1、 莱 芜 职 业 技 术 学 院 工 程 技 术 系2011届 毕 业 生 毕 业 论 文论文题目 专 业 年 级 学 号 姓 名 联 系 方 式 指 导 教 师 职称： 完 成 日 期： 年 月 日莱芜职业技术学院毕业论文 2内容摘要：建筑抗震设计问题探究。建筑抗震设计问题探究抗震设防是工程及建筑物在建设时采取的防御地震灾害的措施，通常通过三个环节来达到：（1）确定抗震设防要求，即必须达到的抗御多少级地震的能力；（2）抗震设计；（3）抗震施工。进行地震安全性评价是对建设工程地区地质、地震等多种因素进行综合研究，科学地给出相应的工程规划和设计所需的基础资料的一项工作。它对确定采取什么样的抗震设
2、防要求和工程抗震措施具有十分重要的意义。防震减灾法规定的重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，包括大中城市的建设，必须进行地震安全性评价关 键 词：建筑抗震设计问题探究莱芜职业技术学院毕业论文 3目 录第 1 章序论 4第 2 章正文 5参考文献15附录16莱芜职业技术学院毕业论文 4第一章 古代建筑的发展1.1 古代建筑为何寿命长 中国古代建筑与抗震 从古建筑中获取抗震 技术 防火抗震 的无梁砖殿 房屋的抗震 性能不 可轻视 如何认定错层住宅抗震 性 什么是矩震 级 村房屋抗震 基本措施 砖墙怎样砌 才防震 砖砌 结构的抗震 措施 震 不 垮的木塔 建筑与抗震我国古代建筑，特别是祠堂
3、、大会馆、衙门、王府、宫廷、苑囿等等，都讲求建筑的坚固与宏伟，是不惜人力、物力、财力的。建造房屋务必达到以下四点：第一地基深厚灌浆饱满，以使基础坚牢；第二，木材粗壮，没有裂缝，更不得有疤结；第三，外壁加厚，一般为 1.5尺；第四，屋顶望泥（大泥）务必夯实，其上再铺以琉璃瓦或小青瓦，年年窜瓦，年年补上。这样建筑便可“长寿”了。比如，山西平遥镇国寺大雄宝殿就是按此法建造的，到今天已有1100 多年了，殿顶依然如故，没有丝毫破落与歪倒的现象。地震给人类造成最直接最普通的灾害就是房屋建筑的损坏。如果按照中国古代建筑结构建筑的木制建筑，是具有一定的防震功能的。 中国古代建筑工匠常常巧妙地选择合理的几何形
4、平面和简单的体型，用以提高建筑物的抗震功能。现存的古代建筑物，平面和体型大多是规则的简单的、对称的，包括建筑物内部的配置，也尽量避免内部的风度与质量的不均匀，以防止刚度与质量中心的偏离。如单座建筑中，绝大多数殿堂和楼阁是并不太狭隘的矩形，塔、亭和部分楼阁是正方形、正六角形或正八角形，也有圆形的，只是园林建筑中才使用较为变化的平面。在规整的平面外廊中，也很注意均匀对称。同样单座建筑体型也并不太过于复杂，只是在屋顶形式上加以变化。而且这种简单的平面、体型并不会给人以单调的感觉。 在结构上，采取以柱子承重的木构架形式,而不是以墙承重，是中国古代建筑工匠的又一妙法。这也是中国建筑不同于世界其他各系古代
5、建筑主要以砖石墙为承重体系的重大区别之一。同时在抗震上也十分有利，故有“墙倒柱立屋不塌”之说。 由于柱是整个构架的承重部分，柱子一倒，全屋皆塌，所以，古代建筑业的能工巧匠十分讲究柱子间的连络，创造了许多巧妙方法，以确保建筑物的整体性。其方法是，内外槽各圈立柱的柱头上皆有额枋联系，额枋搭在柱头上并与柱构连。这就使各孤立的柱子能够连成柱网站立在地基上。有时还在柱根与柱根之间使用地栿联接，这对抗震更有好处。因此被称作“抗震箍” 。至于内外柱之间，由于梁架的使用，使内外各行纵柱之间已经由柱网上部的梁架联成为一个个横向整体，其联系又大大加强了。明代以后，又出现了直接穿插在内外柱之间的构件（称穿插枋） ，
