建筑结构抗震性能分析.docx

西南林业大学本科毕业（设计）论文（2011 届）题目1:建筑结构抗震分析题目2:宁波某楼盘展厅门式刚架结构设计教学院系交通机械与土木工程学院专 业 土木工程学生姓名朱成仙指导教师刘德稳（助教）评阅人2011年6月11日建筑结构的抗震性能分析朱成仙（西南林业大学交通机械与土木工程学院昆明650224）摘要：通过对地震理论知识的学习研究，结合汶川地震灾害对几种结构的抗震性能 进行简单的对比和分析，并介绍钢结构在震害中发生的破坏形式及各种抗震设计方 法，建筑结构的抗震设计方法，旨在牢记经验教训，防微杜渐，将地震带给人们的伤 害和损失降到最低。关键词：抗震性能抗震设计钢结构Seismic Analysis of Building StructuresZhu Chengxian(Mechanical and Civil Engineering Traffic, Southwest Forestry University, Kunming650224)Abstract: Theoretical knowledge through the study of seismic, combined with earthquake disasters on the seismic performance of several simple comparison and analysis, and steel structure introduced in the form of damage and destruction occurred in a variety of seismic design, seismic building structures Design method, to keep in mind lessons learned as a preventive measure, the earthquake damage and loss to bring people to a minimumKey words: Seismic Performance Seismic Design Steel1.1建筑结构的抗震性能1.1.1地震地震是一种常见的自然现象，是地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球 表层的震动。对建筑结构来讲，地震对建筑物的破坏作用是通过其所在场地、地基及基础将地 震力传递给上部结构的，地震力所产生的地震加速度峰值在地表首先导致场地岩层断 裂或错位，从而引起地基及基础的开裂，使建筑结构在极短时间内发生坍塌。抗震性 能的好坏就直接影响到建筑物的破坏程度。1.1.2建筑结构抗震性能的解释：当地震来临时，建筑结构具有承受一定震动的能力，对破坏性地震采取一定的防 御措施，尽量减轻生命财产的损失。1.1.3研究抗震性能的背景震惊世界的唐山大地震、5 - 12汶川大地震、3 - 11的日本大地震等等的太多太 多的地震，让我们失去太多太多的东西，因此我们不得不去思考怎样才能让我们在不 可避免的自然灾害面前所遭受的痛苦和损失减到最少。1.1.4研究抗震性能的意义就是希望能在设计的时候就能进行抗震的考虑，从而采取一定的措施使建筑物能 承受更高的地震力，以致减少房屋的倒塌，减少生命的伤亡。2汶川地震中的各种结构破坏程度2.1砌体-木结构由于木材可以就地取材，砌体使用较少，这种结构的造价非常低，在村镇多采用 这种结构作为简易厂房、仓库等。但是这种结构的砌体墙和砌体柱强度不高，且大多 年代较长，在地震中容易发生屋面破坏和局部倒塌，（如图1）图1砌体-木结构的破坏2.2砖混结构地震区村镇的住宅，教学楼，城市的一些旧的居民楼、办公接、小型厂房多采用 砖混结构。这类结构在地震区数量最多，震害也比较严重，倒塌的结构具有以下典型 特点：结构抗震体系单薄，未设置构造柱，也有未设置圈粱，预制楼板未拉结。（如 图2）为砌体结构震害情况。卷华中学教学揍右段倒踢 （左段为据架靖冉）£E油花狗路初甜中学教学楼媒向曦重 墙和破柱严卖械坏悻门中心小学教学楼预制板拉站不足 守攻股环图2砖混纬梅的震害安昌合理黄贸构造壮Fl I冏曜眩倒网用 构2.3框架结构本次地震中，大多数框架结构的主体结构震害一般较轻，主要破坏发生在围护结 构和填充墙，尤其是圆形填充墙的破坏较重（如图3）。