抗震理念论文范文
时间：2023-10-01 17:06:56
抗震理念论文篇1
关键词:高层建筑;抗震;结构设计;探讨
引言
现阶段,土与结构物共同工作理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善,如果可以在结构与地基的材料特性,动力响应,计算理论,稳定标准诸方面得到符合实际的发展,自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。
1 高层建筑发展概况
80年代,是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑,建筑层数和高度不断增加,功能和类型越来越复杂,结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店,它是一座现代化的高级宾馆,总高153.52m,全部采用框架一芯墙全钢结构体系,深圳发展中心大厦43层高165.3m,加上天线的高度共185.3m,这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦,81层高,385.95m为钢结构,它居目前世界建筑的第四位。
2 建筑抗震的理论分析
2.1 建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁,不得,不许,不宜”等体现不同程度限制性和“必须,应该,宜于,可以”等体现不同程度灵活性的用词。
2.2 抗震设计的理论
拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年展起来的一种理论,它在估计地震对结构的作用时,仅假定结构为刚性,地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数(地震系数)。
反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60年展起来的,它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解,以及结构动力反应特性的研究为基础,是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。动力理论。动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外,人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解,同时随着强震观测台站的不断增多,各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论,它把地震作为一个时间过程,选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入,建筑物简化为多自由度体系,计算得到每一时刻建筑物的地震反应,从而完成抗震设计工作。
3 高层建筑结构抗震设计
3.1 抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性(限制结构类型和结构材料使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
3.2 高层建筑的抗震设计理念
我国《建筑抗震规范》(GB50011-2010)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
三个水准烈度的地震作用水平,按三个不同超越概率(或重现期)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年;设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
3.3 高层建筑结构的抗震设计方法
抗震理念论文篇2
【关键词】地震 桥梁抗震 课程教学 本科教育 现状分析
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）11-0247-01
引言
众所周知，近年来世界范围内发生了多次大震强震，特别是2008年的汶川地震、2011年的日本地震等，给人民的生命财产造成巨大的损失。桥梁作为生命线工程，在抗震救灾的交通运输中发挥着重要的作用。而《桥梁抗震》课程作为众多高等院校土木工程专业本科生的专业必修课，它的教学效果的好坏将直接影响学生就业后处理工程实践问题的能力和自我专业素养的发展能力，因此是土木工程专业本科生十分重要的一门基础专业课。
笔者作为桥梁抗震课程的主讲教师，在多年的教学实践中体会到该课程的教学内容、教学方法和教学手段等很多方面存在一定的不足，尚需要进一步改革和完善。尤其在当今全球地震频发的自然环境下，该课程的教学研究对提高本科学生分析问题和处理工程实践问题的能力具有重要的意义。
1.《桥梁抗震》课程的本科教学现状
1.1缺乏适合本科生教育的桥梁抗震教材
现有一些与桥梁结构抗震相关的书籍，总体上分为两类：一类称为工程结构抗震，如《建筑与桥梁抗震设计》、《工程结构抗震》等，这类书中较全面的涉及了各种房屋建筑结构的抗震，而对桥梁结构的抗震内容一般只涉及一章简支梁桥或简单的规范条文，知识量较少，内容片面且偏简单，远远不能满足本科生的专业学习需求。另一类书是专门针对各种大跨径桥梁的桥梁抗震书籍，主要为同济大学范立础编写，如《桥梁抗震》、《大跨度桥梁抗震设计》、《桥梁减隔振设计》、《桥梁抗震研究》、《高架桥梁抗震设计》等，这类书大多为研究生学习用书，理论深奥，难以理解，有的内容片面，没有很好地结合本科学生实际的理论水平和实践基础，使得他们在学习时不知从何入手，使用时不知用在何处。此外，人民交通出版社出版的叶爱君等编著的《桥梁抗震》教材第2版，相比之下在章节划分上所涉及桥梁抗震的内容点比较全面，而且在一定程度上能结合现行规范，但是该教材总页数偏少，书中的很多基本概念描述过于简单，对于初学桥梁抗震的本科生来讲，还需要由教师补充很多资料，扩充很多基本内容。
