建筑結(jié)構(gòu)的震害及抗震研究土木工程與建筑專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

I 建筑結(jié)構(gòu)的震害及抗震研究 摘 要：最近幾年，世界各地不斷的有大地震發(fā)生，這給人類帶來的災(zāi)害是巨大 的，對人類的衣、食、住、行造成很大的影響，其中，對“住”的影響尤為大。 目前各個國家的建筑結(jié)構(gòu)都有自己不同的抗震設(shè)防等級，體現(xiàn)了對抗震設(shè)計(jì)的重 視程度。提高城鎮(zhèn)綜合抗震防災(zāi)能力，最大限度地減輕地震災(zāi)害，搞好新建工程 的抗震設(shè)計(jì)，成為一項(xiàng)重要的根本性減災(zāi)措施。所以，對于建筑結(jié)構(gòu)的抗震研究 是十分有必要的。本文主要介紹了建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類，引出幾種常見的建筑結(jié) 構(gòu)的震害，并對其分析。提出建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防思想，分析建筑結(jié)構(gòu)抗震能力 的影響因素，然后再針對所介紹的幾種建筑結(jié)構(gòu)提出不同的抗震措施，然后進(jìn)行 總結(jié)。 關(guān) 鍵 詞：建筑結(jié)構(gòu)；震害；抗震；研究 II Damage the building structure and seismic research Abstract：In recent years, there is continuous earthquake around the world, the disasters which brings to mankind is enormous, it had a great impact on human clothing, food, housing, and transportation, including the effect on the “l(fā)ive“ is particularly large. Currently building structures has its own different seismic levels in various countries, which reflects on the importance of earthquake-resistant design. To improve the ability of integrated earthquake disaster prevention in cities and towns to maximize， reduce the disater which earthquake brings, and make a new better engineering seismic design, becomes an important and fundamental measures for disaster reduction. So,the research to architectural structure seismic is very necessary. This article mainly introduces the structural classification of building structure, which leads to several common earthquake damage of building structure and its analysis. It makes seismic design of building structure, analysises of influencing factors of seismic capacity and then makes against the several structures that are described by different seismic measures and summarize finally. Keywords：Building structure;Damage;Seismic;Research III 目目 錄錄 1. 引言引言.1 2. 建筑結(jié)構(gòu)的分類建筑結(jié)構(gòu)的分類.1 2.1 按材料種類分類1 2.2 按承重結(jié)構(gòu)類型分類1 3. 建筑結(jié)構(gòu)震害建筑結(jié)構(gòu)震害.2 3.1 多層砌體結(jié)構(gòu)的震害2 3.2 單層鋼筋混凝土廠房的震害3 3.2.1 屋蓋系統(tǒng).3 3.2.2 排架柱.3 3.2.3 支撐系統(tǒng).3 3.2.4 圍護(hù)墻體.3 3.3 多層和高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)的震害3 3.3.1 結(jié)構(gòu)布置不合理產(chǎn)生的震害.4 3.3.2 框架結(jié)構(gòu)的震害.4 3.3.3 抗震墻的震害.5 3.3.4 填充墻的震害.5 3.3.5 樓梯的震害.5 3.4 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)的震害5 4. 