建筑抗震概念设计.docx

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建筑抗震概念设计

建筑抗震概念设计

以前总以为地震离我们很遥远，但近年来的汶川地震、玉树地震和日本地震让人觉得地震离我们又是那么的近。

地震是一种危及人民生命财产安全、破坏性极大的突发性自然灾害。

尤其在人口密集、政治、经济、工业和科学技术发达的城市和地区，造成的损失更是惨重。

每一次地震过后都带走很多人的生命，会给其经过的地区带来毁灭性的打击，美丽的城市在数十秒钟内变成一片废墟，成片房屋破坏倒塌，交通、通信、供水、供电等生命线中断，造成人员伤亡，城市瘫痪，并导致严重的经济损失。

因此，为了安全起见，建筑应该做抗震设计。

以下对地震下建筑物破坏分析：

在地震中，被人们认为抗震性能优于砌体结构的钢筋混凝土框架房屋同样受到了不同程度的破坏。

在北川县城、汉旺镇、都江堰等地震灾区我们拍摄了大量框架结构房屋破坏的照片，如图4~8。

其中图4为灾区普遍而且典型的底层框架柱破坏形态，图5~8为下部框架柱脆性破坏后房屋下座坍塌或者倾斜坍塌。

　　从这些照片中，我们可以看到，框架柱节点破坏严重，且均为剪切破坏，导致了有些房屋完全坍塌，成为一片废墟；有些房屋底层坍塌，上部楼层完整无损的坐落或者倾斜；有些房屋损坏严重但未倒塌；也有些房屋只是局部裂缝，结构完整无损。

造成这些房屋不同破坏的原因是多方面的，有设计、施工和材料等多方面因素，我们无法对每一个已破坏的或未破坏的建筑进行科学的检测和论证，也没有权利乱加评价。

但从现场观察到的现象，我们可以归纳为下列四种情况：

（1）框架柱断面远小于梁断面尺寸，如图4、6、9，有些框架柱节点又表露出钢箍直径小，间距大，且大多是单肢箍，节点薄弱。

柱是框架的竖向构件，地震时柱破坏和丧失承载力比梁破坏和丧失承载力更容易引起框架倒塌。

柱节点的箍筋对混凝土没有形成约束，也不能防止纵向钢筋压屈，必然造成框架柱节点脆性破坏。

（2）房屋下部为大开间框架，而上部框架中采用较多的填充墙，此类填充墙为240粘土砖眠墙砌筑，砖和砂浆强度较高，与梁柱连接良好。

地震过程中框架上部由于此填充墙的存在，使得上部自重大、刚度大，下部框架成为薄弱层，在未对下部框架柱进行加强处理时，该体系就形成了近似于框支剪力墙结构，框架底层柱承受较大地震水平剪力，柱端节点首先脆性破坏，导致整体房屋下部坍塌坐落，如图5、7。

　　（3）无独有偶，同一结构单元中一边为大开间框架结构，一边在框架中使用较多的此类填充墙，致使结构形成近似于刚心偏移的框架剪力墙的受力特点，地震作用对房屋产生较大扭转的效应，导致框架柱严重受损破坏，使房屋倾斜坍塌。

如图8，该房屋原为7层办公楼，倾斜坍塌下坐至2层。

　　然而，我们也发现了不少框架结构房屋，由于框架中采用如前所述的240厚的填充墙，且填充墙做到了上下对齐，布置均匀，震后虽然该填充墙上出现X型裂缝，墙体破坏严重，如图10，而主体结构未遭损坏，房屋未坍塌且表现良好。

表明此类填充墙在该结构体系中起到了第二道抗震防线的作用，经受住了这次罕遇地震的作用的考验。

这一现象及上述两种填充墙在框架中的影响，值得我们重新研究框架填充墙在抗震中的效能，对抗震结构的设计也有一定的启示。

　　（4）楼梯间破坏十分严重，主要表现歇台板与楼层错层，楼板又为斜向杆件，引发了底层楼梯板拉裂，甚至完全拉断，楼梯梁、柱节点因歇台梁的作用形成短柱破坏，这些破坏必然导致在地震过程中加剧人员的伤亡。

