體系的演變，對結構i在型等問題進行了分析，并探討了基于性能的結構抗震概念設計。關鍵詞:建筑結構抗震設計抗震體系結構邊~概念設計非線性反應中即分類號:TU352文獻標識碼:A文章編號:10092374(2010)16響。13102一、抗震設計思路結掏抗震設計思路經(jīng)歷了…系列變化，我固抗震設計規(guī)范(GB5∞112ω1)規(guī)定建筑結構在抗麓設計時，應遵循三個水準的抗震設防目標，即“小麓不壞，中麓可修，大麓不倒“。在這種設計思想下，結構抗震

12、設計巳經(jīng)經(jīng)歷了剛性設葉、柔性設計、延性設計和結構控制設計4個階段。隨著對結構非線性性能的研究，人們發(fā)現(xiàn)設計結構所取的地麓作用只是賦予結構…個基本屈服承載力，當發(fā)生更大地震時，結構的控制部位進入屈服后非彈性變形狀態(tài)，并靠其屈服后非彈性變形能力來承受地震作用。從而形成了結構在一定水平地震作用下進入屈服，并達到屆服屆非彈性變形狀態(tài)來科散能璋的現(xiàn)代抗震設it理論。現(xiàn)代抗震設計思路，其主要內(nèi)容是:合理選擇確定結掏屈服水準的地震作用。先以具有統(tǒng)計意

13、義的地面峰值加班度作為該地區(qū)地震強弱標志值(中震)，再以通過地震力降低系數(shù)R得到的設計用地面運動加速度(小震)來進行結構的強度設計，從而確定結陶的朋服水準采取有效的抗震措施滿足始向設計時的對應的延性能力。二、建筑結構抗震性能分析地麓的危害巨大，建筑物的抗麓性能顯得尤為重要。在抗麓研究中對結構抗震性能進行分析是一項繭~內(nèi)容，非線性時程分析法和非錢性靜力分析法是目前常用抗麓分析方法。針對結構非線性反應的非線性時程分析法(非線性動力反應分析)

14、，經(jīng)歷了從建立在層模型或單列梁柱模型上的方法到建立在截麗多彈簧模型上的方法，再到建立在藏麗纖維滯回本構規(guī)律的纖維模型法，這使得模擬的準確程度不斷提高。其雄本思路是通過一系列數(shù)值方法來建立和求解動力方程，從而得到結構各個時刻的反應量。但對地麓特點和結構特性的假設，使其結果存在不確定性，其主要價值是用來考察地麓作用下普遍的耐非特定的反應規(guī)律，以及對抗震設計后的結構進行校核分析，評估其抗麓性能:非線性靜力分析法(pw!h皿over)是近年來得

15、到廣泛應用的~種結構抗震能力評估的新方法。這種方法從本質(zhì)上說是一種靜力非統(tǒng)性計算方樓，但它將反應譜引入了計算過程。其根本特征是用靜力荷載描述地震作用，在地震作用下考慮結構的彈翻性性質(zhì)。它的基本思路是先以某種方法得到結構在地震作用下所對應的目標位移，然眉對結構施加緊向荷載，并將表征地震作用的一組水平靜力荷載以單調(diào)遞增的形式作用到結構上，在站到日際位移時停止荷載通增，最后在荷載中i上狀~對結構進行抗震性能評估，判斷是否可以保證結構在該地震作

16、用下滿足功能需求。三、結構抗震概念設計由于地震作用的隨機性、復雜性、間接性和偶然性，尤其在高層建筑中結掏自振周期、材料性能、阻尼變化和基礎差異沉降等因素的影響，使結構在地震作用下表現(xiàn)出極大的復雜性和計算假定與實際情況的不符，且目前各罔所制定的抗震設計規(guī)范整鼻較大，甚至反映在定性分析上其結論完全相反，使計算結果差距很大。因此，在結構的抗麓設汁上不能完全依賴計算設計，在很大程度上，結構抗震性能的決定因素是良好的概念設汁。概念設計即通過對建筑