另外，桥梁抗震课程教学所依据的重要学习资料即为抗震设计规范，但是规范的内容大多是经过提炼的结论性的条文，只能作为辅助参考工具，不能作为本科生学习基本理论基础知识和解决实际工程问题的教学用书。
因此目前的土木工程专业本科生，迫切需要一本难度适宜、易于掌握、内容全面、指导性和实践性较强的桥梁抗震教材。这也是作为本课程的教学老师需要进一步做的工作。
1.2 授课学时少，内容难度大
针对目前我国大学教育正经历着从精英教育向大众教育的转型，桥梁抗震课程面临学时少，内容多的问题，学生学习起来感觉很有难度。 原因是：一方面该课程的基础理论与基础课（如动力学、 高等数学、 材料力学、结构力学等）联系紧密，学生淡忘的内容不少。教师需给出本课程与其它课程的结合点及本课程知识的定位点，让学生建立概念，顺利过渡。
本课程内容的特点相对较为抽象，尤其在结构设计和计算部分理论推导占有比例较大，多为枯燥和抽象的公式，使学生难于接受并产生兴趣。但是如果讲课内容过于简单，则学生所学知识缺乏深度，获取的专业信息较少。因此本课程在教学内容与课程体系应进行相应的调整，合理安排难易知识点。
1.3教学理念和教学模式需要改进
桥梁抗震课程的目的是介绍地震作用的基本原理和桥梁结构抗震的方法，使学生掌握结构抗震的基本理论和设计方法。由于涉及知识面广，同时对专业知识掌握程度的要求高，因此教师在授课过程中，学生普遍感觉难度较大。另外，过去对于本课程的讲授过于强调理论而忽视了与实践相结合的案例分析，缺乏实际地震和现场灾害调查资料，这些是我们专业课程教师需要改进和提高的方面。
首先，在课程的教学理念上，应以培养学生获取和应用知识的能力为目标，教学时注重学生对基本知识和基本概念的理解和把握。其次，在本课程教学中应探讨和尝试新的教学方法和教学手段，变被动学习为主动学习。目前，现代化的教学手段尚未得到充分利用，缺乏生动，适用的高质量多媒体课件。在传授知识的同时，应调动学生的主动思维和学习兴趣，通过课堂讨论、撰写小论文、观摩抗震试验、组织结构设计大赛等活动，提高学生学习和研究分析问题的能力。
1.4 缺少典型的优秀试题和案例分析
计算机辅助教学近年来在高等教育教学中得到较广泛的应用，并将逐步成为教学环节的一个重要手段。但针对桥梁抗震课程的教学课件及其习题库还不成熟，存在着分散、孤立、低水平重复的弊端。要想对课程内容有一个比较系统而全面的了解，培养学生学习的自觉性和兴趣很重要，因此除了传统的讲课、批作业、面对面答疑之外，可以建立该课程相应的习题库供学生自我训练和测试，不仅可以减轻老师的负担，提高教学效率，还可使学生在短时间内尽量扩大学习的信息量，有助于培养学生的独立学习能力和思维创造能力。由于目前未形成一个系统的习题库，制约了学生课下对本门课程的学习和进一步思考。
2.结论
《桥梁抗震》课程是土木工程本科教学中很重要的年轻的一门专业课，本文通过对本课程教学内容、教学理念、教学模式的现状分析，对该课程的本科教学改革方向进行了研究和探讨，以进一步提升本课程的教学质量，提高本科学生分析问题和处理工程实践问题的能力。
桥梁抗震是一个复杂的系统工程，但由于课程课时有限，还需在教学过程中不断总结前进。
参考文献：
[1]蒋永生，李爱群，曹双寅，邱洪兴. 土木工程专业培养人才的知识结构与能力结构.高等建筑教育.1999（3）：34～36
[2]陈瑜，付悦. 关于建筑学专业学生抗震概念设计的教学研究. 华中建筑第27卷2009， 12 （27） ：197～198
抗震理念论文篇3
关键词：建筑结构抗震设计；实践教学；模型演示；灾害仿真
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）23-0160-02
地震灾害是群灾之首，在地震灾害中，建筑结构的破坏是造成人员伤亡和经济损失的主要因素，因此，有效的建筑结构抗震设计是减轻地震灾害的主要手段。结构抗震设计是为了提高工程结构的抗震能力而进行的专项结构设计，对于土木工程专业的学生，通过开设建筑结构抗震设计课程，使学生了解结构抗震设计的基本理论、基本概念和不同结构形式建筑物的主要抗震措施，这可以让土木工程从业人员具有较高的抗震防灾意识，对于提高我国建筑的抗震能力十分必要。目前，国内外大部分高校都将建筑结构抗震设计作为土木工程专业的一门专业必修课，并十分重视该课程的建设。
一、建筑结构抗震设计课程特点
建筑结构抗震设计课程是一门理论联系实践的工程类课程，综合性较强，涉及的知识面比较广。该课程的先修课程是结构力学、土力学、房屋建筑学、钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构等，课程内容与现行的《建筑抗震设计规范》以及其他结构设计规范密切相关，是工作中应用最多、最广的专业知识。但是，由于当前高等学校人才培养模式改革的要求，人才培养方案中的理论课学时一再缩减，大多数学校《建筑结构抗震设计》课程的学时设置都比较少，课程学分一般为2～2.5，学时从24到40不等，有限的学时设置往往使老师无法全面介绍不同结构形式建筑物抗震设计的具体做法。建筑结构抗震设计课程主要从抗震概念设计、抗震计算和抗震措施三方面系统阐述建筑结构抗震设计过程中的主要做法及其依据的基本理论。结构抗震计算的理论基础为结构力学及结构动力学的基本原理，其中单自由度体系的地震反应求解涉及到微分方程的求解，难度大，学生理解起来较困难。抗震概念设计的内容要求从宏观上把握建筑结构的结构体系受力特点、结构延性的概念、结构体型的规则性等方面的要求，由于在校大学生一般没有实际结构设计经验，在课程学习过程中学生不容易全面掌握概念设计的要求。抗震构造措施的内容细致繁杂，大部分为《建筑抗震设计规范》中的规定内容，学生不容易记忆掌握。由于该课程具有内容多、难度大、课时少的特点，课堂讲授的教学效果较差，学生对课程学习缺乏兴趣。针对这种情况，笔者在教学实践中一直探索提高学生学习兴趣的方法，发现将演示实验与建筑震害实例融入到理论教学的方法效果较好。实验模型的动态演示往往能够吸引绝大部分学生的注意力，学生通过对实验模型的亲自动手操作，可以较深刻地理解基本概念，可以将抽象的理论分析与结构模型的实际振动反应结合起来，取得较好的学习效果。建筑实际震害的图片和录像可以使学生深刻地感受到建筑结构在地震中的破坏带给人类的伤痛，熟悉各种不同形式的建筑物在实际地震中容易发生破坏的薄弱环节，这种多媒体的展示往往具有震撼人心的效果，引起学生对建筑结构抗震设计的重视。
