论文部分内容阅读
摘要：随着我国城镇建设的飞速发展，生活的不断提高，房子作为人们生活中最基本的元素之一，其质量的好坏深深地影响着人们的生命财产安全。一个优秀的建筑设计师，必须充分重视建筑抗震设计技术，不断地思考、总结和创新，并进行深入系统的理论分析。只有开发合理而可靠的结构抗震设计理论和方法，才能在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计师的应有作用。本文根据建筑工程结构中的破坏特点，研究基本理论、基本设计分析，提出了相关设想，供专家参考借鉴。
关键词：建筑结构工程抗震设计探索
中图分类号：TU3文献标识码： A
工程抗震是涉及面很广的复杂学科，有很多目前科技水平下无法认知的不确定因素，我们只有认真研究实际工程在地震中的破坏形式，科学地总结工程抗震经验，不断完善工程抗震的设计理论和方法，
一、关于建筑抗震的理论分析
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，又反映了各個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.抗震设计的理论
（1）拟静力理论。拟静力理论是20世纪10-40年代发展起来的一种理论，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)。
（2）反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40-60年代发展起来的，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。
（3）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。
二、关于建筑结构抗震技术的措施分析
图1 结构的端部破坏
1.应采取措施，避免结构的扭转破坏
（1）地震中，很多建筑结构端部构件破坏严重，甚至已局部倒塌(图1)。
结构平面端部的破坏一般由结构的扭转引起，结构在地震作用下的扭转变形很难形成整体结构的延性耗能机制，即使在设计时采取了保证结构构件延性的构造措施，整体结构有可能仍不具有设计期望的延性。结构的整体扭转破坏是一种延性很小的脆性破坏，在设计时应尽量避免，无法避免时，就需要对结构的扭转进行控制并加强结构的承载力。
（2）对于结构的位移比，《建筑抗震设计规范》(GB50011)规定楼层的竖向构件最大弹性水平位移(或层间位移),不宜大于该楼层两端弹性水平位移( 或层间位移) 平均值的1.5倍。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3)规定在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层的竖向构件最大弹性水平位移和层间位移与该楼层的平均值的比值，A、B级高度高层建筑、混合结构高层建筑、复杂高层建筑不宜大于1.2，A级高度高层建筑不应大于1.5，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑、复杂高层建筑不应大于1.4。在结构设计时，严格控制结构位移比，使之满足规范要求是非常必要的。如果结构楼层的竖向构件最大弹性水平位移( 或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位移( 或层间位移)平均值的1.2倍时，结构计算时还应计入双向水平地震作用下的扭转影响。
（3）众所周知，由于地震作用的不确定性和地震作用中扭转分量的实际存在，即使设计为平面简单、规则、对称、荷载布置均匀的结构，在地震中也会产生扭转变形，当结构第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1比较接近时，说明结构的抗扭刚度偏小，结构在地震中产生扭转振动的可能性很大，当建筑结构( 包括多层结构) 的周期比不小于0.90时，结构在地震中极易产生扭转破坏，为避免结构在地震中产生扭转破坏，设计中仍应采取有效措施提高结构的抗扭刚度或提高结构的抗扭承载能力。
2.应重视框架梁柱节点的设计，保证其具有满足要求的承载力
（1）框架节点是联系梁柱的重要部件，只有节点具有了足够的承载力，才能保证梁柱充分发挥其承载能力和变形能力，从而使整体结构具有良好的抗震能力。因而建筑抗震规范从概念设计的角度规定了“构件节点的破坏，不应先于其连接的构件”，同时也规定“一、二、三级框架的节点核芯区，应进行抗震验算；四级框架节点核芯区，可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施的要求”及一些加强节点的构造要求。
图2框架节点破坏