17、物的總體結構體系進行控制，選用體型簡單、規(guī)則，平面對稱，抗側力體系的剛度和承載力上下變化連輯、均勻的方案，設計出抗麓性能良好的建筑。問時，概念設計還考慮以下因素:場地條件和場地士的穩(wěn)定性、非結構構件與主體結構的關系及二者之間的錨拉、材料與施工等。建筑物的體現(xiàn)是否對抗震有利是抗震設計首先遇到的問題。為此，應做到以下幾點:…建筑形狀5!l.力求規(guī)則和簡單通常認為簡單的平、立面圖形是方形或圓形的，而復雜的圖形是有m角的，容易造成有應力集中或變

18、形集中的薄弱環(huán)節(jié)。如墨西哥城在1985年9月地震中，不少三角形建筑均遭到嚴重的破壞。從結構角度而言，平而形狀是三角形的結構迎風面較大，在水平風力作用下，5是力的效果，即抗彎曲變形和抗側移的能力比圓形、橢圓形、正方形、.iE多311形、十字形、工字形、口字形等平麗形式的高居建筑要弱很多，而使得建筑物安全性較盤。二)建筑結構盡最對稱，盡可能滿足建筑堅向均伺性均勻性問題存在于建筑的堅向布置中，布置不均勻的結果產(chǎn)生了剛皮、強度的突變，引起堅肉的

19、應力集中或變形集時131唰2010年第16期串圈高新技術企業(yè)NO162010(總第151期)ChinaHiTechEnterprises(CumulativetyNO151)立井裝備快速安裝法李振澤，王瑞清(華亭煤業(yè)大柳煤礦有限公司，甘肅華亭744201)摘要：文章結合大柳煤礦副立井裝備安裝工程，介紹了立井井筒裝備采用四層吊盤安裝施工工藝，通過分析對比，得出了四層吊盤更加適合用于立井井筒裝備安裝工程的結論。關鍵詞：立井；井筒裝備；四層吊

20、盤；安裝工程中圖分類號：TD262文獻標識碼：A文章編號：1009—2374(2010)160132—02隨著科技的發(fā)展，立井井筒裝備安裝工藝逐漸趨于完善，采用多層吊盤安裝立井井筒裝備的工藝已經(jīng)成熟。以前，立井井簡裝備安裝采用的吊盤在井筒內(nèi)往復次數(shù)多，施工周期長，安全性低。而采用四層吊盤安裝井筒裝備，可有效的杜絕這種現(xiàn)象。一、項目概況華亭煤業(yè)大柳煤礦有限公司副立井井深5728m(包括井底水窩)，井簡直徑70m。配備單層雙罐籠(一寬一窄)

21、。副立井井筒內(nèi)裝備有梯子間、罐道梁、電纜支架。標準段層間距6m，罐道采用規(guī)格190190lOmm的鋼一玻璃鋼復合材料，兩趟書273x10ram主排水管路、一趟巾2198mm消防灑水管路、四根240mm：動力電纜。井上下套架有金屬支持結構、穩(wěn)罐道。罐道梁與井壁采用無梁窩安裝方式。二、井簡裝備快速安裝技術(一)施工吊盤1副立井井筒裝備采用鋼結構4層吊盤施工，吊盤直徑67m。吊盤層間距6m。2井筒標準段施工吊盤功能。(1)自上向下第一層為保護

22、盤，吊盤信號系統(tǒng)設在該層上；(2)第二層吊盤上設置吊盤配電系統(tǒng)；(3)第三層吊盤是安裝的工作盤，用來安裝罐道托架、罐道；梯子間梁、梯子間副梁、平臺板、托鉤、掛鉤；動力電纜、信號通訊電纜托架；排水管路導向梁；(4)第四層吊盤主要用來測量放線、鑿錨桿孔。第一、二層吊盤設計成不完整盤結構，為安裝罐道的輔助盤。第三、四層吊盤為圓盤。利用第一、二、三層吊盤用來卡固罐道，第二、三層吊盤安裝梯子間壁板及梯子。(二)提升運輸系統(tǒng)1運輸人員及材料采用JK