建筑工程的抗震設(shè)防建筑工程的抗震設(shè)防.6 4.1 抗震設(shè)防的基本思想6 4.2 抗震結(jié)構(gòu)體系的選擇7 4.3 建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的主要影響因素8 4.3.1 建筑結(jié)構(gòu)的場地選擇.8 4.3.2 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).8 4.3.3 建筑結(jié)構(gòu)的原材料.8 4.3.4 建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量.8 5. 建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施.9 5.1 多層砌體結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施9 IV 5.2 單層鋼筋混凝土廠房的抗震構(gòu)造措施9 5.3 多層和高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)的抗震措施10 5.4 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震措施12 6. 結(jié)語結(jié)語.13 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)14 謝謝 辭辭15 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1. 引言 歷史資料統(tǒng)計(jì)表明，地球上平均每年發(fā)生震級為 8 級以上、震中烈度在 11 度以 上的毀滅性地震約 2 次，震級為 7 級以上、震中烈度在 9 度以上的大地震約 20 次， 震級在 2.5 級以上的有感地震 15 萬次以上。對于我國這個地震災(zāi)害高發(fā)地區(qū)，災(zāi)害 帶來的損失是慘重的，教訓(xùn)是深刻的。面對目前人類尚無法控制的地震，要求我們必 須不斷吸取經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)預(yù)防，對地震和抗震的研究工作常抓不懈，尤其是對建筑工程 方面的抗震工作需要我們進(jìn)一步地加強(qiáng)。因此，對于建筑結(jié)構(gòu)的震害以及抗震研究是 十分有必要的。 2. 建筑結(jié)構(gòu)的分類 建筑結(jié)構(gòu)是人類在大自然中建造的人工空間，穩(wěn)固的人工空間能夠保證人類得正 ?；顒?。為了使建筑物在各種自然的和人為的作用下，保持其自身的工作狀態(tài)，必須 有相應(yīng)的受力、傳力體系，這個體系構(gòu)成建筑物的承重骨架，稱為建筑結(jié)構(gòu)，簡稱結(jié) 構(gòu)。結(jié)構(gòu)必須是安全的，在各種作用下保持其基本強(qiáng)度要求不破壞；基本剛度要 求不發(fā)生大的變形；基本穩(wěn)定要求不出現(xiàn)整體和局部的傾覆。 2.1 按材料種類分類 建筑結(jié)構(gòu)按承重結(jié)構(gòu)所用的材料不同，可分為以下 4 種結(jié)構(gòu)。 （1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：這是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式，主要用于大型公共建 筑、工業(yè)建筑和高層住宅。它具有承載力高、耐火性能和耐久性能好、抗震性能好的 特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)自重大，抗裂性能差，工期長。 （2）砌體結(jié)構(gòu)：因其強(qiáng)度較低，故在建筑物中適宜于將砌體做成承重墻、柱、 過梁等受壓構(gòu)件。砌體結(jié)構(gòu)具有造價低廉，施工簡便，具有較好的保溫、隔熱和耐火 性能的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是自重大，抗震性能差，砌筑勞動強(qiáng)度大。一半多用于民用建筑。 （3）鋼結(jié)構(gòu)：自重輕，能建超高摩天大樓；又能支撐大跨度、高凈高的空間， 具有廣闊的發(fā)展前景，特別適合大型公共建筑和工業(yè)建筑。但鋼結(jié)構(gòu)建筑材料價格昂 貴，裝配施工組織要求高，鋼材易腐蝕、耐火性能差。 （4）木結(jié)構(gòu)：易于就地取材，制作簡單，但易燃、易腐蝕、易變形。由于木材 資源匱乏，大量地砍伐樹木會引起環(huán)境問題，目前很少將木材作為建筑結(jié)構(gòu)材料。 2.2 按承重結(jié)構(gòu)類型分類 （1）磚混結(jié)構(gòu)：因其強(qiáng)度較低，故磚混結(jié)構(gòu)主要用于多層民用建筑，如住宅、 辦公樓等。