6、更加强了内外柱的联系，而作为另一种横向构架的穿斗架，在横莱芜职业技术学院毕业论文 5向各柱之间，都用穿枋联接，其整体性比梁架更为优良，抗震性能更好。房屋的转角处，最易破坏，古代工匠常以角柱与额枋和梁架联系，由于各构件之间有周密巧妙的联系，使整个构架形成一个有机构成的稳固整体，确实增强了房屋的抗震性能。 同时，木构架的用材具有柔性，有一定的变形的能力，构架的全部节点又皆使用木榫，不是刚接，这就保证了建筑物的刚度协调，比较符合抗震要求，使整个房屋的地震荷载大为降低，起到了抗震的作用。由此可见，我国古代建筑中许多巧妙的建筑方法，有其科学性，即使现在现代，仍有吸取应用的可能和需要。 从古建筑中获取抗震
7、技术中国抗震研究专家在研究了现存的许多古代建筑物后认为，是有效的抗震技术使它们虽屡遭地震等多种自然因素的破坏仍能昂然屹立。 专家们发现，这些古建筑无论在平面、空间结构或在局部构造上均有整体刚度，同时在强烈地震发生时各个部位又能“松动” 、 “错动” ，使建筑物产生“松而不垮”的柔性，所以中国古代建筑的结构具有“刚柔结合” 、在地震时又能“以柔克刚”的特点。 从事这项研究工作的专家王成亮说，中国古代建筑的房屋平面的形式中轴对称的较多，一般以“间”为单位，每间为大体相当于“黄金比”尺度的矩形。均匀分布的柱网决定了建筑的平面，这为建筑结构的整体性奠定了基础。这种形式还可以使房屋的质量中心和刚度中心相
8、吻合，提高了抗震性能。 中国的老式三合院、四合院，房屋之间以矮墙或开敞短廊形成的缓冲带，使房屋不会因为毗邻相撞而遭到破坏。 王成亮认为，中国古代建筑构件和构件之间的榫卯结合结构是抗震的关键。这种结构被称为“墙倒屋不塌” ，它和现代梁柱框架结构极为类似。遇有强烈地震时，采用榫卯结合的空间结构虽会“松动”却不致“散架” ，起到了耗能的作用。 专家们发现，中国古建筑屋顶挑檐采用斗拱形式的较之没有斗拱的，在同样的地震烈度下抗震能力要强得多。斗拱是榫卯结合的一种标准构件，是力传递的中介。过去人们一直认为斗拱是建筑装饰物，而研究证明，斗拱把屋檐重量均匀地托住，起到了平衡稳定作用。 据介绍，中国古代建筑中的
9、一些抗震技术已经被我国建筑设计人员吸收，并将充分运用到各地的新建筑，特别是高层建筑中。防火抗震的无梁砖殿峨眉山万年寺为峨眉山六大古寺之首，位于海拔 1020 米的骆驼岭下。该寺始建于东晋，原名普贤寺，唐喜宗时改为白水寺，北宋易名白水普贤寺。寺内无梁砖殿，建于明代万历年间（公元 1600 年） ，相传为寺上住持福登和尚奉诏兴建，明神宗朱立钧为其母慈圣太后祝寿，持亲题大殿匾额“圣寿万年寺” 。至此，后人称之万年寺，一直沿用至今。万年寺无梁砖殿仿印度热那寺式样，为穹窿顶四方形建筑，象征天圆地方之意。殿高17.12 米，面宽 15.79 米，进深 16.06 米，殿顶竖有白色小塔 5 座，分置东、南、
10、西、北、中，四角塑有狮鹿等吉样神兽。殿供奉普贤骑象铜像，系北宋年间铸造（公元 980 年） ，高 7.35米，重 62 吨，形态庄严，铸造精美，誉称为峨眉山镇山之宝。 万年寺无梁砖殿建筑结构富有特色，徐殿门外，全殿找不到一木一钉，墙壁、门楣、额枋、斗拱、垂柱、窗棂等全用砖块砌成，窟窿状的殿顶也是用青砖卷拦垒砌。整个殿宇没有一根梁柱，这和现代的薄壳建筑相似。砖殿体现出我国古建筑艺术设计和工程施工的高超水平，堪称中华古建筑的一个奇迹。 万年寺历史悠久，规模宏大。原有殿宇 13 重，几度兴废，特别是多次失火，除无梁砖殿外，己幸存无已。1964 年万年寺遭一场大火，寺为灰烬，唯独无梁砖殿历经火焚而未毁