二、课堂演示实验举例
建筑结构抗震设计课程中有一个非常重要的概念叫做地震反应谱，地震反应谱概念对于学生理解并掌握建筑结构抗震计算的基本理论十分必要。然而，地震反应谱的计算涉及到单自由度体系地震反应分析的微分方程求解，直接从理论的角度讲解地震反应谱的概念学生理解起来十分困难。笔者曾经尝试采用反应谱计算模型图片和动画的形式展示地震反应谱的含义，效果都不够理想。后来，笔者先后用竹片材料、弹性钢片和钢珠制作了一排固定木板上的逐渐增高单质点弹性体系模型，并在课堂上采用手动输入振动的形式随机演示，同学们可以观察到不同自振周期的单质点弹性体系的不同反应，不同的学生可以亲自拿着模型随机振动并观察振动频率不同时模型质点反应的不同情况，课堂气氛十分活跃。学生在亲自体验中深刻体会到了随着振动输入的变化单质点弹性体系反应的不同变化，更容易理解地震反应谱能够反映输入地震动频谱特性的关键知识。笔者还使用钢板和弹性钢片制作了单榀剪切型框架模型，用于课堂演示框架结构层间变形以剪切型变形为主的知识点。另外笔者利用土木工程模型实验室的多个钢筋混凝土构件配筋模型在课堂上向同学们讲解钢筋混凝土抗震构造措施的具体内容。课堂模型动态演示及静态模型展示的教学方法极大地调动了学生的学习兴趣，对于提高教学效果作用明显。
三、建筑实际震害贯穿课程始终
实际震害的考察与震害经验的总结在建筑结构抗震设计的发展过程中起着非常重要的作用，总结工程设施在地震环境下保持安全的成功经验、吸取工程设施遭受震害的经验教训，是结构抗震研究的基本途径。迄今为止的抗震设计基本上仍是经验行为，抗震概念设计原则和行之有效的抗震措施都是长期经验的总结。因此，将实际建筑震害的展示、观察、思考和总结贯穿到建筑结构抗震设计课程的教学中，既生动形象，又客观地向学生展示了结构抗震研究的基本途径，是十分有效的方法。让学生能够亲眼看到建筑物震害、亲身体验建筑物震害当然是最好的方法，目前汶川地震中北川老县城的实际建筑震害保存的比较完整，我校土木工程专业的学生利用暑假实践有机会到北川地震遗址亲身体验建筑实际震害，在专业教师的带领下，学生在北川地震遗址对震害遗址工程中典型的砌体结构和钢筋混凝土框架结构的实际震害都有了十分深刻的印象，并且可以通过对比遗址中未倒塌的建筑物与局部倒塌的建筑物之间设计的差别深刻领会建筑结构可以通过合理的设计实现大震不倒的概念。
在建筑结构抗震设计课程的教学过程中，笔者主要采用将建筑实际震害的图片展示和建筑模型振动台试验过程录像的形式使学生亲眼看到建筑震害，建筑实际震害图片的展示贯穿课程绪论和各种结构形式建筑物的抗震概念设计和抗震措施的始终。在绪论中，根据震害原因的不同将震害分为静力破坏和动力破坏两种，分类归纳不同结构的震害照片进行展示，期间穿插着思考提问。在各种结构形式建筑物抗震设计中，往往是几张震害照片跟着一条或几条抗震措施，因为抗震措施是从实际震害经验中总结出来的，这样的衔接使学生更容易理解为什么要采取这样的抗震措施并记住抗震措施的具体内容。
四、灾害仿真模拟实验室在课程教学中的应用
我校土木工程专业定位中突出防震减灾的特色，为了更好地进行防灾减灾领域的教学，我校建成了灾害仿真模拟实验室。该实验室的建设是为了通过形象地演示，再现灾害的发生过程并探究灾害的成灾机理。该实验室主要分为五个部分，第一部分为图片展示部分，主要展示各类灾害（包括地震、火山、滑坡泥石流等地质灾害）的机理及其表现形式；第二部分为动态展示部分，主要通过展示振动对结构和场地产生的震害现象及震害机理；第三部分为模型展示部分，主要展示不同结构形式建筑物的构造、震害特点及抗震性能；第四部分为滑坡泥石流试验场，主要模拟不同倾角、不同降雨量作用下滑坡过程；第五部分是地震监测仪器博物馆，收藏了各阶段的地震监测仪器。灾害仿真模拟实验室为建筑结构抗震设计课程提供了丰富的实践教学内容，其中应用于课程的主要为动态展示部分中的砂土液化演示系统、结构振动模态演示系统、共振演示系统和隔震结构演示系统。砂土液化演示系统的设计从砂土液化原理、常见震害表现、模型液化现象和抗液化处理措施等方面出发，让学生对砂土液化建立起从理论到现象再到工程应用的知识，加深学生学习、开拓学生认识并指导以后的工程实践基础。系统设计两个砂箱，左侧砂箱内是不饱和沙土，右侧砂箱内是松散饱和粉细砂，两个砂箱固定于一个小振动台，通过两个砂箱的同时振动表现出来的不同现象，可以让同学们深刻地理解地震中砂土液化的产生条件是松散、饱和、粉细砂，通过砂土液化的演示还可以使同学们形象地观察到砂土液化过程中的渗流、冒水、建筑沉陷等现象。结构振动模态演示系统可以使学生了解结构振动测试系统的基本组成、仪器设备的基本原理。使学生深刻理解结构的动力特性，掌握结构模态的测试方法。学生通过亲自参与试验环节，锻炼动手能力，培养学生综合应用所学专业知识和解决实际问题的能力；培养学生的创新能力，使学生在理论联系实际的同时获得工程师基本技能训练的机会。共振演示系统通过演示模型表现共振对建筑结构相应的影响，共振的概念早就渗透到结构概念设计环节，在历次震害的深刻教训中，抗震概念设计逐渐被提出并日趋完善。概念设计即通过合理选取场地、抗震结构体系，合理规划建筑布置等举措从总体设计方案上提高建筑物的抗震能力。作为抗震设计的重要参数，建筑物的自振周期与场地卓越周期的关系成为概念设计的一项重要内容，概念设计中明确指出“结构的自振周期应尽量避开场地卓越周期，以免发生共振而加重震害”。隔震演示系统设置一套实体隔震支座的剖切模型及一套隔震演示装置，演示装置中对比模型用来反映常规建筑和隔震建筑的抗震差异，数据采集设备的设置可以量化展示两种不同抗震体系的动力响应。辅以展板资料和视频资料以展示隔震基本原理及隔震技术在工程中的运用方式，让学生直观地认识和了解隔震技术，丰富实验教学内容，激发学生对土木工程学科的兴趣。
抗震理念论文篇4
关键词：高层建筑，抗震设计，抗震结构，抗震技术