个别因施工质量很差、结构布置过于复杂的框架结构也发生严重破坏，甚至倒塌。图3框架结构的破坏2.4框架-剪力墙结构本次地震中，框架一剪力墙（核心筒）结构.由于具有较大的抗震刚度和承载力，显示出了优越的抗震性能，尤其是与同一地区的框架结构相比，框架一剪力墙（核心 筒）结构的非结构构件的损坏要轻很多。（如图4），在地震中仅少数围护结构产生细微 裂缝。图4框架-剪力墙结构的破坏2.5钢结构由于自重较轻和强度较大，钢结构抵御地震的能力比较强，震害比较轻，在本次 地震中主要发生在维护结构。（图5）为绵阳九洲体育馆，其主体结构和支座均无明 显损伤，仅在围护结构和钢结构的结合处有轻微碰撞破坏。由以上的在汶川地震中各种结构所表现出的破坏程度可知各种不同结构形式的 抗震性能按以下顺序依次增强：砌体-木结构一一砖混结构一一框架结构一一框架一 剪力墙结构一钢结构。图5完好的门式刚架（龙门山镇，建筑物破坏严重区域）3对几种结构的抗震性能进行简单的分析3.1砌体建筑的抗震性能分析震惊世界的汶川大地震，给我国造成了巨大的损失，其中遇难6.9万人，受 伤37.4万人，失踪1.8万人，房屋间毁坏21多万间。在这毁坏的21多万间房屋中， 砌体结构占相当大的比例，且其破坏形态令人堪忧。砌体结构的主要材料是粘土砖，砂浆。主要承重结构是粘土砖和砂浆砌筑的 墙、柱。它是通过砌块和砂浆的相互作用及纵横墙的拉结而使建筑物达到一定的整体 性和承重能力。虽然砌体有抗拉、弯、剪的强度较其抗压强度低，导致建筑变形能力 小，抗震性能差等缺点，但是通过科学合理的设计是可以达到抗震要求。然而汶川地 震地震中的砌体建筑缺毁坏的如此严重，这点我们不得不引起我们的反思。3.2钢筋混凝土的抗震性能分析钢筋混凝土框架结构是工业和民用建筑中最常用的结构形式之一。框架结构主要 由梁、柱两种构件组成，构造简单、受力明确，它的优点是建筑平面布置灵活，可以 通过调整柱距而满足各种建筑功能的需要，因此在建筑结构中得到广泛应用。但它有 一个明显的缺点就是其侧向刚度差，抵抗水平荷载的能力较低，在地震作用下容易产 生很大的残余变形，框架抗侧移刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，通常梁柱截面惯性 矩小，侧向变形较大故而限制了框架结构的使用高度因此框架结构只适用于中、低层 的建筑物。3.2.1钢筋混凝土框架结构的抗震要求我国现行的建筑抗震设计规范(GB50011-2010)采用“三水准，两阶段”的 设计方法来实现抗震设防目标。为了实现这一设防目标，在总结历次震害经验和试验 结果研究的基础上，建筑抗震设计规范(GB50011-2010)规定了框架结构在抗震 设计中必须遵循“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”三条基本原则，并以此为依 据对框架结构进行内力调整使其在地震中实现更为合理的破坏机制来减小地震带来 的危害。其中“强柱弱梁”是指节点处柱端实际受弯承载能力大于梁端实际受弯承载 能力，使结构在地震中梁端先于柱端出现塑性铰，利用变形能力相对更大的梁的破坏 来吸收和消耗地震能量，实现梁铰的整体破坏机制。钢筋混凝土框架在地震中的典型 屈服破坏机制有：柱铰破坏机制、梁铰破坏机制、混合破坏机制。比较这三种主要破 坏机制可以得到：梁铰破坏机制以为只在梁端和柱脚部位形成塑性铰，是一种更为合 理的整体破坏机制。为了实现这一合理的破坏机制，我国现行的抗震规范中通过引进 柱端弯矩增大系数人为地提高柱端相对于梁的抗弯能力，使框架柱在强震下不出现塑 性铰，或推迟出现塑性铰，达到“强柱弱梁”的效果。3.2.2钢筋混凝土框架结构的抗震能力钢筋混凝土框架结构为了达到抗震设防目标一般都要求设计成延性框架，因为在 框架结构中水平荷载主要由框架柱来承担，而框架柱由于截面尺寸较小，使得其抗侧 移能力较差，结构变形呈典型的剪切型。为了达到较好的抗震性能，框架结构设计时 就必须具有良好的延性，即要设计成延性框架，结构的延性越耗散地震能量的能力就 越强，从而实现抗震设防的目标。应该指出上述抗震理论是建立在传统强度较低、延 性较好的材料基础上的，这些理论经过多年的研究分析已经相当成熟。