建筑結構抗震設計淺析

1、84建筑結構抗震設計淺析AnalysisoftheBuildingStructureSeismicDesign李秀萍LiXiuping(東莞市城建規(guī)劃設計院，東莞523129)(UrbanPlanningandDesignInstituteinDongwanCity，Dongwan523129，China)摘要：20世紀80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設計”。本文根據(jù)多年工作經(jīng)驗，就建筑抗震設計要求及其驗算進行了淺迷分析Abstr

2、act：Since1980s，the”conceptofanti—seismicdesignwasputforward”BasedOnyearsofworkexperiencethispaperbrieflyanalyzesantiseismicdesignrequirementsandchecking關鍵詞：建筑結構：抗震設計；抗震驗算Keywords：buildingstructure；seismicdesign；seismicca

3、lculation中圖分類號：TU352文獻標識碼：A0引言20世紀80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設計”。所謂“建筑抗震概念設計”是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。我們掌握抗震設計概念，將有助于明確抗震設計思想，靈活、恰當?shù)剡\用抗震設計原則，使我們不致陷于盲目的計算工作，從而做到比較合理地進行抗震設計。1建筑抗震設計要求11對場地、地基和基礎的要求選擇建筑場地

4、時，應根據(jù)工程需要，作出綜合評價。選擇對抗震有利地段，避開不利地段，無法避開時，應采取有效措施。為避免建筑物發(fā)生“共振”破壞，應盡量使地震動卓越周期與待建建筑物的自振周期錯開，減少地震能量輸入。從地震的調查結果看，存在“共振”破壞，同一場地，地震會“有選擇”的破壞某一類型建筑物而“放過”其它。例如1976年唐山地震時，天津東郊工業(yè)區(qū)同為軟土地帶，大量較柔的單層鋼筋混凝土結構廠房破壞嚴重，而較剛的多層磚房破壞輕微，傳統(tǒng)上，我們總認為“鋼筋

5、混凝土比磚混”結實，而這一案例則與其相反，剛好證明了“共振”破壞的存在。再如1985年黑西哥太平洋岸發(fā)生81級地震，共有164幢6—20層的房屋倒塌：其中5層以下房屋破壞輕微，23層以上的大樓也未破壞；特別是高度達181m，自振周期為39s的42層拉美大廈，基本沒有損害。該次地震持時22s，周期2s，加速度a≥O19。均證明了存在“共振”破壞，所以，在選擇場地時，要盡量避免。《抗震規(guī)范規(guī)定，建筑場地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚

6、度分為4類，見表l。表l中v。為巖石或堅硬土的剪切波速；V。為土層等效剪切波速，可根據(jù)實測或按下式確定：v產(chǎn)_蘭生一。地基和基礎；毫老設計應符合以下要求：①同一結構單元的基礎不宜設置在性質截然不同的地基上：②同一結構單元不宜部分采用天然地基，部分采用樁基；③地基分為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻時，應估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應措施。表1建筑場地類別劃分等效剪切波場地覆蓋層厚度d—m)速(m／s)山=Oo

7、80v500l500一v250IⅡ250，vpl40IⅡⅢv?！?40IⅡⅢⅣ12選擇對抗震有利的建筑平面、立面和豎向剖面建筑抗震設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。建筑及其抗側力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應具有良好的整體性：建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。1990年江蘇常熟發(fā)生作者簡介：李秀萍(

8、1971一)，女，吉林九臺人，中級職稱，研究方向為建筑結構。文章編號：10064311(2010)13—008401里氏51級地震，震中區(qū)那些平、立面布局不合理，門窗洞口過多、過大，大開間，大進深房間太多的二、三層磚混結構房屋遭到嚴重破壞，造成了很大的損失。13選擇技術和經(jīng)濟合理的結構體系結構體系應根據(jù)建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施等因素，經(jīng)技術、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定。結構體系應具有明確的