23、25／20型提升絞車，井簡裝備用的提升容器為2m3吊桶。2提升吊盤采用2臺jz一161800型絞車，穩(wěn)繩采用2臺型號jz一10／800型絞車。提升吊盤絞車采用集中控制方式。3管路下放采用3臺jz一16／800型絞車，井架安裝專門提升管路的導向輪。(三)施工順序1吊盤下行施工井筒裝備標準段罐道托架、罐道；梯子間；排水管路、灑水管路導向梁；動力電纜托架；信號通訊電纜托架；排水、灑水管路托管梁。中，以致在中小型地震中損壞，在大震時倒塌。例如，

24、由于結構豎向不規(guī)則，上部結構剛度與底層結構剛度比較大，形成所謂“雞腿”建筑，地震時底層完全倒塌而上部結構基本完好；結構中部某一層剛度、承載力突變，則可能形成薄弱層或軟弱層，地震時這一層的塑性變形過大，超過結構的變形能力或承載力，引起結構構件的嚴重破壞，樓層塌落，結構倒塌；結構頂部收進較多或頂部剛度很小，由于地震的鞭梢效應使結構頂部變形過大而導致破壞。四、基于性能的結構抗震設計思想隨著社會的不斷進步，人們逐漸認識到，在現(xiàn)代化充分發(fā)展的今天

25、，再單純強調(diào)結構在地震中不嚴重破壞和不倒塌，已不是一種完善的抗震思想，不能適應現(xiàn)代工程結構抗震的需要。在這樣的背景下，美國和日本學者提出了基于性能的抗震設計理念。基于性能的抗震設計的基本思想，就是要使設一132一計出來的結構在未來的地震發(fā)生時，能夠達到各種選定的性能目標，包括結構進入非彈性階段后損傷控制目標。其基礎和關鍵工作是性能目標的確定，它包括設定地震水準、定義性能水準和選擇性能目標。五、結語建筑結構的抗震是非常有必要，也是非常重要

26、的一個方面，隨著人們對建筑產(chǎn)品要求的提高，各種新結構、不規(guī)則結構和超出規(guī)范適用范圍的結構會逐漸增多，在沒有規(guī)范可供遵循的條件下，采用基于性能的抗震設計思想進行這些結構的抗震設計，并通過專家論證，也是可行、有效的一條路徑。作者簡介：陳文新(1968一)，女，湛江市城建設計院工程師。研究方向：結構設計。萬方數(shù)據(jù)2010年第16期(總第151期)申明島新找水街此ChinaHiTechEnterprisesN0.16.201O(Cumulatv

27、etvNO.151)主井裝備快速安裝法李振i萃，王瑞清(華亭煤北大柳煤礦有限公司，甘肅華亭744201)摘要:文章結合大柳煤礦副立外裝備安裝工程，介紹了立井井筒裝備采用四層平盤安裝施工工藝，通過分析對比，得出了四層吊盤更加適合用于立井井筒裝備安裝工程的結論。關鍵詢:ii:.井井筒裝備四層吊盤安裝工程中圖分棠哥:TD262立獻標iR碼:A文章編號:10092374(2010)16013202隨著科技的發(fā)展，立井井筒裝備安裝工藝逐漸趨于究藩