但是传统钢筋 混凝土因为材料强度较低，结构在强震中的损坏是无法避免的。因此对于普通材料建 造钢筋混凝土框架结构，即使按照“强柱弱梁”的原则设计成梁端先出现塑性铰的整 体破坏机制，柱底塑性铰的出现仍然是不可避免的，而柱底塑性铰的出现将影响塑性 破坏机制的发展使结构形成复杂的混合铰破坏机制。另外，对于钢筋混凝土结构，钢 筋的屈服强度是决定结构构件承载力的主要因素。对于普通钢筋，因屈服强度较低， 构件的抗弯承载力也较低，相应的弯曲屈服变形也较小，同时由于地震作用的随机性 和结构进人弹塑性阶段结构动力特性变化的不确定性，在较大侧移情况下，其他楼层 框架柱上端出现塑性铰的可能性依然存在，仍有可能导致形成楼层破坏机构而产生倒 塌的危险。3.2.3改善钢筋混凝土框架结构破坏机制方法随着社会的发展，科学技术的进步，许多新材料在各个行业大量涌现并越来越多 地得到了广泛的应用，同样在工程结构中也出现了大量高强、高性能的新型建筑材料， 钢筋和混凝土也出现了与以前相比强度高出很多的新型品种。现阶段高强材料已经广 泛涌现并且价格也达到了工程建设可以接受的范围，为了改善和提高结构的抗震能力 可以在结构某些部位合理地引进适当的高强钢筋，利用高强材料强度高、弹性范围大 的优点弥补普通框架结构在地震破坏中的不足。就钢筋混凝土框架而言，为了提高其 在地震中的存活能力，可以在框架柱中引进高强钢筋来提高框架柱的抗弯承载力和相 应的弯曲屈服变形能力，从而增大框架柱和框架梁之间屈服变形差，变相地达到“强 柱弱梁”的目的，从而实现合理的梁铰破坏机制，避免倒塌破坏机制的出现。3.3型钢混凝土组合结构的抗震性能分析型钢混凝土与混凝土组合结构（简称SRC-RC结构）是在关键部位对RC结构 进行了加强，因此与RC结构相比，同样具有强度大，刚性大，延性好，抗震能力强， 防火、防腐性能好的特点，它又汇集了钢结构高强度、小截面、施工方便的优点。钢 结构造价较高，结构主体部分完全采用SRC结构也是不现实的。SRC-RC混合结构 以较低的造价实现了优越的结构性能，被认为是一种符合我国国情的较好的建筑结构 形式。SAP2000是通用的结构分析软件，在合理的材料关系、荷载组合和单元模型下 可模拟结构内力变化和破坏的过程。文中将模拟SRC结构、RC结构和SRC+RC结 构在相同地震作用下的地震反应，分析型钢混凝土组合结构的抗震性能。从总体上看，SRC+RC柱结构具有较好的抗震性能，其性能介于SRC柱结构和RC 柱结构之间，关键在于如何合理组织组合结构中SRC构件和RC构件的配比，使得组 合结构的性能达到最优化。SRC+RC柱结构形式，可以使RC柱截面大幅减小，同时还 能提高柱刚度，既可以满足经济性的要求，还能达到良好的抗震效果，是一种可以推 而广之的组合结构形式。从以上三种结构的抗震性能分析中可得，型钢混凝土组合结构的抗震性能最好， 其次是钢筋混凝土，砌体结构的抗震性能最差。下面将重点介绍钢结构的抗震性能。3. 4钢结构的抗震性能分析3.4.1钢结构的特点a. 钢材与其他材料相比有如下特点 建筑钢材强度高，塑性，韧性好 强度高，适用于建造跨度大，高度高、承载重的结构。塑性好，结构在一般条 件下不会因超载而突然断裂，只增大变形，故易于被发现。韧性好，适宜在动力荷载 作用下工作，因此在地震多发区采用钢结构较为有利。 钢结构质量轻 材质均匀，其实际受力情况和力学计算的假定比较符合 钢结构制作简便，施工工期短 钢结构密闭性好b. 钢结构的特点不同的结构形式，抗震性能明显不同。混凝士结构的房屋受压较好，但不抵抗拉 力，两种力的差距达到10倍。当地震来临时，房屋在地震波循环荷载情况下，极易 发生整体垮塌。钢材基本上属各向同性材料，抗拉、抗压、抗剪强度均很高，而且具 有良好的延展性，特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应。钢结构还 可以看作比较理想的弹塑性结构，可以通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能 量，从而具有较高的抵抗强烈地震的能力。钢结构相对于其他结构自重轻，这也大大 减轻了地震作用的影响。钢结构除了抗震性能高，施工周期短、工业化程度高、环保 性能好的特点也显著优于混凝土结构。