11、。据专家考证，峨眉山地处我国地震活动强烈的南北地震带中段东侧，该地区断裂构造十莱芜职业技术学院毕业论文 6分明显，万年寺一带地震活动也较频繁。据统计，从 1600 年来，以万年寺为中心，在其100 公里范围内就发生 66.9 级地震 7 次，每次强地震都波及万年寺及附近建筑物，并造成不同程度的破坏，只有无梁砖殿安然无恙。 万年寺无梁砖殿设计科学，建造精湛，无愧国之瑰宝，是研究我国古代建筑艺术难得的珍贵资料。房屋的抗震性能不可轻视随着经济的发展，人们对居住条件的要求也不断提高，对所购住房不仅要求经济适用，还要安全卫生。任你地段、价位、房型再好，建筑质量有问题的房屋也是万万买不得的。土耳其及我国台
12、湾省发生的多次地震向人们表明：住宅的抗震力度是一个不能不予以深切关注的问题。 1.2 房屋的抗震性能 1.2.1 在主体结构方面，目前多层住宅多是砖混结构，比较好一些的也有采用钢筋混凝土结构的；高层住宅因其对抗震性要求更高，普遍采用的是现浇钢筋混凝土框架结构。在此我们提醒您注意地震等级与抗震等级的区别，抗震设防标准为 8 度，但这并非是指能抵御 8级地震，而是大体相当于能抵御 6 级左右地震震中区的破坏烈度。不过您大可不必惊慌，因为即使像唐山地震对北京的影响也低于这个标准，因此其抗震等级已经是够安全了。 1.2.2 砖混结构住宅。这种住宅系由砖墙支撑和现浇、预制钢筋混凝土板盖成的住宅。由于建材
13、质量和施工质量的不同，抗震性能悬殊。砖的抗压性强，但韧性差，一遇到 67度地震破坏就会局部开裂和散落，8 度时裂缝会更大，稳定性差的会倒塌。但如果施工质量确实好，这类房屋只有在 10 度时才会被严重破坏或倒塌。通常这种结构房屋易发生问题的部位和构件有：跨度大的横梁、楼梯间墙体和开有较大洞口的墙体等。地震发生时，住户应避开这些部位和构件进入结构稳定并具有小空间的部位，如厕所、小厨房等较安全。 1.2.3 木结构住宅。此类住宅一般由木骨架承重，砖、石、泥坯、墙体只能起围护作用，稳定性较差，67 度地震时极易倒塌，所以这类房屋的住户在地震时特别要注意墙倒砸人。1.2.4 钢筋混凝土框架结构住宅。这是
14、目前商品房的最常见形式，主要指由钢筋混凝土梁、柱、墙、盖为骨架的住宅。在 9 度以下地震时，其抗震性能较好，但里面的隔断和围墙若用砖砌成，在 78 度地震时即可能出现裂缝，对人和室内设备造成毁坏。 1.3 砌筑抗震砖墙应注意以下几点。 （1）框架砖房的底层层高通常较高，抗震砖墙的砖筑高度应控制在 1.8 米以内。 （2）抗震砖墙顶部一层砖应稀浆灌缝，以确保框架梁混凝土浇筑的质量。 （3）水平钢筋锚入框架的长度和在砖缝中搭接长度接受拉钢筋考虑，并在端部设变钩。为防止地震时钢筋受力绷直将外侧砂浆推出，产生露筯而降低其抗震作用，钢筋在就位前，应经过机构调械直处理。钢筋应尽量靠近砖墙中线放置。两根钢筋
15、的距离不小于 60 毫米。1.4 砖砌结构的抗震措施通过大震震例分析，特别是唐山震害经验的总结，提高砖墙抗震能力和防止倒塌的途经方法是： （1）多层砖砌结构建筑物的设防标准应严格按 1978 年颁发的抗震规范进行。 （2）楼房高度要根据基本烈度来定，无筋砖体结构不允许超过规定高度。 （3）砖砌体灰浆标号的提高是有效提高抗震能力的措施，七八度砂浆标号不应低于 25号，九度不宜低于 50 号。 （4）设计合理，纵横墙混合承重，增加房屋的横向刚度，保证墙体间的联接，增强空间刚度和整体性，提高抗震力。 （5）设置钢筋混凝土构造柱和每层设置圈梁。这种投资增加只有百分之几，可收到“小莱芜职业技术学院毕业论
16、文 7震不坏，大震不倒”的效果。 （6）墙体内配置水平钢筋或钢筋网，可大大提高抗震强度、延性和变形能力，可增强抗震力。 （7）设置内外墙钢拉筋，同圈梁结合，形成一个整体。 （8）使用高标号砖，砌缝灰浆要饱滿。砖墙要啮合拉茬。增加异型砖砌体或多孔砖插筋的做法。 （9）施工要精心，保证质量。不可偷工减料。施工单位一定要想到百年大计，人命关天。震不垮的木塔在日本民间，曾流传着这样一句话：“再强烈的地震也震不倒五重塔。 ” 五重塔是在日本很常见的木塔中的一种，很多古木塔在地震与台风中挺立了 600 多年而不倒。事实上，历史上许多灾难事件都证明了木塔的抗震性，如 1923 年的关东大地震，将东京地区的大