　　上述几种框架结构在地震中的表现，我们不难发现，延性框架是结构抗震设计的关键，延性框架的抗震设计概念主要包括“强柱弱梁，强剪弱弯，强大节点”。

同时有必要对多层框架结构中填充墙的用材、构造、布置和受力特征进行分析，重新判断和认识框架填充墙的作用。

楼梯是人们生活和生命的通道，也应引起高度重视。

桥梁在地震后所受到的破坏有主梁移位及落梁、桥墩震害、支座破坏和桥台震害及其他。

主梁移位在极震区桥梁中相对比较普遍，但主梁移位的极端情况——落梁破坏相对较少。

发生严重梁体位移的12座桥梁中，梁体移位主要表现为纵桥向移位、横桥向移位和平面旋转等现象。

由于梁

体直接支撑在桥墩上，相互之间仅靠橡胶支座相联系，基本没有水平约束，当水平地震力超过摩擦力或支座抗剪能力时，梁体与桥墩发生相对位移。

横桥向移位的桥如G213线鱼子溪桥为3×22.2m简支

T梁，主梁横向移位达到30cm。

图15所示的G213线白水溪大桥3号墩墩顶梁体横向移位达到48cm[2]，面临横桥向落梁危险。

纵桥向移位的桥如G213线寿江大桥，梁体向映秀方向纵移，导致第1跨面临纵桥向落梁的风险，见图10。

同时大量的斜交桥梁发生了平面转动，如

图9白水溪大桥3号墩梁体横向移位

主梁移位的同时撞击桥墩的纵横向挡块，也造成了桥墩挡块的大量破坏，但在地震中，因为挡块的设置，减少了横向落梁风险。

图10寿江大桥第1跨主梁纵向移位

桥墩是支撑梁体的主要构件，同时由于桥梁结构上刚下柔的特点使得桥墩极易出现破坏。

其震害主要包括墩身的剪断、压溃和开裂；其次是横系梁开裂、横向移位及倾斜，主要出现在靠近断裂带附

近的少数桥梁。

图11所示的都汶公路K26+773顺河大桥，其跨径组合为1×30m预应力混凝土T梁+7×20m空心板，下部结构采用桩柱式墩，在3号墩左柱、5号墩右柱发生斜剪破坏；图12所示的百花大桥桥墩在墩底大量产生压溃破坏，在刚度突变处墩身压溃和横系梁开裂；岷江庙子坪大桥主桥5号主墩墩身底部横向贯通裂缝；都汶高速公路新房子大桥右幅的6×25m连续箱梁因地基滑移致使墩柱倾斜，最大纵向倾斜度达30‰，最大横向倾斜度为14‰。

见图11其余均出现在墩底或横系梁处。

这一震害表明，对于梁式桥，刚度突变截面是抗震的控制截面。

震害调查分析表明：

（1）发生桥墩倾斜震害的主要是连续梁桥。

连续梁桥由于固定支座的设置和墩身高度的不同，使得各桥墩在地震作用下承受的水平地震荷载差异大，从而各桥墩破坏的严重程度差异也大，同时会带来崩溃性的破坏。

（2）墩柱箍筋是非常重要的。

通过破坏桥墩的调查分析发现，无论墩柱直径大小，无论是否是潜在塑性铰区域箍筋体积配箍率只有0.048%～0.067%，远不能保证足够的横向约束能力。

（3）墩身刚度突变处易产生震害。

（4）此次桥墩震害出现了深水桥墩开裂这一全新的桥墩震害现象。

图11K26+773顺河大桥5号墩右柱剪断

图12百花大桥未跨桥墩的压溃

支座不太被重视，但功能却十分重要，地震时其作用更为明显。

支座破坏是桥梁上部结构中最常见的一种破坏现象，主要表现为支座撕裂、脱落等，见图13。

梁的纵横向移位大多数都是以支座破坏为前导。

地震时支座受到很大剪力和变形，当剪力超过支座容许剪力时支座被撕裂破坏；当变形超过支座容许剪切变形时，梁与支座产生相对滑移，直至产生落梁现象。

图13支座撕裂

桥台是桥梁两端的支撑部分，桥台的填料三面临空，震动大，桥台和下面土的刚度不同，易造成破坏。

此次地震中桥台的破坏主要有：

重力式桥台的墙体开裂，肋板式桥台肋板开裂、背墙耳墙开裂、桥台锥坡开裂、桥台填料垮塌、搭板下沉等，

由以上例子来看，建筑抗震设计的重要性。

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，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过

程，是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。

抗震概念设计包括工程结构总体布置和细部构造。

一般对地震区的工程结构进行的设计，包括抗震概念设计、结构

抗震计算和抗震构造措施三个方面。

合理抗震设计从建筑和结构两方面来说：

1.建筑设计不应采用严重不规则的设计方案。

建筑及其抗侧力结

构的平面布置宜规则、对称，应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

2.结构设计上结构体系应符合:

a.应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

b.应

避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力

荷载的承载能力。

c.应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和

消耗地震能量的能力。

d.对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高

抗震能力。

e.非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，

自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。

抗震概念设计的基本原则与要求

　　1.选择有利场地。

造成建筑物震害的原因是多方面的，场地条件是其中之一。

由于场地因素引起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仅依靠工程措施来弥补是很困难的。

因此，选择工程场址时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑抗震不利的地段，任何情况下均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。

　　对建筑抗震有利的地段，一般是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。

建造于这类场地上的建筑一般不会发生由于地基失效导致的震害，从而可从根本上减轻地震对建筑物的影响。

对建筑抗震不利的地段，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；就场地土质而言，一般是指软弱土、易液化土、故河道、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。

2.采用合理的建筑平立面。

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。

建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。

3.选择合理的结构形式。

抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。

按结构材料分类，目前主要应用的结构体系有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构等；按结构形式分类，目前常见的有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简体结构等。

结构体系的确定受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等诸多因素影响，是一个综合的技术经济问题，需进行周密考虑确定

　4.提高结构的延性。

结构的延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，是防止在地震作用下倒塌的关键因素之一。

5.确保结构的整体性。

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。

若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。

总之，结构抗震设计非常重要，只有做好抗震设计，这样才不会让汶川地震的悲剧再次发生。