3.4.2钢结构在震害中的破坏形式 结构倒塌。钢材发生平面外弯曲失稳造成。 支撑构件破坏。支撑构件为结构提供较大的侧向刚度，当地震强度较大时，承 受的轴向力增加，如果支撑的长度、局部加劲板构造与主体结构的连接构造等出现问 题。就会出现破坏和失稳。 节点破坏。铆、拴、焊节点传力集中，构造复杂，施工难度大，容易造成应力 集中，强度不均匀现象，再加上可能的焊缝缺陷、构造缺陷，就更容易出现连接破坏。 梁柱节点可能破坏现象有加劲板断裂、扭曲，腹板断裂、扭曲，焊接部位拉脱，铆接 断裂以及螺栓连接的破坏等等。 基础锚固破坏。主要有螺栓拉短、混凝土锚固失效、连接板断裂。主要是涉及 构造、材料质量、施工质量等问题造成。 构件破坏。框架梁等的破坏形式主要有腹板开裂、腹板屈曲和翼缘板屈曲、扭 转屈曲。框架柱的破坏主要由柱了受拉断裂，翼缘屈曲，翼缘撕裂失稳。构件拉断的 原因估计是地震造成的倾覆拉力较大，动应变速率较高，材料变脆等。3.4.3钢结构的抗震设计 钢结构预制构件拼接建筑结构。从汶川抗震救灾中广泛使用的活动板房，归纳 总结指出。在钢结构预制构件拼接建筑结构中，预制钢构件的连接增加了结构的超静 定次数，从而增加了塑性铰的形成数量。构成多道抗震防线，不仅提高了结构的抗震 可靠度，更延长了结构进入倒塌的过程。即使是纯框架结构（类似于汶川校舍建筑）之 类的楼房，也能大大提高其抗震能力。且这种结构具有施丁方便，工期短，自重轻， 结构面积小，节能，维修方便等优点，可以作为抗震结构设计类型。支撑布置方式。 由高度限制，用于高层钢结构建筑的框架体系常设置支撑。同时，为控制楼层的顶点 位移及层间位移，可设置水平加强层。增加支撑体系和水平加强层是提高结构整体刚 度.减少梁、柱用钢量有效方法之一，具有较好的经济效果。不同的支撑布置形式对 其地震响应有不同的影响。 轻型门式刚架设计。实腹式轻型门式刚架结构按截面形式主要有两种类型：等 截面门式刚架和变截面门式刚架。门式刚架结构的主体结构一般由等截面或变截而的 焊接（或轧制）H型钢门架构成，柱脚常设计为铰接或刚接，维护结构通常采用压型钢 板作为轻型外墙和屋面。变截面的焊接H型钢门式刚架通常将构件腹板制成楔形， 只改变腹板宽度，不改变腹板厚度、翼缘的宽度和厚度3。依据刚架的弯矩分布特 点，门式刚架柱一般由一个楔形构件组成。而梁则由几个楔形构件组成。轻型门式刚 架结构体系具有施工速度快、安装方便、造型轻盈美观、造价低廉等诸多优点，近年 来已经成为单、多层工业厂房、仓储库房和大跨轻钢结构的主要形式之一。巨型梁设置。巨型梁的设置对整个巨型钢结构的抗震性能影响很大，是巨型钢 结构抗震设计中的一个重要问题。巨型粱数量要保证结构具有足够的抗侧刚度，且要 考虑巨型梁柱线刚度，使其相差不能太大，以利于抗震。在地震动作用下巨型梁位置 的改变对结构的反应影响较大，而从反应谱分析中并未看出巨型梁位置改变对结构反 应的影响。 轻型钢结构框架节点。冷弯型钢被称为高效截面型钢，具有承载力高，整体刚 度较大，节省材料等优点。节点是冷弯型钢结构体系的重要组成部分，是结构传力体 系的核心构件。将四种经典稳定判别准则中的初始缺陷准则应用于非线性有限元分 析。提出了研究非线性分叉失稳的初始微小缺陷法。通过分析研究证明了初始微小缺 陷法是易行的和符合实际的，揭示了初始微小缺陷是实际结构存在非线性分叉失稳的 真正原因。指出在研究肘形刚架时，必须考虑其非线性分叉问题才能全面地了解它的 稳定性能。 据了解，日本等地震高发地区的建筑中钢结构占38%，木结构占35%，混凝 士结构只占20%多，而我国则相反，混凝土占到90%以上，钢结构不到5%。比起 传统的混凝上结构，钢结构确实成本要高出一些。但是钢构比混凝上结构建设速度要 快50%，这会节省很多时间成本。而且房屋整重量也比混凝七结构轻50%以上，这 样基础处理、运输量的成本都会下降此外，钢结构柱子的截面小，可以增加5%的空 间面积。理想状况下会与混凝土建筑成本持平，最差也不会超过15%。这是我们可 以接受的。我国著名钢结构专家、国家钢结构工程技术研究中心总工程师侯兆欣说， “钢结构应成为重建家园的最佳选择。”总之。可以相信，随着钢结构抗震设计研究 的不断进步，在不久的将来，会有越来越多让人们“信得过”的钢结构建筑问世。4建筑结构的抗震设计建筑物本身是一个庞大而又复杂的系统。