17、多数建筑夷为平地，唯有木塔安然无恙；1995 年阪神淡路大地震中，兵库县的 15 座木质重塔都逃过这场劫难，完好无损。 第二章 我国高层建筑的发展2.1 高层建筑分布规律（1）从建筑材料看，在高层建筑中，钢筋混凝土结构占 64%。而在前 30 幢中，钢筋混凝土结构只占 50%。高度增加以后，混合结构的比例上升，由 26%升为 40%，而钢结构占的比例未变。可以说，目前我国 的最高层的一些建筑，钢与混凝土组成的混合结构占主体地位。（2）从结构体系看，高层建筑主要采用了三种体系：框架通体体系，筒中筒体系与框架支撑体系。框架支撑体系是钢结构。钢筋混凝土结构。（3）从国内外设计看，前 30 幢建筑，国
18、内设计占 2/3，前 58 幢建筑，国内设计达3/4，除少数是国外公司总承包外，进入 90 年代以后，绝大部分是由国内建筑公司承包了。以上的简要回顾可见，我国的高层建筑发展快，数量多，特备是全部 150m 的建筑都在 7 度，8 度抗震设防地区。面对如此的挑战，如何精心设计，精心施工，不断提高高层建筑的抗震设计水平，是一个迫切需要引起广泛注意，加强研究的坚固任务，他需要广大设计，施工，管理人员的共同努力。 我国 在建筑抗震设计方面已经积累了很多经验，现行国家规范（建筑抗震设计规范）及行业规程（钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程）与 78 规范及 79规范相比，有了很大的进步。现行规范和规程的
19、抗震设计方法已经为广大工程技术人员所掌握。但是，随着我国高层建筑的发展，国家经济实力的提升，个人财产的增多，我过的高层建筑结构抗震设计有许多心的问题需要研究解决。2.2 构件变形能力与轴压比在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的断面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋，即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减少。这是广大设计人员在设计混凝土材料为主的结构中遇到的现实问题。柱的轴压比问题实际是柱的塑性变形能力问题，构建的变形能力会极大的影响结构的延性。众所周知，若柱处于小偏压受力状态，由于是混凝土压碎丧失承载能力，塑性变形能力很小。规范规定的三级抗震框架柱的轴压比限值，约为对称
20、配筋柱的大小偏压的界限。放宽轴压比限值的代价是降低柱的延性。但是两种情况值得澄清：（1）在框架汇总若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性大大减少，此时可以放松轴压比限制，（2）许多高层建筑底部几层柱虽然长细比小于 4，但并不一定是短柱。在抗震的高层建筑中，采用港股混凝土解耦是有利的，它不仅能家少柱断面，减少剪力墙厚度，还可以使结构具有良好的抗震能力。国内已有许多研究和工程实践，并已制订了我国自己的钢骨混凝土结莱芜职业技术学院毕业论文 8构设计规程，预期部分采用钢骨混凝土结构的高层建筑会逐步增多。采用钢管混凝土柱也是减少柱断面的有效措施，也已有一些工程实践及有关设计规程，
21、但钢筋混凝土梁与钢管柱的连接节点构造及其传力性能，还有待进一步的研究和发展。2.3 材料与体系我国 150m 以上的建筑，采用的三种主要结构体系，都是其它国家高层建筑采用的主要体系。但国外、特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大地震作用的考验。在前 30 幢建筑中，17 幢外框架核心筒结构中的 1l 幢采用外钢框架和混凝土核心筒的混合结构，大部分建在上海，最高的是深圳地王大厦。国外很少采用这种混合结构，在抗震结构中更少见；国内工程界对这种体系的看法不一，争论较大。采用这种体系的主要原因是比钢结构的用钢量少