2008年的汶川地震和2010年的玉树地震对中国来说无不是沉重的打击，不但造成巨大的经济损失，更心痛的是有那么的生命离开了我们，这不得不让人们反思我们建筑的抗震设防能力。在地震中，几乎所有的建筑都倒塌了，相对于低层建筑而言，高层建筑破坏和倒塌的后果就更加严重。近年来国内国外高层、超高层建筑的高度不断攀升，就在2010年正式开放的哈利法塔的高度达到了惊人的828米，而且建筑的体型越来越复杂，不规则结构越来越多，这对于结构的抗震都是十分不利的。为保证高层结构的抗震安全，达到安全和经济的统一，有必要对高层结构的抗震设计、抗震结构和抗震技术进行探讨。
1.地震导致建筑破坏的原因
根据地震经验，地震期间导致高层建筑破坏的直接原因可分为以下三种情况：
（1）地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形，对其上部建筑的直接危害；
（2）地震引起的砂土液化、软土震陷等地基失效，对上面建筑物所造成的破坏；
（3）建筑物在地面运动激发下产生剧烈震动过程中，因结构强度不足、过大变形、连接破坏、构件失稳或整体倾覆而破坏；
2.建筑的抗震概念设计
所谓“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。科技论文。
3.建筑抗震设计方法的发展过程
3.1、静力理论阶段
水平静力抗震理论始创于意大利，发展于日本，1900年日本学者大森房吉提出“震度法”的概念。该理论认为：结构物所收到的地震作用，可以简化为作用于结构的等效水平静力，其大小等于结构重力荷载乘以一个系数。
3.2、反应谱理论阶段
我国及国际上多数国家抗震设计规范本质上都采用了反应谱理论及结构能力设计原则。其主要特点如下：
(1) 用规范规定的设计反应谱进行结构线弹性分析。
(2) 结构构件的承载力是根据设计反应谱所作的结构线弹性计算通过荷载和地震作用效应组合后内力进行设计。
(3) 在早期方案设计阶段，结构体系、结构体型的规则性及结构的整体性满足规范的规定，以使结构能可靠地发挥非弹性延性变形能力。
3.3、动力理论阶段
1971年美国圣费南多地震的震害，使人们清楚地认识到“反应谱理论只说出了问题的一大半，而地震持时对结构破坏程度的重要影响没有得到考虑”，从而推动了采用地震加速度过程a(t)来计算结构反应过程的动力法的研究。此一新理论不但考虑了地震的持时，还更近一步地考虑了地震过程中反应谱所不能概括的其他特性。
4.高层建筑结构体系
设计地震区的高层建筑，在确定结构体系时，除了要考虑前面所提到的材料用量、建筑内部空间和使用的房屋高度等因素外，还需进一步考虑下列抗震设计准则：
（1）具有明确的计算简图和合理的地震力传递路线；
（2）具备多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抵抗侧力或承受重力荷载的能力
（3）具有必要的承载力、良好的延性和较多的耗能潜力，从而使结构体系遭遇地震时有足够的防倒塌潜力；
（4）沿水平和竖向，结构的刚度和强度分布均匀，或按需要合理分布，避免出现局部削弱或突变形成薄弱环节，从而防止地震时出现过大的应力集中或塑性变形集中。
在确定建筑方案的同时，应综合考虑房屋的重要性、设防烈度、场地条件、房屋高度、地基基础以及材料供应和施工条件，并结合体系的经济、技术指标，选择最合适的结构体系。
5.建筑抗震措施或设计
5.1、错开地震动卓越周期
一个场地的地面运动，一般均存在着一个破坏性最强的主振周期，如果建筑物的自振周期与这个卓越周期相等或相近，建筑物的破坏程度就会因共振而加重。地震动卓越周期又称地震动主导周期。
从众多的地震倒塌建筑物中可以看出，建筑周期与地震动卓越周期相接近，是引起建筑共振破坏的主要因素和直接原因。因此，在进行高层建筑设计时，首先要估计地震引起该建筑所在场地的地震动卓越周期；然后，在进行建筑方案设计时，通过改变房屋层数和结构类型，尽量加大建筑物基本周期与地震动卓越周期的差距。
5.2、采取基础隔震措施
传统的抗震方法是依靠结构的承载力和变形能力，来耗散地震能量，使结构免于倒塌，但由于是一种“被动防震”，就不免存在许多不足之处。地震对建筑的破坏作用，是由于地面运动激发起建筑的强烈振动所造成的，也就是说，破坏能量来自地面，通过基础向上部结构传递。人们总结地震经验后发现，地震时结构底部的有限滑动，能大幅度地减轻上部结构的破坏程度。科技论文。
基于可动概念的基础隔震方案很多，主要有：（1）软垫式隔震。在房屋底部设置若干个带铅芯的钢板橡胶隔振装置，使整个房屋坐落在软垫层上，遭遇地震时，楼房底面与地面之间产生相对水平位移，房屋自振周期加长，主要变形都发生在软垫块处，上部结构层间侧移变得很小，从而保护结构免遭破坏。（2）滑移式隔震。在房屋基础底面处设置钢珠、钢球、石墨、砂粒等材料形成的滑移层或滚动层，使建筑物遇地震时在该处发生较大位移的滑动，达到隔震目的。（3）摆动式隔震。科技论文。摆动式隔震方式实质上是柔性底层概念的改进和引伸。（4）悬吊式隔震。这一隔震方式的构思是，将整个建筑悬吊在支架下面，避免地震的直接冲击，从而大幅度较小建筑物所受到的地震惯力。
5.3、削减地震反应——提高结构阻尼
为了提高结构阻尼，可以在结构上设置阻尼器，以吸收地震输入的能量，减小结构变形。台北101大楼在87~92楼安装了一个巨大的钢球风阻尼器，是世界上目前最大的大楼风阻尼器，它的球体直径5.5米，由四十一层12.5厘米厚钢板结合为球形，重量660吨，可以有效减轻由于飓风和地震所引起的震动和侧移。
为高层建筑提供附加阻尼的另一新途径，是利用主体结构与刚性挂板之间特殊装置的非弹性性能和摩擦。采取这一措施后，可以使阻尼比仅为2%的抗弯钢框架，有效粘滞阻尼比增加到8%或更多，从而使底部地震剪力和顶点侧移降低50%。
此外，通过采用高延性构件和附设耗能装置也能有效削减地震反应。
6.高层建筑抗震技术发展展望
未来高层建筑的发展趋势，体型将更趋复杂，结构体系将更趋多样化。出于对建筑艺术上的要求，高层建筑的体型将会更为复杂和多样，许多高层建筑都是综合性的和多用途的，因此对建筑和结构必然提出新的更高的要求。从结构体系上看，也决不会停留在原有的几种形式上，而会更好地满足功能和艺术上的需求，创造出新的结构体系。
参考文献
[1]刘大海,杨翠如,钟锡根.高层建筑抗震设计.中国建筑工业出版社.