（2）从大量震害实例来看，节点的破坏形式主要有: 节点区域混凝土被压碎，箍筋断裂或松脱，纵筋压曲外鼓等(图2) 。从目前的一些设计来看，很多设计人员并未重视对节点的设计，设计中经常出现节点区域的抗剪能力不足、节点区域的箍筋实配梁少于计算量、节点区域的箍筋肢距或配箍率不满足要求、节点区域的实际混凝土强度等级低于计算、梁柱的偏心距较大而未采取合理的加强措施等，这些都会导致节点的承载力不足，使节点在地震中成为薄弱部位。设计中应有针对性地对节点采取加强措施，在使节点设计满足有关规定的前提下，还宜适当提高节点区域的配箍率和加密箍筋间距和肢距，加强箍筋对混凝土和纵筋的约束，进一步提高节点的承载力和延性。有些时候由于施工的原因会使节点区域未设置箍筋或箍筋间距过大等，设计人员在施工交底时应特别提示施工单位严格按设计规定的箍筋间距、直径等进行施工。
3.建筑结构设计中适当应用SMA材料。在中国建筑工程抗震材料的发展历史中，SMA是一类具有形状记忆效应( Shape Memory Effect，SME) 的智能合金新材料，主要包括Ni－Ti，Cu－Zn－Al，Cu－Al－Ni 以及聚氨基甲醇乙醇等。其最显著的优点就是在激发材料SME 时，材料能产生很高的回复力( 700 MPa以上) 和回复应变，并且还具有很强的能量储存和能量传输能力。建筑工程抗震的SMA 智能合金材料具有很好的相变伪弹性性能和相变滞后性能，采用SMA智能合金材料混凝土不仅可以避免空间的浪费，而且还有自感知、自修复、增强结构阻尼等功能，可以提高结构的抗震抗毁性能，实现结构、控制一体化。因此，将SMA混凝土应用到土木工程中是未来防灾减灾工程的一个重要的发展方向，也是一种理想的选择。在近些年频频发生的地震灾难中，许多无辜的生命被无情地埋在瓦砾之下，损失的财产也不计其数。对此，抗震性能在当今建筑物的安全指标方面显得尤为重要，将SMA智能合金材料像钢筋一样大批量运用到混凝土中是一种极度的浪费，既不现实，也不科学。但是我们采用像制作钢筋混凝土一样的方法将适量的SMA智能合金材料埋置于混凝土中的做法还是可行的。
我国是世界上地震灾害比较严重的国家，地震区分布广，地震的频率较高、强度大，如果建筑结构自身的抗震能力不足，在地震中将会形成巨大的破坏。合理的结构抗震设计将使结构具有满足要求的抗震能力，可最大限度地减小建筑工程在地震中的损失，保护人民的生命财产安全。从建筑结构在地震中的震害，可以让我们更深入地了解各类结构在地震中的表现和破坏形式，更直观地发现结构的薄弱部位，在设计中能采取有针对性的措施，提高结构的抗震能力，保证结构在地震中的安全。
参考文献：
［1］建筑抗震设计规范( CBJll－89)［G］．北京: 中国建筑工业出版社， 2005: 10-13．
［2］赵艳．关于改进我国抗震设计反应谱的探讨［J］．地震工程与工程振动， 2006(3) : 53－55．
［3］柳炳康． 荷载与结构设计方法［M］． 武汉: 武汉理工大学出版社， 2011: 68－83．
［4］GB50011建筑抗震设计规范［S］．2008版，2010版．北京: 中国建筑工业出版社， 2008，2010．
［5］建筑抗震设计规范( GB50011—2010) 统一培训教材［M］．北京: 地震出版社，2010．
关键词：建筑结构工程抗震设计探索
中图分类号：TU3文献标识码： A
工程抗震是涉及面很广的复杂学科，有很多目前科技水平下无法认知的不确定因素，我们只有认真研究实际工程在地震中的破坏形式，科学地总结工程抗震经验，不断完善工程抗震的设计理论和方法，
一、关于建筑抗震的理论分析
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，又反映了各個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.抗震设计的理论
（1）拟静力理论。拟静力理论是20世纪10-40年代发展起来的一种理论，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)。
（2）反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40-60年代发展起来的，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。
（3）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。
二、关于建筑结构抗震技术的措施分析
图1 结构的端部破坏
1.应采取措施，避免结构的扭转破坏
（1）地震中，很多建筑结构端部构件破坏严重，甚至已局部倒塌(图1)。
结构平面端部的破坏一般由结构的扭转引起，结构在地震作用下的扭转变形很难形成整体结构的延性耗能机制，即使在设计时采取了保证结构构件延性的构造措施，整体结构有可能仍不具有设计期望的延性。结构的整体扭转破坏是一种延性很小的脆性破坏，在设计时应尽量避免，无法避免时，就需要对结构的扭转进行控制并加强结构的承载力。