28、，果用多層吊盤安巍立井井筒裝備的工藝巳組成鵝。以前，立井井筒裝備安裝采用的吊盤在井簡內(nèi)往復7x敢多，施工周期長，安全性低。而采用四屠吊盤安裝井筒裝備，可有放的杜絕這種現(xiàn)象?！㈨椖扛艣r華亭煤業(yè)大柳煤礦有限公司副立井井深572.8m(包括井底7.l.窩)，井簡直徑7.0mo配備單層政罐籠(…寬一窄)。副宜井井筒內(nèi)裝備有梯子間、罐道梁、電纜支架，標準段層間距6m，罐道采用規(guī)格190x190xlOmm的協(xié)玻璃鋼復合材料，陰蹦φ273xIOmm

29、.:E排水管路、一礎。219x8mm消防灑水管路、四根240mm2動力電纜。井上下套架有金屬支持結構、穩(wěn)罐道。罐i草梁與井~采用無梁窩安費方式。二、井筒裝督快溜安裝技術一)蹄工用矗1.副立井井筒裝備來用鋼結構4層吊盤施工，吊盤直徑6.7m，吊盤居問距6mo中，以致在中小型地震中損壞，在大麓時倒塌。例如，由于結構緊向不規(guī)則，上部結構剛度與底庭結構剛度比較大，形成所謂“雞腿“建筑，地震時底層完全倒塌而上部結構基本完好結構中部某一層剛皮、承棋

30、力突變，則可能形成薄弱層或軟弱靡，地震時這一層的黯性變形過大，越過結構的變形能力或承載力，引起結構構件的嚴重破環(huán)，樓層塌藹，結構倒塌結構頂部收進較多或頂部剛度很小，由于地麓的鞭梢效應使結構頂部變形過大而導致破壞。四、莓于性能的結構抗震設計思想隨著社會的不斷進步，人們逐漸認識到，在現(xiàn)代化充分發(fā)展的今天，再單純強調(diào)結構在地震中不嚴熏破壞和不倒塌，日本是…種完善的抗麓思想，不能適應現(xiàn)代工程結構抗麓的需要。在這樣的背景下，榮固和日本學者提出了基

31、于性能的抗震設計理食。3基于性能的抗震設計的3基本思想，就是要使設明132響2.井筒標準段胞工吊盤功能。(1)自上向下第…層為保護盤，吊盤信號系統(tǒng)設在該層上(2)第二層吊盤上設置吊盤配電系統(tǒng)j(3)第三層吊愈是安裝的工作盤，用來安裝罐道托架、罐道梯子間梁、梯子問副蝶、平臺板、托鉤、掛鉤動力電纜、信號通訊電纜托架排水管路導向梁(4)第四層吊盤烹要用來測:在放線、鑿錨桿孔。第一、工屁吊盤設計成不完黠盤結構，為安裝罐道的輔助盤。第三、四層吊盤

32、為困盤。利用第一、二、王啟吊盤用來卡回罐道，第二、王層吊盤安裝梯子問黯板及梯子。(工)提升遣輸系統(tǒng)1.運輸入員及材料采用JK2.520型提升級卒，井筒裝備用的提升容糯為2曠吊桶。2.提升吊盤采用2臺]Z168∞型妓卒，穩(wěn)繩采用2臺型號JZI0800翻統(tǒng)車。提升吊盤纜車采用集中控制方式。3.管路下放采用3臺JZ168∞型按車，井架安裝專門提升管路的單向輪。(.=:)施工!順序1.吊撒下行施工井筒裝備標準段罐道托架、罐道梯子問排水管路、灑水

33、管路導向燒動力電纜托架倍號通訊電纜托架排水、灑水管路托管躁。計出來的結構在未來的地震發(fā)生時，能夠達到各種選定的性能目標，包括結構進人非彈性階段后損傷控制目標。其基礎和關鍵工作是性能目標的確定，它包括設定地麓水準、定義性能水準和選擇性能目標。五、結i否建筑結樹的抗震是非常有必要，也是非常重要的一個方面，隨著人們對建筑產(chǎn)品要求的提高，各種新結構、不規(guī)則結構和超出規(guī)班適用植圍的結構合逐慚增多，在沒有規(guī)施可供遵循的條件下，采用基于性能的抗麓設計