[2]谷连营,肖国梁.高层建筑抗震技术的发展概况.山西建筑,2006.8（15）：50—51.
[3]王红霞.论高层建筑抗震概念设计.山西建筑,2007,12（35）：74—75.
抗震理念论文篇5
关键词：建筑结构抗震概念设计
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
建筑结构的防震设计对于一个同我国这样的地震频发且震区范围广的国家而言极为重要。因地震的发生总是不确定的，目前全世界对于地震的预测仍无能为力。所以我们应该从防震角度考虑，对症下药，建立良好的抗震体系。良好的抗震概念设计是保证建筑工程质量性、抗震性、安全性的一项重要手段，因此必须了解建筑物或是民用基础设施和地面相互的关系，通过评估预见地震潜在的后果。设计、修建和维护结构，使其在地震发生时能达到法规规范的要求。在此背景下，防震概念设计得到了建筑结构设计师的肯定，成为了结构设计的重要组成部分，为结构设计的发展提供了新思路、新方向。本文从两大方面对建筑结构设计中的抗震概念设计进行详细的分析。
1 概念设计
概念设计涵盖了从用户需求分析到概念产品生成的设计活动全过程，这一系列设计活动是有顺序、目标和组织的。概念设计表现出了一个理念从模糊到清晰、从具体到抽象、从粗到精不断变化的过程。它是从设计概念出发，以设计概念作为主线贯穿于整个设计过程的一种设计方法。作为全面完整的设计过程，概念设计通过设计概念把设计师感性思维与瞬间思维统一上升为理性思维，进而实现整个设计。在现代建筑业中，概念设计被广泛用在建筑的结构设计中，有其特殊的含义和重要性。
1.1 含义
在建筑的结构设计中有理论设计与概念设计之分。理论设计是指结构工程设计师在计算理论与规范的基础上，假设结构的计算模型与受力状态，并通过分析计算结构获得数据式结果，进而根据结果来进行结构设计这样的设计方法。而概念设计则是无需计算数值，只根据整体的结构体系和分结构体系间存在的力学关系、震害、结构被破坏的机理以及工程现象和实验现象的设计基本原则及思想，来完成建筑结构整体布置和细部构造过程确定。
1.2 重要性
作为结构工程师，其主要的任务就是运用整体概念在特定建筑空间当中完成结构整体方案设计活动，并要有意识地对结构与构件以及不同结构之间的关系问题进行处理设计。在现代社会，几乎在全部的结构设计中都运用到了概念设计的设计理念。概念设计在结构设计中有着重要意义，其重要性的体现如下：
（1）目前的结构设计与计算的理论都存有很多的缺陷及不可计算性，概念设计的运用可以弥补计算理论当中的缺陷，并完成现实中存在的不可计算的结构构件设计活动，从而满足结构设计需求。
（2）在结构方案设计的最初阶段，其设计过程不能依靠计算机完成。这就要求结构工程设计师在确定性价比最高的结构方案时综合运用概念设计中蕴含的设计概念。
（3）通过计算机的分析计算所得结果具有高精度的特点，有些结构设计师过度依靠计算机与设计软件，对于结构工作的性能产生误解，在结构设计中走上传统性、习惯性的方向，盲目相信计算机计算的结果，对其不合理性与错误性有所忽视，导致建筑结构产生安生隐患。概念设计要求设计师从实际工程的结构需求出发，综合考虑各种因素，可以破除结构工程师对计算机设计软件的盲目信赖，对于结构设计的发展和革新具有重要的推动作用。
2 防震概念设计
这一概念设计涵盖了从建筑防震需求分析到防震结构成形的全过程，是按照地震灾害的基本情况与多发带建筑工程经验等所形成的设计基本原则与思想，进行建筑结构整体安排和细部构造的设计活动。由于地震破坏作用与机理具有复杂性与不确定性，且结构模型假定情况有别于现实状况。因此，很难对建筑物遇到地震的参数与特性进行准确的预测活动。基于这样的情形，工程抗震并不能完全依靠计算机的模拟设计来解决，而是要从概念设计出发。
2.1 作用原理
在建筑的结构设计中，抗震概念设计的主要作用是促使建筑整体结构耗散地震能量，以免在结构中产生薄弱敏感部位。如果地震能量聚散活动只是集中于部分薄弱区域，就会过早破坏结构。在现代抗震设计中，一定要基于对整个结构在耗散地震能量方面的作用发挥，才能根据常见小地震的作用情况来计算结构、设计构件截面以及相应构造措施。若有需要，可以采取弹性时程分析方法来进行补充计算，并试图满足罕见大地震作用下的建筑结构稳定需求。
2.2 设计要求
为保证建筑结构的抗震能力与抗震需求相适应，抗震概念设计可以从宏观角度对结构抗震性进行控制，其具体要求如下：
（1）应选择利于抗震的场地与地基，并采用相应措施来维护地基稳定性，以免由于地面变形产生直接危害；
（2）基础设计要合理。属于同一结构的单元部门不应设置于不同性质的地基土上，也不适合选取不同基础形式。在进行防震概念设计的时候，要最大程度地挖掘和发挥地基潜力；
（3）就建筑物的体型而言，应从对称、规则、简单入手，保证质量及刚度的变化时均匀的，从而达到减少地震作用下出现的变形现象、应力集中反应以及应力扭转现象的目的；
（4）结构体系的选择要合理，其抗侧构件应当均匀对称。要设置多道建筑结构抗震防线，结构布置应当传力便捷、受力明确，以免在局部产生薄弱环节；
（5）各类构件间的连接要安全可靠，且应具有一定变形能力与强度，从而提高建筑整体结构的抗震性能；
（6）要注重结构空间的整体性，加强其平面连接，并确保其竖向的整体刚度符合抗震需求；
（7）强调处理非结构构件的重要性。要充分发挥非结构构件对于主体结构有利的影响作用，避免因为不合理的构件设置危害到整个主体结构的抗震性能；
（8）结构自重应尽量减轻，减少其对地基土产生的压力，进而将传送给建筑物的地震力降低。
2.3 实际运用