各种构件以相当复杂的方式共同工作， 并非是脱离整体结构体系的单独构件，在遭受地震作用后它的破坏机理和破坏过程相 应的都十分复杂。由于地震作用的随机性、不确定性和复杂性，结构计算模型的基本 假定与实际情况的差异，在结构分析方面不能充分考虑结构的间作用、非弹性性质、 材料时效、阻尼变化等多种因素，要准确预测结构所遭遇地震的特性和参数是很难做 到的，即存在着不确定性。因此，结构工程抗震设计问题不能完全依赖结构抗震计算设计解决，应立足于工 程抗震基本理论和长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，从结构抗震概念设计 的角度，遵循结构的破坏过程和破坏机理，着眼于结构的总体地震反应，灵活运用抗 震设计准则，全面合理地解决结构抗震设计中的基本问题，既符合结构总体布置上的 原则。又顾及到关键部位的细节构造，最终提高结构的抗震能力。有这样的说法“地震本身不会杀人，而建筑会杀人”。汶川大地震中房屋建筑的 震害情况，有些与唐山震害的情况有类似之处，特别是砌体结构房屋，如砌体承重结 构强度不足、预制板与竖向承重结构连接构造措施不当，房屋就会被震垮。海地建筑 质量也是相当糟糕，地震中房屋几乎全部被摧毁。我们可以发现智利地震中伤亡人数 相对很少，相关专家认为原因有两个：一是居民住房多为平房或低矮的住房；二是没 有“豆腐渣”工程。智利虽是个发展中目家，但智利人深知自己的周家是地震多发地。 所以不想把房子造成坟墓，抗震性能普遍非常高。可想而知，在地震多发地带，建筑 抗震设计是多么的重要。地震中被毁房屋特点对地震中被毁掉的房屋进行研究，可以发现，破坏比较严重的建筑以下几种情况：1）沿竖向不规则建筑.破坏情况严重。不规则建筑物。尤其是沿竖向不规则的房 屋建筑，破坏较严重。典型的有两类：一是结构底层为空旷结构。下部为薄弱层；结 构底层为空旷结构的房屋大多底层为大开间框架结构，方便使用。房屋震害丰要表现 为底层倒塌、倾斜，原因是底层形成薄弱层，刚度和强度均不足。二是突出屋面的小 塔楼结构。突出屋面小塔楼由于沿竖向质量和刚度的突变，易产生鞭梢效应。在地震 中绝大部分受到损坏。2）钢筋混凝土结构未能实现“强柱弱梁”机制。震害总体情况表明，框架一剪力 墙结构大部分基本完好或轻微破坏，未发现严重破坏。但有少数框架结构严重破坏或 倒塌。框架结构的破坏形态大部分为柱上下端破坏，或框架梁、柱节点核心区剪切破 坏或压酥。破坏形式为柱端屈服破坏，属“强梁弱柱”形式。3）框架结构中楼梯间震害较普遍。地震中，框架结构中板式楼梯破坏严重。在有 些倒塌破坏的房屋中。楼梯间本应成为重要的逃生通道，但却是倒塌破坏最严重的区 域。4）框架结构填充墙破坏。填充墙破坏是框架结构最为常见的震害，汶川地震中也 尤为突出。5）装配式楼盖破坏较严重。关于预制板结构破坏，在19r76年唐山大地震中已有 较多震害。地震区大量的砌体结构房屋中，普遍采用预制空心楼板，由于未按规范要 求设计成装配整体式楼盖，地震中当墙体破坏或外闪，导致楼板塌落，因而达不到装 配整体式楼盖的作用。6）为了提高房屋的抗震性能，我们在建筑结构设计的过程中，必须加强抗震设 计。根据地震中被毁房屋特点，建筑结构抗震着重从概念设计，抗震计算与构造措施 个方面进行加强。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则，抗震计算为建筑抗震 设计提供定量手段.构造措施可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等方面上保 证抗震计算结果的有效性。4.1抗震的概念设计抗震设计规范（GB50011-2010）条文说明中明确提出“结构抗震设计性能的 决定因素是良好的概念设计”。概念设计是指依靠设计者的知识和经验，运用思维和 判断正确地的决定结构的总体方案和细部构造，做到合理的抗震设计；计算设计是仅 靠计算分析得出的数据进行的抗震设计（也称为数值设计）；抗震构造措施是指根据抗 震概念设计原则，一般不需要计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要 求，以保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结 构的整体性。