22、，又可减小柱子断面，常常为业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受 80以上的地震层剪力，有的高达 90以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准(或适当放宽)n1 ；由于内筒的高宽比很大(约为 1012)，其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构、形成加强层才能满足规范侧移限值；为了安全起见，规程要求框架承担剪力不小于底部剪力的 25，这也会使钢材的用量加大；混凝土筒的轴向压力随高度增大而增大，为保证其延性，可能要加大筒壁的厚度和配筋，因而用钢量也会相
23、对上升。此外，由于钢筋混凝土内筒与钢柱的竖向变形性能不同，由徐变、温度等因素会引起结构附加内力；在构造上，有一些结构为了增加结构刚度而将楼板钢粱与混凝土内筒做成刚接，这不仅增加施工困难，而且钢与混凝土的连接节点可靠性较差，要保证两个加工精度相差悬殊的构件按设计要求连接是不容易的，一般并不能保证刚接。采用混凝土核心筒，可以节省一些钢材，但是究竟能节省多少，还要做进一步分析。而我国当前的国情，已经不是结构材料越省越好的年代。对混合结构的抗震性能以及为改善其性能需要采取的措施要有充分认识。例如，高度为 3040 层的结构，其内筒与外框侧向变形性能的差别和竖向变形差相对容易协调，为保证内筒剪力墙的塑性
24、变形能力的轴压比限值也较容易得到满足(或剪力墙不至太厚) ，采用这种体系有其合理性；而对层数更多的高层建筑，则需要谨慎的设计，其合理性及所采取的措施都需要认真论证。此外，这种体系的内筒宜采用钢骨混凝土剪力墙，以便使钢梁与钢骨有可靠连接。在高层建筑中采用外框架一核心筒体系时，为减小侧移，通常需要设置伸臂结构，形成加强层。在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。加强层及转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此，在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择加强层及转换层的结构形式，尽量
25、减小其本身刚度，减小其不利影响。斜撑桁架或简单的斜撑杆(要注意平衡其拉压力 )优于实腹梁，在抗震结构中采用厚板作转换层对抗震是十分不利的。我国的筒中筒体系主要采用钢筋混凝土结构，这在国外地震区是很少见到的。密柱深梁的钢筋混凝土框筒实现梁铰屈服机制有一定困难。因此，当采用钢筋混凝土筒中筒结构时，必须充分注意框筒是否能真正实现梁铰机制，是否能确保框筒的延性要求。顺便指出，为了方便设计，规范或规程中给出的强柱弱梁、强剪弱弯以及剪压比等设计条件有某种程度的简化，需要结构工程师对不同情况作出具体分析和判断。在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材生产数量已较大，建筑钢材的类型及品种也在逐步