在传统的结构理论研究与设计中，往往只注意结构抗力的提高，使得建筑混凝土的等级不断升高，配筋量不断加大，工程造价也不断升高。过去的建筑结构设计师通常只重视最大配筋率的问题，进而导致肥梁胖柱、深基础等现象在建筑工程中随处可见。在建筑抗震设计中，传统方法是按照最初确定的尺寸和混凝土的等级来计算结构刚度，进而根据结构刚度对地震力进行计算，然后才是配筋计算。而事实上，配筋越多，就会产生越大的刚度，而刚度越大，在地震作用下产生的反应也会越大。从这一层面来说，为抗震而配设的钢筋反而增加了结构刚度，进而增强了地震作用效应。这就使得建筑结构抗震陷入了死循环当中。而抗震概念设计在建筑结构设计中的应用，拓宽了建筑结构设计思路。它以降低地震的作用效应为出发点，给现代建筑的抗震设计带来了新的生命力。抗震消能就是抗震概念设计中的一种理念。通常来讲，抗震消能是依靠在基础和建筑主体之间加设消能支撑等柔性隔震层来实现。也有通过在建筑物的顶部安装反摆，加大建筑物振动的阻尼作用，减少其位移的方式来达到消能抗震的目的。在进行抗震验算的时候，要注重区分场地土的类别。建筑的框架结构应当设计为双向的梁柱刚接体系，可允许部分框架梁搭接于别的框架梁上，但要加强在垂直地震作用方面的抗震设计。既可以通过对构件荷载效应进行调整和限制的方法，也可采用规定必要的强制性构造措施的方法来加强建筑结构的抗震力。
3 总结
抗震理念论文篇6
关键词：概念设计建筑结构
引言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力是相当必要的，因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。
1概念设计的理念分析
概念设计的理念是一种设计思维方式的改进，概念的含义就是用笼统而科学的思维方式来确定一些设计上的难点，一般是不需要进行精确计算的设计问题。因为这种问题在设计中很难给出确定的答案，尤其是在抗震设计中，按照整体结构体系和分体结构之间的力学关系，来解释地震所造成的对建筑物的损害。这种损害很难用精确的数据来衡量，因为地震本身所产生的破坏力就是一个不确定的数值，一味地提高建筑物的刚性是不恰当的。因此从抗震的角度看，利用宏观的概念性估算的设计思维更加符合抗震的需求。这就是概念设计理念的基本内涵。
概念设计是一种先进的设计思维的体现，结构工程师可以利用其完成对特定建筑空间的设计并形成总体结构方案，同时将构件与结构、结构与结构之间的关系看得更加透彻清晰。在不借助计算机的情况下，通过简单计算就能正确定性，帮助建筑师选择最佳的设计方案，优化结构并降低成本。
概念设计的理念优势还在于对它可以弥补一些结构设计理论和计算理论中存在的一些缺陷和不可预见性。如：对混凝土结构的设计。内力计算公式基于弹性理论，而截面积的计算是建立在塑性理论的基础上，这两种方法从根本上看是矛盾的，因此计算的结果跟实际情况是有差距的，用概念设计的思路可以弥补这类计算的漏洞。
概念设计也是施工图设计阶段判断计算机计算结果可靠与否的主要依据。例如：结构模型的简化与实际情况不符，程序的计算假定与实际情况不符，输入数据的错误、参数选择的错误等，都会影响最终的计算结果，这时就要运用概念设计对计算结果加以判断和甄别。
2抗震概念设计
2．1传统设计思维对建筑抗震的影响
传统结构设计的计算理论为建筑设计提供的是结构设计中对结构抗力的研究和计算。这种传统的设计思维使得结构工程师过度注重细节。而不是整体结构形式。抗震设计中传统的设计思路不能完全适用于结构设计，完全的照本宣科只能让结构趋向不合理。
2．2抗震概念设计
在抗震设计中，概念设计的应用已经成为设计者关注的设计理念。建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。概念设计包含极为广泛的内容，选择对抗震有利的结构方案和布置。采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道防线措施等。应该说，从方案、布置、计算到构件设计、构造措施每个设计步骤中都贯穿了抗震概念设计内容。
3概念设计的应用分析
3．1概念设计应重视结构规律
在建筑的概念设计中应当对建筑的体型设计进行合理的概念化修正，力求简单、规则、对称、在质量和刚度上分布应当均匀，避免局部刚性过大。建筑和结构的布局是否对抗震有利是概念设计中首先要思考的问题。简单对称的建筑在地震中的实际反映和应力分析都是容易做到的，且容易达到一致。凹凸的立面和错层设计虽然可以达到很好的艺术效果。但是在地震时却会产生复杂的地震效应。很难实现抗震的最佳效果。
3．2概念设计在结构体系上的应用
任何建筑结构都是由水平构件和竖向构件组成的空间结构，竖向荷载由水平构件承担并传递给竖向构件。最后传递给基础。水平荷载由水平构件和竖向构件共同组成抗侧力体系承担并传递给基础。不同的竖向构件组成不同的抗侧力体系，常见的抗侧力体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒、筒中筒、束筒等以及这些抗侧力体系的组合。抗侧力体系是结构是否安全、合理、经济的关键。概念设计在结构体系上的应用就是依据建筑物的抗震等级和建筑物的高度选择合适的抗侧力体系并合理布置，通过概念近似手算来确定结构设计方案的可行性及主要构件的基本尺寸。延性是建筑结构一个很重要的特性。建筑结构的承载力和延性是一对矛盾，概念设计就是要选择合适的结构体系并合理布置，使结构的承载力和延性相协调。地震中的扭转对结构的危害很大，刚度大的抗侧力构件沿结构布置有利于结构抵抗扭转。
3．3概念设计在结构构件上的应用
抗震的实现还要有构件的支持，因此在抗震结构中各种构件都应当具备合理的强度和刚度，并且形成可靠性连接。建筑结构是一个多次超静定结构。抗震结构应设置多道抗震防线，在地震作用下允许部分构件先屈服或破坏，剩余的结构依然能形成独立的结构，可以承受竖向荷载和地震力，这是结构抗震耗能的一种措施。合理预见并控制结构先屈服或破坏的部位，适当处理构件强弱关系。使结构形成多道抗震防线，是结构概念设计的重要内容。
概念设计中应避免非结构构件的设置不合理，从而影响到整个结构的受力情况，导致抗震效果的下降。所以在设计中可以采用如下方法：做好细部构造的设计，防止非结构构件直接进入到抗震体系：防止非结构构件在地震的作用下出现平面性的损毁；避免非结构性构件的连续损毁。
4概念设计的新发展
目前在抗震设计中创新了很多新措施。如隔振和消能的设计思路等。隔振和消能就是利用某些科学的结构或者方法减小地震对建筑物的影响，隔振的基本法就是利用一些柔性结构消除地震对建筑地震力，如增设钢板橡胶隔振垫，增加消能支撑、阻尼器、顶部增加反摆等，都可以有效地提供附加阻尼作用，消耗一部分地震能量，降低加速度，以此减少建筑的“摆动”，降低地震波的破坏作用。