概念设计与计算设计之间存在着辩证逻辑关系。概念设计不仅弥补了计 算设计的一些不足，使计算设计的结果尽可能地反映结构的实际地震反应，同时概念 设计对计算设计提出了更高的要求，从而促进了计算方法和计算手段（比如三维空间 分析、弹塑性时程分析等）的不断发展，而且也使概念设计的某些内容能够通过计算 设计来体现。当然计算方法和计算手段的发展，也深化了概念设计。正是概念设计与 计算设计之间的这种关系，促使了结构抗震设计水平的不断提高和发展。在结构抗震设计中概念设计、计算设计和抗震构造措施应当有效地融合。针对传 统设计将规范或规程中规定的功能指标作为归宿，一旦计算或验算满足设计即宣告设 计的完成，而对结构的实际工作性能及结构的破坏过程、破坏模式等无法预期，应当 变被动设计为主动设计，即将结构物的功能作为起点和控制的目标，反过来对结构物 提出各种要求，从而克服盲目性，提高设计的自觉性。因此，结构抗震设计本身就是 概念设计的具体表现，但同时它又不仅仅只是概念设计，它是一套完整的设计理念、 计算方法和设计构造，即是概念设计、计算设计与构造措施的融合。4.2概念设计的内容造成建筑物震害的原因是多方面的，针对各方面的原因，保证抗震设计的效果， 概念设计的内容主要包括以下几个方面：注意选择有利场地，合理选用建筑体型和结 构布置，采用合理的抗震结构体系，提高结构的延性，保证非结构构件的安全以确保 结构的整体性，采用隔震消能技术等。4.2.1注意选择有利场地选择工程场地时，首先应进行详细的勘察，搞清楚地形、地质、地貌以及地下的 情况，挑选对建筑物抗震有利的地段，一般指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实 均匀中硬场地土，在此类场地上建造的建筑物一般不会发生由于地基失效而导致的震 害，是从根本上减轻地震对建筑物震害的手段之一。对建筑抗震不利的地段，就场地 土质而言，一般是指软弱土、易液化土、旧河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖 半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段；就地形而言。 一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非岩质 的陡坡、河岸和边坡的边缘。选择时应尽可能避开这类地段，任何情况下都不得在抗 震危险地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物，因为由于场地因素引 起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仪依靠工程措施来弥补是很困难的。4.2.2合理选用建筑体型和结构布置房屋平面布置要规则一一结构力求对称。房屋外形不规则、不对称、凹凸变化尺 度大，形心质心偏心大，同一结构单元内，结构平面整体性，各构件之间的连接必须 可靠。建筑结构的动力性能主要取决于建筑物的建筑体型和结构布置。建筑体型简单合 理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋良好的抗震性能。实践表明，简 单、规则、对称的建筑物抗震能力较强，容易准确计算其地震反应，可以保证地震作 用具有明确直接的传递途径，容易采取抗震构造措施和进行细部处理，在地震时不易 被破坏：反之，如果房屋体形不规则，平面七凸出凹进，立面上高低错落，在地震时 就容易产生震害。4.2.3采用合理的抗震结构体系抗震结构体系是结构抗震设计中应考虑的关键问题，抗震规范对建筑结构体系有 明确的规定：结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。目前主要应用的结构体系按结构材料分类有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、 钢一混凝土结构等：按结构形式分类有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简 体结构等。