探討混凝土結構在建筑抗震結構設計的應用

1、<p>　　探討混凝土結構在建筑抗震結構設計的應用</p><p>　　摘要： 隨著抗震與耗能減震技術的發(fā)展， 抗震與耗能減震技術已經(jīng)從研究領域進入到實際應用階段，《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010） 已經(jīng)正式編入了關于耗能減震的條文。橡膠支座抗震結構以其安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟的特點成為應用最為廣泛的一種抗震技術。本文主要探討混凝土結構建筑抗震結構設計。 </p><p>

2、　　關鍵詞： 混凝土 結構 抗震設計 </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　地震每年都要引起巨大的生命和財產損失。人類在抵御地震的歷史長河中， 眾多科學家與工程師們力圖尋求一種既安全、又適用、且經(jīng)濟的房屋耐震體系。前輩們堅持不懈前赴后繼的科研工作為我們積淀出了當今土木工程的前沿領域――“工程結構減震控制”新體系。采用抗震方法后，結構整體

3、的柔性大大增加，結構與水平底面運動在很大程度上解除了偶聯(lián)關系，結構的反應加速度一般要比地面加速度小。它旨在依靠限制而非抵抗地震作用來保護結構不受地震破壞。 </p><p>　　二、抗震結構基本方案 </p><p>　　抗震層位于基礎頂是最基本的抗震構造形式，可最大限度地隔離地震能量， 但為了方便安裝和維修抗震裝置，抗震層頂部梁底與基礎面至少要有0.8m的空間。從建筑功能而言，為了有效利

4、用抗震層頂部的這層樓板，可以安裝及維修層直接做成地下室或半地下室，而抗震層就放置在地下室柱頂或墻頂。地下室柱或墻需要承擔抗震層的剪力和上部結構豎向荷載與抗震層位移引起的P-Δ效應。為改善構件的受力情況，當水平剪力較大時，可以采用抗震器設置在柱中的做法， 抗震層的剪力和彎矩分別傳遞到柱或墻的上下端，但柱能變成短柱，且必須考慮柱上端彎矩對上部結構的影響。若有一些特殊的建筑功能要求， 例如， 建筑底層周圍沒有可移動的空間，或房屋較高，或高寬比

5、較大，或結構上下剛度不均勻等，可采用層間抗震的方式。雖然在日本和我國已有層間抗震的實例，但由于這種情況的動力特性比較復雜，且在地震作用下，抗震層水平位移對抗震層以下部位引起的P-Δ效應和整個結構的傾覆問題比較嚴重， 而目前對層抗震還沒有非常詳細的研究，因此《抗震規(guī)范》和《規(guī)程》建議盡量不要采用層間抗震方案，若必須要采用時，設計人員需進行詳細的結構分析并采取可靠措施。 </p><p><b>　　三、結

6、構設縫 </b></p><p>　　基礎抗震結構多用于層數(shù)30層以下、高寬比較小、上部結構水平剛度較大的結構型式（如砌體結構、框架結構、框剪結構、剪力墻結構等）， 由于抗震層的水平剛度遠遠小于上部結構的水平剛度，因而在地震作用下結構的水平位移集中在抗震層， 而上部結構的層間位移極小，如果不考慮上部結構的扭轉，則上部結構可簡化為僅做水平運動的剛體，而抗震層的剛度、阻尼則可近似以抗震結構的剛度和阻尼表示

7、。建筑物由于溫度、沉降和防震需要設縫時，有以下設計方案供選擇。 </p><p>　　（l）防震縫。體型基本規(guī)則的抗震房屋可不設防震縫，若抗震房屋的結構體型非常不規(guī)則，而建筑場地沒有限制，可以設置防震縫將建筑物分為多個體型規(guī)則部分， 但防震縫的寬度要滿足抗震支座罕遇地震的作用下的位移要求，且應考慮與周圍固定物或建筑物之間可能發(fā)生的相對運動。 </p><p>　　（2）沉降縫?？拐鸱课莸某?/p>

8、降縫設置與傳統(tǒng)的抗震房屋要求相同，但由于沉降縫的設置是從基礎底直至頂層，為防止沉降兩側的抗震建筑在地震作用下發(fā)生相互碰撞，在設置沉降縫時，縫寬應同時滿足抗震房屋防震縫的要求。 </p><p>　?。?）溫度縫。抗震房屋的溫度縫一般僅在上部結構首層以上設置。這時，首層以上相當于兩個獨立的抗震建筑，因此，溫度縫寬取傳統(tǒng)抗震房屋的防震縫寬即可。也可從基礎頂至結構頂設置，但此時的溫度縫寬還要滿足抗震房屋的防震縫縫寬的要

9、求。 </p><p>　　四、抗震支座的設計 </p><p>　　一般而言，抗震裝置應具備如下的性能才能有效達到隔離地震作用的目的： 第一，抗震裝置不僅要能承擔上部建筑物的重量，而且在豎向荷載作用下變形較小，這是對其豎向承載力和豎向剛度的基本要求；第二，水平向須具有充分的柔度即較小的水平剛度，以延長結構的自振周期，減少上部結構的加速度反應和下部結構的層間剪力；第三，為了限制結構位移，使

10、振動衰減，還必須有適當?shù)淖枘?。第四，建筑物的設計使用年限一般為刃年，支座的耐久年限應不少于此。在偶然事件下（例如：火災），支座應仍有一段時間在發(fā)揮作用。所以，作為工程設計人員，對抗震裝置的性能掌握的充分性與否，直接影響到抗震建筑設計的優(yōu)劣程度。針對疊層橡膠支座的支座、性能指標及質量檢查的規(guī)范標準有：《疊層橡膠支座抗震技術規(guī)程》（CECS-126：2001）、《建筑抗震橡膠支座》（JGll8-2000）。《疊層橡膠抗震支座抗震技術規(guī)程》對

11、抗震層部件的試驗要求、技術性能、構造要求以及抗震層的設計作了較為明確具體的規(guī)定?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》中“12.1.5”中明確指出：“消能減震部件和抗震部件的設計參數(shù)和耐久性應由試驗確定”，“安裝前應對工程中所用的各種類和規(guī)格的原型部件進行</p><p>　　（l）設計用地震波。其中人工地震波的做法是， 家丁震級為8級， 震中距為50 km，輸人水平各種波相同，彈性分析時，輸人速度為25cm/s，彈塑性分析時為5

12、0cm/s。 </p><p>　　（2）抗震裝置?？拐鹧b置在輸人地震波計算時， 分別取大震時固有周期的目標值為35，等效粘性阻尼比的目標值為10%。 </p><p>　?。?）上部結構的截面計算。采用基于長期應力和一次設計用剪力的地震應力， 對上部結構的桿件進行容許應力設計。此時，以一次設計用剪力超過輸人25cm/s 的地震反應剪力。輸人波為50cm/s時，以上部結構基本上不屈服為目標

13、來進行設計。 </p><p>　?。? ）地震反應分析。隔振裝置采用雙線型恢復力模型： 即標準疊合橡膠墊為彈性， 鋼棒為完全彈塑性， 抗震結構整體為剪切多質點系模型。（助設計準則。對應地震動為25cm/s和50cm/s的地震反應分析，抗震裝置的最大位移確定方法為：取疊合橡膠墊的容許水平位移37.5mm的1/1.5為輸人波水平達50cm/s時的最大位移， 再取此值的1/1.5為輸人水平達25cm/s時的最大值。彈