9、計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑，避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。要具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。對可能出現(xiàn)的薄弱部位的結構體系，應采取措施提高抗震能力。另外，結構體系宜設置多道抗震防線。2地震作用與結構抗震驗算目前，在我國和其他許多國家的抗震設計規(guī)范中，廣泛采用反應譜理論來確定地震作用，其中以加速度反應譜應用最多。如果已知體系的自振周期，利用反應譜曲線和相應計算公式

10、，就可確定體系反應加速度，進而求出地震作用。采用振型分解反應譜法時，不進行扭轉耦聯(lián)計算的結構，應按下列規(guī)定計算其地震作用和作用效應：21構j振型i質點的水平地震作用標準值，應按下列公式：b=aj1／iYJ砩Gj(i=1，2，n；j=1，2，，in)(1)∑KgI飛=L(2)E，2gii=l式中：F，為j振型i質點的水平地震作用標準值：Otj為相應于i振型自振周期的地震影響系數(shù)；x；為i振型i質點的水平相對位移；M為j振型的參與系數(shù)。22

11、抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震剪力應符合下式要求：vD(ixEc(3)式中：VⅨ為第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力；入為剪力系數(shù)，不應小于表2規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對豎向不規(guī)則結構的薄弱層，尚應乘以115的增大系數(shù)；Gj為第j層的重力荷載代表值。表2樓層最小地震剪力系數(shù)值類別7度8度9度扭轉效應明顯或基本周期小于355的結構0016(0024】0032(0048)0064基本周期大于50s的結構0012(0018)0

12、024(0032)0040注1基本周期介于358和5s之間的結構，可插入取值2括號內數(shù)值分別用于設計基本地震加速度為O159和o309的地區(qū)。3結語應當指出，強調抗震概念設計，是為了給抗震計算創(chuàng)造有利條件，并非不重視數(shù)值設計，要靈活、準確的按照建筑結構抗震基本要求進行設計施工，以做出經(jīng)濟、合理地且能實現(xiàn)功能目標的建筑結構抗震設計，節(jié)約成本，達到抗震要求，追求雙贏。參考文獻：【1]朱鏡清結構抗震分析原理【M】地震出版社，2002，11【2

13、】豐定國，王社電抗震結構設計【M1武漢：武漢理工大學出版社，2003萬方數(shù)據(jù)84建筑結構抗震設計淺析AnalysisoftheBuildingStructureSeismicDesign李秀萍LiXiuping(東莞市城建規(guī)劃設計院，東莞523129)(UrbanPlanningandDesignInstituteinDongwanCity，Dongwan523129，China)摘要：20世紀80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設計

14、”。本文根據(jù)多年工作經(jīng)驗，就建筑抗震設計要求及其驗算進行了淺迷分析Abstract：Since1980s，the”conceptofanti—seismicdesignwasputforward”BasedOnyearsofworkexperiencethispaperbrieflyanalyzesantiseismicdesignrequirementsandchecking關鍵詞：建筑結構：抗震設計；抗震驗算Keywords：bui

15、ldingstructure；seismicdesign；seismiccalculation中圖分類號：TU352文獻標識碼：A0引言20世紀80年代以來，人們提出了“建筑抗震概念設計”。所謂“建筑抗震概念設計”是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。我們掌握抗震設計概念，將有助于明確抗震設計思想，靈活、恰當?shù)剡\用抗震設計原則，使我們不致陷于盲目的計算工作，從而做到比較合

16、理地進行抗震設計。1建筑抗震設計要求11對場地、地基和基礎的要求選擇建筑場地時，應根據(jù)工程需要，作出綜合評價。選擇對抗震有利地段，避開不利地段，無法避開時，應采取有效措施。為避免建筑物發(fā)生“共振”破壞，應盡量使地震動卓越周期與待建建筑物的自振周期錯開，減少地震能量輸入。從地震的調查結果看，存在“共振”破壞，同一場地，地震會“有選擇”的破壞某一類型建筑物而“放過”其它。例如1976年唐山地震時，天津東郊工業(yè)區(qū)同為軟土地帶，大量較柔的單層鋼