结构体系的合理与否受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材 料、施工条件、经济条件等诸多方面冈索的影响，是一个综合的技术经济问题，需进 行周密考虑确定。提倡采用“强柱弱梁”框架。为避免框架倒塌，提倡采用“强柱弱 梁”框架结构而避免“强梁弱柱”。避免出现薄弱楼层。多层结构中如出现薄弱楼层， 地震时该楼层就会出现较大的塑性变形集中，而楼层刚度分布均匀的多层结构，相对 基础而言底层成为整个结构的薄弱楼层。在确定结构方案时，要避免出现薄弱层，如 有薄弱层时应该在结构上给以加强。填充墙的利用。砖砌围护墙和隔墙。嵌砌于框架 之间，地震力作用时可减轻主体结构的破坏。应用轻质材料。材料质量越小，地震力 作用越小，所以在房屋的墙体、楼板框架隔墙、维护墙及房屋构件中应尽力选择轻质 材料以减轻地震力的作用，提高房屋的抗震能力。“设置多层防线。由于地震力作用 具有一定的持续性、不确定性、复杂性.将在短时间内对建筑物进行多次冲击。形状 和刚度不均匀不对称，平面长度过长等，均不利于抗震。改进加强楼梯闻的设计，进 一步提高楼梯间构件的安伞度。如前所述.楼梯间本应是重要的逃生通道，但此次震 害中，楼梯问倒塌破坏情况较多，需要引起我们进一步的重视。4.2.4提高结构的延性延性对抗震来说是极为重要的一个性质。结构的性可定义为结构在承载力无明显 降低的前提下发生非弹性变形的能力。结构的延性反映了结构的变形能力，是防止建 筑物在地震作用下倒塌的关键因素之一。对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可归 纳为最根本的两点：（1）混凝土极限压应变；（2）破坏时的受压区高度。影响延性 的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。在结构抗震设计中为了保证结构的延 性，经常采用以下的措施：控制受拉钢筋的配筋率.保证一定数量的受压钢筋，通过 加密箍筋保证纵筋不致局部压屈失稳，约束受压混凝土，以及对柱子限制轴压比等。强度和刚度匀称。多层建筑应该使其各层之间强度和刚度匀称，如存在薄弱搂 层.则该处就会成为地震力作用下的变形集中部位，从而使建筑物首先从该部位发生 严重破坏，甚至整个建筑的破坏。4.2.5保证非结构构件的安全以确保结构的整体性结构超静定次数多。静定结构的杆件受力系统和传力路线单一.一根杆件的破坏， 就使整个结构体系因此而失效。超静定结构在超过其荷载能力时，先使多余杆件发生 塑性变形.消耗吸收一部分能量，而保证整个结构的稳定性，减少地震破坏。超静定 结构次数多，则消耗地震能量也就愈多，建筑抗震能量越强。形体突变部位加强。当 建筑形体有突变部位时，应采取加强措施。结构是由许多构件连接组合而成的一个整体，并通过各个构件的协调工作来有效 地抵抗地震作用。所以建筑结构应有使结构在地震作用时能够保持整体的结构连续 性，有满足传递地震力时的强度要求，有适应地震大变形的延性要求，有保证构件之 间的可靠连接，有使结构沿纵、横2个方向足够的整体竖向刚度，并使房屋基础具有 较强的整体性，以抵抗地震时可能发生的地基不均匀沉降及地面裂隙穿过房屋时所造 成的危害。结构在地震作用下丧失了整体性。则结构各构件的抗震能力不能充分发挥， 这样容易使结构成为机动体而倒塌。因此，结构的整体性是保证结构各个部分在地震 作用下协调工作的重要条件，确保结构的整体性是抗震概念设计的重要内容。强构件 的相互连接。多个构件有可靠的连接才能保证各个构件的强度充分发挥，才能更好地 传递地震力.使各个构件都能充分地吸收地震力。提高整个构件的延性。构件连接不 破坏，整个结构才能保证其整体性，各构件之间的连接必须可靠。4.2.6采用隔震消能技术隔震消能的摹本思想是使基础和上部房屋结构分离，隔离地震能量向建筑物的输 入。实现地震时地动而建筑物基本不动，达到保证建筑物安全的目的。地震时，地面 运动能量经过基础输入到房屋结构，致使房屋结构发生振动、变形，甚至倒塌。目前 常用的基础隔震方法是在建筑物和构筑物基础部位设置橡胶支座，利用橡胶支座水平 柔性形成的柔性隔离层吸收或散耗地震能量，阻止或减小地震能量向建筑物和构筑物 上部结构传递，使整个建筑物和构筑物自振周期延长。从而减小建筑物和构筑物上部 结构对地震的反应。选择耗能构件。