26、增多，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后，由于钢结构质量较小而且较柔，为减小风振而需要采用混凝土材料，钢骨(钢管)混凝土，通常做为首选。莱芜职业技术学院毕业论文 9日本阪神地震震害说明，在钢骨混凝土构件中，采用格构式的型钢时，震害严重，采用实腹式的大型型钢或焊接工字钢的，则震害轻微。因此，在高层建筑结构中，若用钢骨混凝土构件，建议采用后者。2.4 弹塑性时程分析与弹塑性静力分析在罕遇地震作用下，抗震结构都会部分进入塑性状态，为了满足大震作用下结构的功能要求，有必要研究和计算结构的
27、弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势，是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分。但是由于结构弹塑性分析的复杂性，在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上，各国的做法也有所不同。我国现行抗震设计规范提出了验算罕遇地震作用下结构变形的要求，即所谓的二阶段设计，但是规范要求进行验算的结构类型较少。当前，进一步明确弹塑性计算的要求，作出一些具体规定，使弹塑性计算成为可操作，对于提高我国高层建筑的抗震设计水平是十分必要的。结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析(时程分析)和弹塑性静力分析(推力计算)两大类。弹塑性动力分析，也
28、就是弹塑性地震反应分析，始于 50 年代。在多地震的日本，高层建筑的发展与弹塑性地震反应分析是分不开的，武滕清教授在这方面的贡献不可磨灭。近年来，美国和欧洲的一些多地震国家，弹塑性时程分析也已提上抗震设计日程；70 年代以来，我国广大研究和设计人员进行了大量工作，已经开发出一些可以应用于工程设计的程序。包括弹塑性静力分析，层模型动力分析，杆模型平面结构动力分析等。弹塑性时程分析是输入地震波、直接计算结构的地震反应的分析方法，采用杆模型、层模型等简化的结构的计算模型。由于考虑了结构构件的弹塑性性能，结构的刚度不断变化，通过逐步积分，可以得到结构各质点的位移、速度和加速度时程。杆模型计算的优点是可
29、以得到杆件状态随时间的变化过程，也可得到各楼层的反应。但是耗时多，计算昂贵，结果数据量大而且分析比较繁冗，在国外也极少采用。在日本，日常设计主要采用层模型作多条波分析，只是在某些必要情况下，再挑选出合适的地震波进行杆模型地震反应计算。层模型计算能得到各楼层的反应，例如层剪力、楼层侧移和层间转角、层间位移延性比等，它主要是从宏观上即层间变形检验结构在大震作用的安全。层模型计算的数据相对较少，适宜于进行宏观检验，也便于计算多条地震波作用。弹塑性静力分析采用空间协同平面结构模型或三维空间模型；每个构件(梁、柱、墙) 都根据其截面尺寸、配筋及材料确定其弹塑性力一变形关系；在结构上施加某种分布的楼层水平
30、荷载，逐级增大；随着荷载逐步增大，某些杆端屈服，出现塑性铰，直至塑性铰足够多或层问位移角足够大，计算结束。由弹塑性静力分析，可以了解结构中每个构件的内力和承载力的关系以及各构件承载力之间的相互关系，检查是否符合强柱弱梁(或强剪弱弯) ，并可发现设计的薄弱部位，还可得到不同受力阶段的侧移变形，给出底部剪力顶点侧移关系曲线以及层剪力一层问变形关系曲线等等。后者即可作为各楼层的层剪力一层间位移骨架线，它是进行层模型弹塑性时程分析所必需的参数。只要结构一定(尺寸、配筋、材料) ，其结果不受地震波的影响，而与初始楼层水平荷载的分布有关。这种方法在现阶段比较现实，也易于为工程设计人员所掌握。这种方法可以从