5结语
总之，概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想，这就要求我们需要不断的学习和提高，为结构设计的发展作出应有的贡献。概念设计中最重要的是分析、预见、控制结构的耗能和薄弱部位，找到能支持结构不倒塌的关键部分。
参考文献
【1】王艳，高层建筑结构的概念设计[J]，科技咨询导报，2006，(08)，
抗震理念论文篇7
[关键词] 汶川地震 抗震设计 教学改革 工程结构
2008年5月12日14时28分,四川省发生了新中国成立以来破坏性最大、波及范围最广的里氏8.0级大地震,全国大部分地区有明显震感,震中位于四川阿坝州汶川县,无数房屋、桥梁在地震中垮塌,给人们的生命和财产带来了极大的损失。汶川地震主震过后,东南大学土木工程学院迅速组织科研人员深入绵竹城区进行震害调查和房屋鉴定加固工作,获得了很多宝贵的资料。调查结果表明,砖混、砖木结构破坏严重,框架结构破坏较轻。因此,深入研究建造震害特征,总结经验,如何让工程结构更抗震,是值得工程结构研究、设计、教学人员思索的问题。本文结合汶川地震建筑震害的特点,对工程结构抗震课程的教学改革进行了一些思考和探索。
一、汶川地震建筑震害情况
1.框架结构房屋震害情况。在地震区,框架结构房屋破坏较少,其破坏形式主要有3种:一是框架非受力构件的破坏,;二是房屋破坏严重,但没有倒塌;三是框架结构完全倒塌。
2.砖混结构房屋震害情况。汶川地震中,砖混结构房屋破坏十分严重,砖混结构房屋倒塌数量占总倒塌房屋数量的70%以上,破坏形式多种多样,主要震害现象有:墙体开裂、预制板脱落、楼梯间破坏、局部倒塌、窗间墙破坏等。
3.自建结构房屋震害情况。在偏远的山村,自建的低层住宅大多为砖土结构或砖木结构,我国对“农民自建低层住宅”的设计、施工并没有做出明确的规定。此类结构房屋的抗震性能完全取决于房屋本身的构造情况。如图1所示,有构造柱和圈梁的房屋在地震中完好无损,而图2所示的房屋由于墙体太薄(120mm)而倒塌。
二、《工程结构抗震与防灾》课程的特点及学科定位
工程结构抗震涉及到的学科很多,主要有工程地质学、地球物理学、结构力学、结构动力学等多方面的知识,具有内容多、综合性强、对专业基础知识要求高以及和工程实践结合紧密等特点。讲授这门课的主要目的是使学生了解地震产生机理和抗震设计的基本方法,使学生掌握抗震设计的基本理论和设计方法,并具备独立分析和解决工程抗震问题的能力。
三、《工程结构抗震与防灾》课程教学改革初探
1.将传统板书和现代化多媒体教学方式相结合。对于《工程结构抗震与防灾》这门课,由于课本内容相对较抽象,学生不易掌握,采用多媒体教学方式,充分发挥多媒体生动形象、节省课时、便于学生理解的教学优势,将汶川地震中建筑物的破坏特征总结后制成多媒体课件,结合实际来向学生传授知识,以加深学生对工程抗震重要性的认识,促进学生工程抗震概念及工程抗震意识的形成。
2.重视理论教学与实际震害的结合。教师在讲授《工程结构抗震与防灾》课程中,应该使学生深刻地认识到,某一确定地区的抗震设防烈度是不准确的,加上人们对结构地震破坏和倒塌机理认识的局限,在建筑结构设计中往往概念设计比计算设计更重要。对于工程结构抗震设计而言,大多数理论知识常来源于地震震害的深刻经验教训,然而当今高校的学生对震害认识明显不足。这就需要教师在讲课过程中能够结合地震灾害实例,加深学生对某些抽象概念的理解。
3.考核内容。本课程传统的考核方式主要是闭卷考试,也有人建议采用闭卷考试和开卷考试相结合的方式。无论哪种考核方式,其题型大都包括选择题、填空题、简答题和计算题,力求对本课程考核的更加全面,然而,这样往往导致学生更加注重某些具体问题的细节处理,从而忽视了从整体上去分析和解决实际抗震问题。撇开考试方式不说,如果能将选择题、填空题和简答题柔和成几道综合性较强的论述题,这样既增加了考试内容的综合性,又能做到不减少考试的内容,最重要的是能够考察学生整体运用知识的能力,提高学生的综合水平。
四、《工程结构抗震与防灾》教材优缺点及改进构想
1.教材优点。(1)由通常的“建筑结构抗震设计”拓展至“工程结构抗震与防灾”,新增了钢结构抗震、结构基础隔震和消能减震设计、桥梁结构抗震设计、结构抗风和抗火设计等内容,较大程度的增加了知识的广度和深度,从而更好的满足土木工程本科专业的教学需求。(2)以各类结构抗震为重点,同时介绍结构抗风和抗火等方面的内容。(3)注重基本概念、基本理论和基本方法,注重内容的系统性和先进性,注重理论和工程实践的结合。
2.教材不足。汶川地震中,学校、医院等公共建筑破坏严重,造成的人员伤亡十分惨重。根据这一教训,新一版的《建筑工程抗震设防分类标准》(GB 50223-2008)提高了学校、医院、交通枢纽等人员密集的公共服务设施的抗震设防类别,也出版了《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001,2008年版)。现有教材则是结合《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)等国家规范进行编制的,而该教材缺乏建筑抗震鉴定及加固这部分的内容。
3.改进措施。针对教材存在的不足,建议结合新一版的《建筑工程抗震设防分类标准》(GB 50223-2008)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001,2008年版)对该教材进行修订,并将抗震鉴定及加固部分的内容写进教材。在此之前,教师在讲课的过程中,可以通过网络资源等多种方式,查阅相关资料,在讲课的过程中将这部分内容补充给学生。
五、结束语
汶川地震已逐渐离我们远去,淡出人们的视线,但它给人们生命财产带来的损失却是前所未有的,我们应当从中总结经验教训,学会如何减轻地震灾害,学会与地震共存。随着科学技术的发展,工程结构抗震技术的不断进步,人们对结构地震破坏和倒塌机理有了更深刻的认识。作为一个教学工作者,应结合地震带给人们的深刻教训,积极对《工程结构抗震与防灾》这门课进行改革探索,将地震灾害和工程抗震结合起来,改变传统的教学内容、教学方式和考试内容,从而使学生能更好地理解和掌握这门课程,增强学生综合素质,为社会培养更多的优秀人才。