力求水平构件吸收较多的地震力，先于竖向构件 破坏，从而满足建筑物震后坏而不倒的要求。进一步推广隔震技术，提高结构抗震性 能国内外多次地震以及本次311日本大地震都证明，隔震技术能极大地提高结构抗 震性能，是一项比较成熟的技术，而且所增加费用有限。4.2.7抗震概念设计的总结抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等所形成的总体设计准则，设计思想 进行建筑和结构的总体布置，确定细部构造的设计过程，对从根本上消除建筑中的抗 震薄弱环节，构造良好的结构抗震性能具有重要的决定作用；抗震计算和验算为抗震 设计提供定量手段：抗震构造措施可以保证结构的整体性，加强局部薄弱环节以及保 证抗震计算结果的有效性。抗震设计中的概念设计、计算设计、构造措施是不可分割 的整体，忽视任何一部分，都可能导致抗震设计的失败。4.3抗震计算与构造措施4.3.1抗震计算各类建筑结构的地震作用，应按下列原则考虑:1）一般情况下，应允许在建筑结构的2个主轴方向分别计算水平地震作用并进行 抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。2）有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15。时，应分别计算各抗侧力构 件方向的水平地震作用。3）质量和刚度分布明显不对称的结构，应计人双向水平地震作用下的扭转影响； 其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计人扭转影响。4）8度、9度时的人跨度结构和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地 震作用。底部剪力法和振型分解反应谱法是结构抗震计算的基本方法，而时程分析法 作为补充计算方法，仅对特别不规则、特别重要的和较高的高层建筑要求采用。抗震计算方法的采用应符合：（1）高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沼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。（2）除第l条外的建筑结构，宜采用抗型分解反应谱法。（3）特别不规则的建筑、甲类建筑和烈度、场地内限定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。4.3.2构造措施混凝土结构，一般是通过钢筋砼构件截面高宽比限值，最小配筋率要求，承重柱 轴压比来控制。砖混结构.常见构造措施有限定房屋总高度和层数层高；在纵、横墙 中设置钢筋混凝土构造柱、网梁；房屋的高宽比、横墙阅距局部尺寸进行限值控制； 设置防震缝等。修订后的抗震设计规范中增加了强制性条文.突出屋顶的楼、电梯问， 构造柱应伸到顶部，并与顶部圈粱连接，内外墙交接处应沿墙高每隔500ram设2<6 通长拉结钢筋。拉结填充墙参与整体结构受力，且对结构刚度有较大影响。在设计中 应充分考虑。我国是地震的多发性国家，地震区（基本烈度在6度及以上的地区）的面积占全 部国土面积的60%以上。在目前无法准确预报、无法消除地震的情况下，抗震防灾工 作是减灾地震灾害的根本措施。前车之鉴，值得反思，结构工程师应认真学习国家抗 震法规，充分重视抗震设计，本着对人民生命财产安全高度负责的精神深入实际，扎 实工作，为减少地震带来的灾害而继续努力。参考文献1建筑抗震设计规范(GB50011-2010)。砌体结构设计规范(GB50003-2001)。3混凝土结构设计规范(GB50010-2002)。3 建筑结构学报(2008年16期)。4 房屋结构毕业设计指南中国建筑工业出版社，2004。5 王翠坤，杨沈，汶川地震对建筑结构设计的启示。震灾防御技术，2008, 3(3)。6 方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计M.北京:机械工业出版社.2004。7 张晓波，从汶川地震看钢结构预制构件拼接建筑结构的应用和发展J.住 宅产业，2008(7)。8 吴芸.不同连接形式的钢框架抗侧力性能研究.武汉：武汉理工大学学位论 文，2003