31、细观上(构件内力与变形)和宏观上(结构承载力和变形)了解结构弹塑性性能，既可得到有用的静力分析结果，又可很方便地进行动力时程分析。从计算模型上看，弹性分析的计算模型经历了一个漫长的发展过程，才由简化的平面结构发展到空间协同、由空间协同再发展到空间分析，逐步接近实际，目前有些程序还可以将楼板变形引入计算，但应用尚少。而弹塑性分析比弹性分析要复杂得多，也必然有一个发展的过程。尽管层模型与三维空间模型相比，简化较多，也不宜用层模型计算复杂的结构，但是正如弹性分析中平面结构在历史上曾经采用了多年、起到了很积极的作用一样，弹塑性静力计莱芜职业技术学院毕业论文 10算及简化模型的动力计算在现阶段是可以做到
32、、而且在定量分析上是有积极意义的，在应用过程中也会逐步完善；就是现在，采用空问协同或空间模型进行弹塑性静力分析已经没有困难。总而言之，弹塑性静力分析，或与弹塑性动力分析相结合、互为补充的分析方法，在现阶段是可行的。它只有在工程实践中，随着广大工程人员的普遍应用和研究人员的不断努力，才能逐渐成为抗震设计的一种必要手段。2.5 基于位移的结构抗震设计我国现行的结构抗震设计，是以承载力为基础的设计。即：用线弹性方法计算结构在小震作用下的内力、位移；用组合的内力验算构件截面，使结构具有一定的承载力；位移限值主要是使用阶段的要求，也是为了保护非结构构件；结构的延性和耗能能力是通过构造措施获得的。虽然，构
33、造措施是为了使结构在大震中免遭倒塌，但设计人并不掌握结构在大震中的实际性能。90 年代中，美国学者提出了基于位移的抗震设计(DisplacementBased Design，简称 DBD)，这是一种全新概念的结构抗震设计方法。DBD 是实现基于功能的抗震设计(Performance Based Design，简称 PBD)的重要步骤。它比现行抗震设计方法中强调的概念设计更进了一步，它要求有量化的设计指标。历次震害表明，结构破坏、倒塌的主要原因是变形过大，超过了结构构件能承受的塑性变形能力。基于位移的抗震设计要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。预期的地震作用一般是
34、指大震。因此除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层问位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大小及应变分布，确定构件的构造要求。确定结构在大震作用下的层间位移角限值，是 DBD 的重要内容，实质就是确定允许的结构震害程度或确定地震后结构能保持的使用功能目标。不同的震害程度或功能目标，可以作出不同的设计结果。若期望大震后建筑结构能立即使用或略加修理就能使用，位移角限值要严一些，相应的构件尺寸或构件配筋会大一些；若允许结构在大震中破损，位移角限值可放松，则设计结果会与前者不同。我国现行规范规定钢筋混凝土框架结构在大震作用下的层问位移角限
35、值为 150，这时，柱已经难免出铰，结构破坏严重，丧失了继续使用的功能，仅能维持不倒塌。钢筋混凝土结构能达到的层间位移角能力以及层间位移角与结构破坏程度的关系，与构件塑性铰区截面的变形能力有关；截面的曲率延性，即弯曲变形能力，主要取决于相对受压区的高度(由轴压比、配筋等决定 )以及混凝土的极限压应变；混凝土能达到的极限压应变主要取决于箍筋的约束程度，即箍筋的形式和含箍特征值。因此，塑性铰区截面的约束箍筋应当由要求结构达到的变形能力确定。以高宽比超过 10、对称配筋的矩形截面剪力墙为例，以试验为基础的理论分析表明，若设定墙肢顶点位移延性比为 3，且塑性铰区截面的相对受压区高度不超过 012 时，
36、墙端不需设置约束边缘构件；当相对压区高度为 028 时，需要设置长 021w 的约束边缘构件 (跏为墙肢截面长)，其含箍特征值要求达到 03；相对压区高度更大时，则所需的约束范围更大、含箍特征值更高，否则就不能达到墙顶点位移延性比为 3 的目标。若提高位移延性比的要求，譬如说 4，相对压区高度的限值会更严。对于钢筋混凝土框架，在确定梁柱塑性铰区的约束箍筋时，同样应使构件的变形能力超过构件的变形要求。目前我国规范中规定的抗震等级，已有了按要求区分配筋构造的雏形，但是与定量分析和量化要求尚有较大距离，有必要加强这方面的研究。为了实现基于位移的抗震设计，第一步需要研究简单结构(例如框架及悬臂墙) 的