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 （2）框架結(jié)構(gòu)：強(qiáng)度較高，具有較好的整體性和延展性，抗震性能較好。但在 高層建筑中，框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，抗側(cè)剛度較小，多用于 615 層的工業(yè)與民用 建筑。 （3）剪力墻結(jié)構(gòu)：現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻的剛度很大，整體性好，抗側(cè)剛度大。 但剪力墻間距不能太大，平面布置不靈活，且自重大。適用于 1520 層的高層建筑。 （4）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：它結(jié)合了框架、剪力墻結(jié)構(gòu)的各自的特點(diǎn)，使框架-剪 力墻結(jié)構(gòu)的剛度介于兩者之間，多用于 1520 層的工業(yè)與民用建筑。 （5）排架結(jié)構(gòu)：排架結(jié)構(gòu)可采用混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。單層排架結(jié)構(gòu)的跨度一 般為 1236 m，可以是單跨和多跨，應(yīng)用于單層工業(yè)廠房。 （6）筒體結(jié)構(gòu)：它主要是有若干片剪力墻圍成的封閉筒式結(jié)構(gòu)。整體性強(qiáng)，抗 側(cè)力剛度很大，適用于較高的高層建筑。根據(jù)筒體的不同組成方式，筒體結(jié)構(gòu)可分為 框筒、框架-核心筒、筒中筒和束筒等多種形式。 3. 建筑結(jié)構(gòu)震害 建筑的結(jié)構(gòu)體系是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展的。二十世 紀(jì)以來，全球頻頻發(fā)生的里氏 8 級以上的大地震，這不僅給人類造成了極大的經(jīng)濟(jì)損 失，還帶來了一系列的人員傷亡、安全穩(wěn)定等嚴(yán)重問題。歷次地震震害調(diào)查分析表明， 地震造成的直接經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，主要是因?yàn)榉课萁ㄖ锏牡顾茐脑斐傻摹５?震對房屋建筑的破壞隨結(jié)構(gòu)類型的不同而有較大的差別，下面僅對在我們生活工作中 幾種常用的建筑結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分析。 3.1 多層砌體結(jié)構(gòu)的震害 砌體房屋的震害可概括為兩類：一類是倒塌。倒塌又有全部倒塌、上部倒塌和局 部倒塌三種情況。當(dāng)房屋的整體性好底部強(qiáng)度差或整體性差且上層墻體過于薄弱時， 容易發(fā)生整體倒塌。當(dāng)房屋的上層自重很大、剛度差，或上層砌體強(qiáng)度很小整體性又 差時，房屋可能發(fā)生上部倒塌。當(dāng)房屋個別部位的整體性特別差，縱橫墻間聯(lián)系不好； 平面或立面上有顯著的局部突出；抗震縫預(yù)留位置不當(dāng)或?qū)挾炔蛔銜r，都有可能產(chǎn)生 局部倒塌。另一類是墻體出現(xiàn)不同程度的裂縫而使房屋發(fā)生損壞。在地震作用下，墻 體的裂縫主要有“X”形、水平和豎向三種類型裂縫。 “X”形裂縫產(chǎn)生的原因是墻體 在豎向壓力和反復(fù)水平剪力作用下產(chǎn)生的；水平裂縫一般發(fā)生在外縱墻的窗口上、下 皮處；而豎向裂縫則大多出現(xiàn)在縱橫墻交界處或變化較大的兩種體系交接處。砌體結(jié) 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 構(gòu)中常見的一些破壞還有墻腳破壞、縱橫墻連接破壞、樓梯間破壞、樓蓋與屋蓋的破 壞、附屬構(gòu)件的破壞等。 3.2 單層鋼筋混凝土廠房的震害 單層廠房的震害主要表現(xiàn)為屋蓋系統(tǒng)、排架柱、支撐系統(tǒng)、圍護(hù)墻體等的破壞。 3.2.1 屋蓋系統(tǒng) 單層鋼筋混凝土柱廠房大部分采用無檁屋蓋，即大型屋面板；少量采用有檁屋蓋。 在地震作用下，無檁屋蓋的破壞較嚴(yán)重。鋼筋混凝土無檁屋蓋的大型屋面板在地 震作用下，與屋架上弦的連接發(fā)生破壞，從而錯動移位，常因移位較大而引起屋面板 從屋架上墜落，而導(dǎo)致整體倒塌。在地震作用下屋架的震害主要表現(xiàn)為：屋架發(fā)生部 分桿件的局部破壞或屋架的整榀倒塌。其主要原因是屋蓋整體剛度不足，支撐布置不 完整或不合理等。 鋼筋混凝土有檁屋蓋的震害較無檁屋蓋輕，主要表現(xiàn)為屋面檁條的移位、下落和 塌落。產(chǎn)生此震害的主要原因屋架與檁條之間的連接不好，尤其在屋面坡度較大情況 下，更容易造成移位和下滑。 3.2.2 排架柱 排架柱是單層鋼筋混凝土廠房的主要抗側(cè)力構(gòu)件。排架柱具有一定的承載能力和 抗側(cè)剛度。