土建結(jié)構(gòu)抗震現(xiàn)狀分析及研究

【關(guān)鍵詞】土建結(jié)構(gòu)，抗震，震害現(xiàn)狀，措施 

　　1.結(jié)構(gòu)抗震理論現(xiàn)狀 

　　1.1地震作用的基本特征 

　　（1）振動破壞。地震波是震源地釋放的一種能量，它是以彈性波形式向外傳播。地震波造成的地面振動，通過基礎(chǔ)傳到地面以上，導(dǎo)致建筑物的振動。通常來說，建筑是按靜力條件進行設(shè)計和建造的，很少考慮振動影響。在振動作用下，有一定的彈性振動限度，當(dāng)?shù)卣鹪斐傻恼駝訌姸瘸�過這個極限時，會造成不可恢復(fù)的破壞。 

　�。�2）地基失效引起的破壞。在強烈振動作用下，會使地基部位的松散粉、細砂層發(fā)生液化，從而地基失去承載能力。根據(jù)建筑抗震規(guī)范2010版的說明：多遇地震為50年超越概率約為63%；抗震設(shè)防烈度為50年超越概率約為10%的地震烈度；罕遇地震為50年超越概率為2%-3%。第3.10.3條條文說明：多遇地震的理論重現(xiàn)期為50年，設(shè)防地震為475年，罕遇地震的7度約為1600年，9度約為2400年。本文主要研究的是罕遇地震7度烈度下的建筑抗震情況。 

　　1.2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法 

　　1.2.1靜力法。靜力法產(chǎn)生于20世紀初期，是最早的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法。上世紀初前后在日本濃尾、美國舊金山和意大利Messing的幾次大地震中，人們注意到由地震產(chǎn)生的水平慣性力對結(jié)構(gòu)的破壞作用，提出把地震作用看成是作用在建筑物上的一個總水平力，該水平力取為建筑物總重量乘以一個經(jīng)驗性的地震系數(shù)。意大利都靈大學(xué)應(yīng)用力學(xué)教授Panetti建議，一層建筑物設(shè)計地震水平力為上部結(jié)構(gòu)重量的1110，2層和3層取上部重量的1/2。這是最早的將水平地震作用定量化的建筑抗震設(shè)計方法。日本關(guān)東大地震后，1924年日本的“都市建筑規(guī)范”首次增設(shè)的抗震設(shè)計規(guī)定，取地震系數(shù)為0.10。1927年美國UBC規(guī)范第一版也采用靜力法，地震系數(shù)也是取0.1。 

　　1.2.2反應(yīng)譜法。根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)的觀點，地震作用下結(jié)構(gòu)的動力效應(yīng)，即結(jié)構(gòu)上質(zhì)點的地震反應(yīng)加速度不同于地面運動加速度，而是與結(jié)構(gòu)的自震周期和阻尼比有關(guān)。采用動力學(xué)的方法可以求得不同周期單自由度彈性體系質(zhì)點的加速度反應(yīng)。以結(jié)構(gòu)的地震加速度反應(yīng)為縱坐標(biāo)，以體系的自震周期為橫坐標(biāo)，所得到的關(guān)系曲線稱為地震加速度反應(yīng)譜，以此來計算地震作用引起的結(jié)構(gòu)上的水平慣性力顯然更為合理，這即是反應(yīng)譜法。對于多自由度體系，可以采用振型分解法來確定地震作用。 

　　1.2.3基于反應(yīng)譜和構(gòu)造保證延性的設(shè)計方法。為解決由靜力法向反應(yīng)譜法的過渡問題，以美國UBC規(guī)范為代表，’通過地震作用降低系數(shù)R將由反應(yīng)譜法得到的加速度反應(yīng)值a二降低到與靜力法中的水平地震相當(dāng)?shù)脑O(shè)計地震加速度。 

　　1.3結(jié)構(gòu)抗震能力的主要影響因素 

　　1.3.1建筑結(jié)構(gòu)的場地選擇。地震對建筑物的破壞，情況各異，其中之一則為建筑過程場地選擇不當(dāng)造成的。 

　　1.3.2建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，要確保結(jié)構(gòu)平面布置時結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心相重合，以避免或減小地震所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；平面布置不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，要注意偏離結(jié)構(gòu)剛心遠端抗震墻或框架柱承載力的驗算。此外，建筑立面應(yīng)盡量避免頭重腳輕，盡可能降低結(jié)構(gòu)重心；出屋面建筑部分要確保高度適當(dāng)，不要過高，以減小地震帶來的鞭梢效應(yīng)的影響。 