（2）对于结构的位移比，《建筑抗震设计规范》(GB50011)规定楼层的竖向构件最大弹性水平位移(或层间位移),不宜大于该楼层两端弹性水平位移( 或层间位移) 平均值的1.5倍。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3)规定在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层的竖向构件最大弹性水平位移和层间位移与该楼层的平均值的比值，A、B级高度高层建筑、混合结构高层建筑、复杂高层建筑不宜大于1.2，A级高度高层建筑不应大于1.5，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑、复杂高层建筑不应大于1.4。在结构设计时，严格控制结构位移比，使之满足规范要求是非常必要的。如果结构楼层的竖向构件最大弹性水平位移( 或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位移( 或层间位移)平均值的1.2倍时，结构计算时还应计入双向水平地震作用下的扭转影响。
（3）众所周知，由于地震作用的不确定性和地震作用中扭转分量的实际存在，即使设计为平面简单、规则、对称、荷载布置均匀的结构，在地震中也会产生扭转变形，当结构第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1比较接近时，说明结构的抗扭刚度偏小，结构在地震中产生扭转振动的可能性很大，当建筑结构( 包括多层结构) 的周期比不小于0.90时，结构在地震中极易产生扭转破坏，为避免结构在地震中产生扭转破坏，设计中仍应采取有效措施提高结构的抗扭刚度或提高结构的抗扭承载能力。
2.应重视框架梁柱节点的设计，保证其具有满足要求的承载力
（1）框架节点是联系梁柱的重要部件，只有节点具有了足够的承载力，才能保证梁柱充分发挥其承载能力和变形能力，从而使整体结构具有良好的抗震能力。因而建筑抗震规范从概念设计的角度规定了“构件节点的破坏，不应先于其连接的构件”，同时也规定“一、二、三级框架的节点核芯区，应进行抗震验算；四级框架节点核芯区，可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施的要求”及一些加强节点的构造要求。
图2框架节点破坏
（2）从大量震害实例来看，节点的破坏形式主要有: 节点区域混凝土被压碎，箍筋断裂或松脱，纵筋压曲外鼓等(图2) 。从目前的一些设计来看，很多设计人员并未重视对节点的设计，设计中经常出现节点区域的抗剪能力不足、节点区域的箍筋实配梁少于计算量、节点区域的箍筋肢距或配箍率不满足要求、节点区域的实际混凝土强度等级低于计算、梁柱的偏心距较大而未采取合理的加强措施等，这些都会导致节点的承载力不足，使节点在地震中成为薄弱部位。设计中应有针对性地对节点采取加强措施，在使节点设计满足有关规定的前提下，还宜适当提高节点区域的配箍率和加密箍筋间距和肢距，加强箍筋对混凝土和纵筋的约束，进一步提高节点的承载力和延性。有些时候由于施工的原因会使节点区域未设置箍筋或箍筋间距过大等，设计人员在施工交底时应特别提示施工单位严格按设计规定的箍筋间距、直径等进行施工。
3.建筑结构设计中适当应用SMA材料。在中国建筑工程抗震材料的发展历史中，SMA是一类具有形状记忆效应( Shape Memory Effect，SME) 的智能合金新材料，主要包括Ni－Ti，Cu－Zn－Al，Cu－Al－Ni 以及聚氨基甲醇乙醇等。其最显著的优点就是在激发材料SME 时，材料能产生很高的回复力( 700 MPa以上) 和回复应变，并且还具有很强的能量储存和能量传输能力。建筑工程抗震的SMA 智能合金材料具有很好的相变伪弹性性能和相变滞后性能，采用SMA智能合金材料混凝土不仅可以避免空间的浪费，而且还有自感知、自修复、增强结构阻尼等功能，可以提高结构的抗震抗毁性能，实现结构、控制一体化。因此，将SMA混凝土应用到土木工程中是未来防灾减灾工程的一个重要的发展方向，也是一种理想的选择。在近些年频频发生的地震灾难中，许多无辜的生命被无情地埋在瓦砾之下，损失的财产也不计其数。对此，抗震性能在当今建筑物的安全指标方面显得尤为重要，将SMA智能合金材料像钢筋一样大批量运用到混凝土中是一种极度的浪费，既不现实，也不科学。但是我们采用像制作钢筋混凝土一样的方法将适量的SMA智能合金材料埋置于混凝土中的做法还是可行的。
我国是世界上地震灾害比较严重的国家，地震区分布广，地震的频率较高、强度大，如果建筑结构自身的抗震能力不足，在地震中将会形成巨大的破坏。合理的结构抗震设计将使结构具有满足要求的抗震能力，可最大限度地减小建筑工程在地震中的损失，保护人民的生命财产安全。从建筑结构在地震中的震害，可以让我们更深入地了解各类结构在地震中的表现和破坏形式，更直观地发现结构的薄弱部位，在设计中能采取有针对性的措施，提高结构的抗震能力，保证结构在地震中的安全。
参考文献：
［1］建筑抗震设计规范( CBJll－89)［G］．北京: 中国建筑工业出版社， 2005: 10-13．
［2］赵艳．关于改进我国抗震设计反应谱的探讨［J］．地震工程与工程振动， 2006(3) : 53－55．
［3］柳炳康． 荷载与结构设计方法［M］． 武汉: 武汉理工大学出版社， 2011: 68－83．
［4］GB50011建筑抗震设计规范［S］．2008版，2010版．北京: 中国建筑工业出版社， 2008，2010．
［5］建筑抗震设计规范( GB50011—2010) 统一培训教材［M］．北京: 地震出版社，2010．