排架柱的震害特點(diǎn)為：在上柱根部和起重機(jī)梁標(biāo)高處出現(xiàn)水平裂縫；下柱 靠近地面處開裂，嚴(yán)重者混凝土剝落，縱向鋼筋壓曲；不等高廠房高低跨交界處中柱 支承低跨屋蓋牛腿上截面部位的柱截面出現(xiàn)水平裂縫；平腹雙肢柱和薄壁開孔預(yù)制腹 板工字型柱發(fā)生剪切破壞；大柱網(wǎng)廠房中部、根部破壞等。 3.2.3 支撐系統(tǒng) 地震時破壞最多最嚴(yán)重的凸出屋面的天窗架支撐和廠房縱向柱列的柱間支撐，屋 蓋支撐的震害不多。天窗支撐的破壞主要是兩側(cè)豎向支撐桿失穩(wěn)。柱間支撐是廠房縱 向抗震的主要抗側(cè)力構(gòu)件，具有較大的抗側(cè)剛度，其破壞主要特征是支撐斜桿的壓屈 與柱的連接節(jié)點(diǎn)的拉脫。 3.2.4 圍護(hù)墻體 單層鋼筋混凝土柱廠房的圍護(hù)墻是出現(xiàn)震害較多的部位。隨著地震烈度的增加， 出現(xiàn)外閃、開裂直至倒塌的現(xiàn)象，發(fā)生這些震害的主要原因是墻體本身的抗震能力低， 墻體與主體結(jié)構(gòu)缺乏牢固拉結(jié)，高大墻體的穩(wěn)定性較差等。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 3.3 多層和高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)的震害 相對其他材料建造的房屋而言，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋具有較好的抗震性能，但 如果設(shè)計(jì)不合理，施工質(zhì)量不良，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋也會產(chǎn)生嚴(yán)重的震害，建筑結(jié) 構(gòu)震害的嚴(yán)重程度主要取決于地震動特性和結(jié)構(gòu)自身特征兩個因素，下面主要針對結(jié) 構(gòu)自身特征進(jìn)行震害分析。 3.3.1 結(jié)構(gòu)布置不合理產(chǎn)生的震害 （1）平面布置不合理產(chǎn)生的震害。 如果建筑物平面布置不規(guī)則、質(zhì)量和剛度分布不均勻、不對稱而造成剛度中心和 質(zhì)量中心有較大的不重合，易使結(jié)構(gòu)在地震時產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)而嚴(yán)重破壞。例如， 四川省都江堰市中醫(yī)院住院部大樓的平面為 L 形，七層框架結(jié)構(gòu)。5.12 汶川地震時 產(chǎn)生了強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，一側(cè)完全倒塌。 （2）豎向不規(guī)則產(chǎn)生的震害。 結(jié)構(gòu)沿豎向布置的剛度有局部削弱或過大突變，地震時變化處產(chǎn)生應(yīng)力集中，會 產(chǎn)生嚴(yán)重震害。如果結(jié)構(gòu)沿豎向布置的剛度嚴(yán)重不均勻時，剛度較小的樓層會成為薄 弱層，若對可能出現(xiàn)的薄弱部位未采取相應(yīng)的措施，將會致使局部變形過大，極易發(fā) 生破壞，甚至倒塌。 （3）防震縫處碰撞。 防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單元各自振動特性不同，地震時會發(fā)生不同形式的震動，如果 防震縫寬度不夠，其兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單元就會發(fā)生碰撞而產(chǎn)生震害。例如，唐山地震時， 北京地區(qū)的烈度并不高，而民航局辦公大樓卻因防震縫的寬度不夠引起兩側(cè)結(jié)構(gòu)碰撞 致使女兒墻被破壞。 3.3.2 框架結(jié)構(gòu)的震害 （1）框架結(jié)構(gòu)的整體震害 框架結(jié)構(gòu)的整體破壞形式可分為延性破壞和脆性破壞。若結(jié)構(gòu)的塑性鉸出現(xiàn)在梁 端，形成梁鉸機(jī)制（強(qiáng)柱弱梁） ，此時結(jié)構(gòu)能承受較大的整體變形，吸收較多地震輸 入能量，結(jié)構(gòu)發(fā)生延性破壞；當(dāng)塑性鉸出現(xiàn)在柱端，形成柱鉸機(jī)制（強(qiáng)梁弱柱） ，此 時結(jié)構(gòu)的變形往往集中在某一薄弱層，結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞，嚴(yán)重時會出現(xiàn)房屋倒塌。 （2）框架構(gòu)件的震害 歷次地震震害調(diào)查表明：框架結(jié)構(gòu)的震害多發(fā)生于柱端和節(jié)點(diǎn)，梁端震害相對較 小。