37、构件变形与配筋关系，实现按变形要求进行构件设计；进而研究整体结构进入弹塑性后的变形与构件变莱芜职业技术学院毕业论文 11形的关系。这就要求除了小震阶段的计算外，还要按大震作用下的变形进行设计，也就是真正实现二阶段抗震设计，这是结构抗震设计的发展趋势。为了使基于位移的抗震设计用于工程，还有许多问题尚待深入研究，例如：层间位移角(或位移延性系数) 与结构或构件破坏的关系，构件变形与截面性能的关系，重要性不同的建筑对破坏程度的要求如何区别，实用的弹塑性分析程序，研究成果转化为易于工程应用的设计、计算方法，等等。长久以来，木塔承受地震与台风的能力一直是个謎。19 世纪的小说五重塔的作者幸田露伴曾作过这
38、样的描述：“狂风横扫路石，暴雨撕破天空，塔木在呻吟。狂风暴雨压弯了木塔，但它过后又挺起，然后又被压弯。塔木在呻吟，好像木塔随时都会倒塌” 那么木塔是如何经得住这么大的摇动而屹立不倒呢？答案其实就在这问题中，木塔不倒的真正原因，就是它本身也大幅摇摆。一位资深的寺庙木匠解释说：“木塔虽然看上去很坚固，但如果你推一下正在建设中的木塔角檐，整个木塔就会左右摇晃。如果不是这样的话，这就不是一座好塔。 ” 在当代建筑学中，赤手摇动一座建筑是个不可思议的想法，但用这种方法盖起的建筑却能承受地震等自然灾害。日本木塔的塔檐一般很长，长塔檐所起的作用就像传统木偶的手臂一样，木偶的长手臂上下倾斜，以保持玩具的平衡；
39、而当塔在地震中倾斜时，长塔檐也跟着缓慢地大幅度摇摆，但它们终将返回原位。这就是木塔在地震与暴雨中不倒的原因了。3 结论历次震害表明，结构破坏、倒塌的主要原因是变形过大，超过了结构构件能承受的塑性变形能力。基于位移的抗震设计要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。预期的地震作用一般是指大震。因此除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层问位移角限值或位移延性比；根据构件变形与莱芜职业技术学院毕业论文 12结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大小及应变分布，确定构件的构造要求。莱芜职业技术学院毕业论文 13致 谢本文是在赵老师精心指导和大力支持下
40、完成的。赵老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。另外，感谢我的舍友对我论文写作的指导与帮助，他们为我完成这篇论文提供了巨大的资料库，使我得以顺利完成此论文。莱芜职业技术学院毕业论文 14参考文献周锡元强震观测与分析 ， The Main Features of Strong-Motion Data Processing and Analysis魏仁杰论工程抗震设防标准 、 抗震设计样板规范周理斌基于 GIS 和 AI 的地震危险性分析系统 、 数字减灾系统刘锡程卫星遥感技术在防震减灾中的应用李田，刘西拉混凝土结构耐久性分析与设计M.北京：科学出版社， 1999.莱芜职业技术学院毕业论文 15学 号 姓 名 专 业系 别 班 级 学 制论文题目指导教师姓名 职务或职称指导教师评语：成绩： 指导教师签名： 年 月 日复审意见：成绩： 复审人签名： 年 月 日答辩委员会评语：成绩： 主持人签名： 年 月 日终审意见：成绩： 终审人签名： 年 月 日