17、筋混凝土結構廠房破壞嚴重，而較剛的多層磚房破壞輕微，傳統(tǒng)上，我們總認為“鋼筋混凝土比磚混”結實，而這一案例則與其相反，剛好證明了“共振”破壞的存在。再如1985年黑西哥太平洋岸發(fā)生81級地震，共有164幢6—20層的房屋倒塌：其中5層以下房屋破壞輕微，23層以上的大樓也未破壞；特別是高度達181m，自振周期為39s的42層拉美大廈，基本沒有損害。該次地震持時22s，周期2s，加速度a≥O19。均證明了存在“共振”破壞，所以，在選擇場地時

18、，要盡量避免。《抗震規(guī)范規(guī)定，建筑場地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度分為4類，見表l。表l中v。為巖石或堅硬土的剪切波速；V。為土層等效剪切波速，可根據(jù)實測或按下式確定：v產(chǎn)_蘭生一。地基和基礎；毫老設計應符合以下要求：①同一結構單元的基礎不宜設置在性質截然不同的地基上：②同一結構單元不宜部分采用天然地基，部分采用樁基；③地基分為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻時，應估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應措

19、施。表1建筑場地類別劃分等效剪切波場地覆蓋層厚度d—m)速(m／s)山=Oo80v500l500一v250IⅡ250，vpl40IⅡⅢv?！?40IⅡⅢⅣ12選擇對抗震有利的建筑平面、立面和豎向剖面建筑抗震設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。建筑及其抗側力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應具有良好的整體性：建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避

20、免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。1990年江蘇常熟發(fā)生作者簡介：李秀萍(1971一)，女，吉林九臺人，中級職稱，研究方向為建筑結構。文章編號：10064311(2010)13—008401里氏51級地震，震中區(qū)那些平、立面布局不合理，門窗洞口過多、過大，大開間，大進深房間太多的二、三層磚混結構房屋遭到嚴重破壞，造成了很大的損失。13選擇技術和經(jīng)濟合理的結構體系結構體系應根據(jù)建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、

21、結構材料和施等因素，經(jīng)技術、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定。結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑，避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。要具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。對可能出現(xiàn)的薄弱部位的結構體系，應采取措施提高抗震能力。另外，結構體系宜設置多道抗震防線。2地震作用與結構抗震驗算目前，在我國和其他許多國家的抗震設計規(guī)范中，廣泛采用反應譜理論來確定地震作用，其中

22、以加速度反應譜應用最多。如果已知體系的自振周期，利用反應譜曲線和相應計算公式，就可確定體系反應加速度，進而求出地震作用。采用振型分解反應譜法時，不進行扭轉耦聯(lián)計算的結構，應按下列規(guī)定計算其地震作用和作用效應：21構j振型i質點的水平地震作用標準值，應按下列公式：b=aj1／iYJ砩Gj(i=1，2，n；j=1，2，，in)(1)∑KgI飛=L(2)E，2gii=l式中：F，為j振型i質點的水平地震作用標準值：Otj為相應于i振型自振周期

23、的地震影響系數(shù)；x；為i振型i質點的水平相對位移；M為j振型的參與系數(shù)。22抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震剪力應符合下式要求：vD(ixEc(3)式中：VⅨ為第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力；入為剪力系數(shù)，不應小于表2規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對豎向不規(guī)則結構的薄弱層，尚應乘以115的增大系數(shù)；Gj為第j層的重力荷載代表值。表2樓層最小地震剪力系數(shù)值類別7度8度9度扭轉效應明顯或基本周期小于355的結構0016(0024

24、】0032(0048)0064基本周期大于50s的結構0012(0018)0024(0032)0040注1基本周期介于358和5s之間的結構，可插入取值2括號內數(shù)值分別用于設計基本地震加速度為O159和o309的地區(qū)。3結語應當指出，強調抗震概念設計，是為了給抗震計算創(chuàng)造有利條件，并非不重視數(shù)值設計，要靈活、準確的按照建筑結構抗震基本要求進行設計施工，以做出經(jīng)濟、合理地且能實現(xiàn)功能目標的建筑結構抗震設計，節(jié)約成本，達到抗震要求，追求雙贏