参考文献:
[1]李爱群,高振世.工程抗震设计与防灾[M].南京:东南大学出版社,2003.
[2]建筑抗震设计规范.GB50011-2001,2008.
[3]周奎,徐前卫,李惠平.土木工程专业“工程结构抗震”教学改革探索[J].土木建筑教育改革理论与实践,2008,(10).
[4]李宏男,肖诗云,霍林.汶川地震震害调查与启示[J].建筑结构学报,2008,29(4).
抗震理念论文篇8
关键字：高层结构设计抗震
随着科学的发展和时代的进步,高层建筑如雨后春笋般的出现。高层建筑的高度在一定程度上反映了一个国家的综合国力和科技水平,世界著名的建筑更是建筑史上的纪念碑。但是如果高层建筑因结构设计不清,而造成结构布置不合理,不仅会造成大量的浪费,更重要的是给高层建筑留下了结构质量的安全隐患。因此高层建筑的结构设计就显得尤为重要了。
一 结构设计特点
1.1 水平载荷是设计的主要因素
高层结构总是要同时承受竖向载荷和水平载荷作用。载荷对结构产生的内力是随着建筑物的高度增加而变化的,随着建筑物高度的增加,水平载荷产生的内力和位移迅速增大。
1.2 侧向位移是结构设计控制因素
随着楼房高度的增加,水平载荷作用下结构的侧向变形迅速增大,结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比,设计高层建筑结构时要求结构不仅要具有足够的强度,还要具有足够的抗推强度,使结构在水平载荷下产生的侧移被控制在范围之内。
1.3 结构延性是重要的设计指标
高层建筑还必须有良好的抗震性能,做到“小震不坏,大震能修。”为此,要求结构具有较好的延性,也就是说,结构在强烈地震作用下,当结构构件进入屈服阶段后具有较强的变形能力,能吸收地震作用下产生能量,结构能维持一定的承载力。
1.4 轴向变形不容忽视
高层结构竖向构件的变位是由弯曲变形、轴向变形及剪切变形三项因素的影响叠加求得的。在计算多层建筑结构内力和位移时,只考虑弯曲变形,因为轴力项影响很小,剪力项一般可不考虑。但对于高层建筑结构,由于层数多,高度大,轴力值很大,再加上沿高度积累的轴向变形显著,轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生明显的变化。
二 建筑抗震的理论分析
2.1 建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁,不得,不许,不宜”等体现不同程度限制性和“必须,应该,宜于,可以”等体现不同程度灵活性的用词。
2.2 抗震设计的理论
拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年展起来的一种理论,它在估计地震对结构的作用时,仅假定结构为刚性,地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数(地震系数)。
反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60年展起来的,它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解,以及结构动力反应特性的研究为基础,是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。动力理论。动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外,人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解,同时随着强震观测台站的不断增多,各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论,它把地震作为一个时间过程,选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入,建筑物简化为多自由度体系,计算得到每一时刻建筑物的地震反应,从而完成抗震设计工作。
三 高层建筑结构抗震设计
3.1 抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性(限制结构类型和结构材料使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
3.2 高层建筑的抗震设计理念
我国《建筑抗震规范》(GB50011-2001)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
三个水准烈度的地震作用水平,按三个不同超越概率(或重现期)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年;设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
3.3 高层建筑结构的抗震设计方法
我国的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法;除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱方法;特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
四 高层建筑结构发展趋势
随着城市人口的不断增加建设可用地的减少,高层建筑继续向着更高发展,结构所需承担的荷载和倾覆力矩将越来越大。在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下,为了进一步节约材料和降低造价,高层建筑结构够构件正在不断更新,设计理念也在不断发展。高层建筑结构也正朝着结构立体化,布置周边化,体型多样化,结构支撑化,体型多样化,材料高强化,建筑轻量化,组合结构化,结构耗能减震化等方向发展。
五 总结