　　1.3.3建筑結(jié)構(gòu)的原材料。地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞作用與建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量大小成正比。也就是說。在相關(guān)條件一致的情況下，建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量越大，地震產(chǎn)生的破壞作用越大；反之，則震害越小。因此，在建筑結(jié)構(gòu)中的墻體、隔斷、框架、圍護墻、樓板及屋而構(gòu)件中，我們往往采用能顯著改善抗震性能的輕質(zhì)材料，諸如硅酸鹽砌塊、多孔磚、加氣混凝土板、陶�；炷�土、瓦楞鐵空心塑料板材等。 

　　2.土建結(jié)構(gòu)抗震措施研究 

　　2.1砌體結(jié)構(gòu)抗震措施 

　　在多層砌體房屋的抗震設(shè)計中，要特別注意合理的建筑結(jié)構(gòu)布置和抗震構(gòu)造要求： 

　�。�1）砌體結(jié)構(gòu)平、立面布置要規(guī)則。歷次地震災(zāi)害告訴我們，當(dāng)結(jié)構(gòu)形體比較簡單時，如長方型，由于各部位受力比較均勻、薄弱環(huán)節(jié)較少，震害程度要相對輕一些。而如L型平面，由于扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力集中等影響可能導(dǎo)致震害加重。由此看來，越是體型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，越難以避免扭轉(zhuǎn)的影響和變形不協(xié)調(diào)現(xiàn)象的產(chǎn)生。 

　　（2）設(shè)置合理的地震作用傳遞途徑。多層砌體房屋的結(jié)構(gòu)體系可分為：縱墻承重、橫墻承重以及縱橫墻共同承重三類。縱墻承重的砌體結(jié)構(gòu)，由于樓板的側(cè)邊一般不嵌入橫墻內(nèi)，橫向地震作用有很少部分通過板的側(cè)邊直接傳至橫墻，而大部分要通過縱墻經(jīng)由縱橫墻交接面?zhèn)髦翙M墻。因此遭受地震作用時，外縱墻常因板與墻體的拉結(jié)不良而成片向外倒塌。由于橫墻一般開洞較少，又有縱墻作為側(cè)向支撐，一般來說，橫墻承重的多層砌體結(jié)構(gòu)具有較好的傳遞地震作用的能力。但如果橫墻過多，結(jié)構(gòu)的面積和自重也會相應(yīng)的增大，而且平面設(shè)計時房間的劃分會受到諸多限制�？v橫墻共同承重的房屋，無論是采用現(xiàn)澆板、還是采用預(yù)制板，既能直接傳遞橫向地震作用，又能直接或通過縱橫墻的連接傳遞縱向地震作用，而且房間布置比較靈活。因此，選擇合理的地震作用傳遞途徑，應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。 

　　2.2框架結(jié)構(gòu)抗震措施 

　　（1）強弱分明的設(shè)計概念。在抗震設(shè)計中，有“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等重要的強弱分明的概念。之所以要強弱分明，是因為結(jié)構(gòu)體系內(nèi)各個構(gòu)件擔(dān)任的角色不盡相同，重要性有輕重之分。一旦不可意料的破壞力量突然襲來，為了保住最重要的構(gòu)件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，就要讓次要構(gòu)件先去承擔(dān)災(zāi)難。對于一般的框架結(jié)構(gòu)而言，柱先于梁破壞更容易造成結(jié)構(gòu)整體的失效。因此應(yīng)有意識地將梁設(shè)計成相對薄弱的環(huán)節(jié)，使其破壞在先，從而保證柱在最后失效，以最大限度地減少可能出現(xiàn)的損失。 

　�。�2）加強框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。 

　　框架結(jié)構(gòu)的主要缺點是：側(cè)向剛度小變形大，這一點大大限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高度。尤其框架結(jié)構(gòu)的底部應(yīng)加強其側(cè)向剛度，可以設(shè)置剪力墻或斜桿支撐。