框架柱的主要震害形態(tài)有：柱端彎剪破壞、柱身剪切破壞、角柱彎剪破壞以及短 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 柱的剪切破壞；框架梁的震害相對較輕，其基本表現(xiàn)為豎向彎曲裂縫或剪切斜裂縫； 框架梁柱節(jié)點(diǎn)是連接框架梁和柱的關(guān)鍵部位，地震中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)常產(chǎn)生對角方向的斜 裂縫或交叉斜裂縫，嚴(yán)重時混凝土剪碎剝落，柱縱筋壓屈外鼓，這種破壞的主要原因 是受剪承載能力不足或施工質(zhì)量較差所致，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋配置不足是主要原因。 3.3.3 抗震墻的震害 歷次震害調(diào)查表明，相對框架結(jié)構(gòu)而言，抗震墻結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的震害 較輕。高層建筑結(jié)構(gòu)中抗震墻的破壞主要有兩種類型：一種是抗震墻底部破壞，這主 要是由于狹而高的墻肢工作性能類似于懸臂梁，震害常出現(xiàn)在底部；另一種是連梁的 剪切破壞，連梁是位于上下門窗洞口之間聯(lián)系墻肢的水平構(gòu)件，墻肢之間是抗震墻結(jié) 構(gòu)變形集中之處，故連梁很容易產(chǎn)生破壞。 3.3.4 填充墻的震害 框架填充墻的震害形態(tài)表現(xiàn)為：發(fā)生墻面斜裂縫，并沿柱周邊開裂，在端墻、窗 間墻或門洞口的邊角部位產(chǎn)生斜裂縫或交叉裂縫，震害更為嚴(yán)重。發(fā)生這些破壞的主 要原因是：墻體抗拉、抗剪能力低，變形能力小，墻體與框架缺乏有效的拉結(jié)。 3.3.5 樓梯的震害 樓梯的震害是 5.12 汶川地震中發(fā)現(xiàn)的一個重要問題。以往的設(shè)計(jì)中沒有考慮樓 梯參與抗震計(jì)算，僅對樓梯進(jìn)行豎向荷載作用下的靜力分析和設(shè)計(jì)，實(shí)際上樓梯對結(jié) 構(gòu)提供了較大的抗側(cè)移剛度。在水平地震的往復(fù)作用下，樓梯承受拉壓作用，震害較 輕者，樓梯板出現(xiàn)一、兩條水平裂縫，平臺梁板出現(xiàn)剪切裂縫；震害嚴(yán)重者，樓梯板 受力筋壓屈或個別斷裂，平臺梁板混凝土崩落、鋼筋外露；個別嚴(yán)重震害者，樓梯板 完全拉斷塌落。 3.4 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)的震害 鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、延性好、重量輕、抗震性能好。在同等場地、烈度條件下，鋼結(jié) 構(gòu)房屋的震害比鋼筋混凝土房屋的震害輕。盡管如此，由于焊接、連接、冷加工等工 藝技術(shù)以及外部環(huán)境的影響，鋼材材性的優(yōu)點(diǎn)將受到影響，特別是因設(shè)計(jì)、施工以及 維護(hù)不當(dāng)，就可能造成結(jié)構(gòu)破壞。由震害分析知多高層鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式重要有以下 四種： （1）節(jié)點(diǎn)破壞 梁柱連接節(jié)點(diǎn)和支撐連接節(jié)點(diǎn)在地震中經(jīng)常發(fā)生破壞。剛性連接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般 采用鉚接或焊接形式連接，如在節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、施工中，構(gòu)造及焊縫存在缺陷，節(jié)點(diǎn)區(qū) 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 就可能出現(xiàn)應(yīng)力集中、受力不均的現(xiàn)象，在地震中很容易出現(xiàn)連接破壞。梁柱節(jié)點(diǎn)可 能出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)為鉚接斷裂，焊接部位拉脫，加勁板斷裂、屈曲，腹板斷 裂、屈曲等。 （2）構(gòu)件破壞 多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞的主要形式兩種。一種是支撐的破壞與失穩(wěn) 地震 時支撐承受反復(fù)拉壓的軸向力作用，一旦壓力超出支撐的屈曲臨界力，就會出現(xiàn)破壞 或失穩(wěn)；另外一種是梁柱局部破壞，梁或柱在地震作用下反復(fù)受彎，在彎矩最大界面 附近因過度彎曲可發(fā)生翼緣局部失穩(wěn)破壞；框架柱主要有翼緣屈曲、焊縫撕裂，甚至 框架柱會出現(xiàn)水平裂縫或斷裂破壞。框架梁主要有翼緣屈曲、腹板屈曲和開裂、扭轉(zhuǎn) 屈曲等破壞形態(tài)。 （3）結(jié)構(gòu)倒塌 結(jié)構(gòu)倒塌是地震中最嚴(yán)重的形式。鋼結(jié)構(gòu)建筑盡管抗震性能好，但在地震中也有 倒塌事故發(fā)生。1985 年墨西哥大地震中有 10 幢鋼結(jié)構(gòu)房屋倒塌。造成結(jié)構(gòu)倒塌的主 要原因是存在結(jié)構(gòu)薄弱層，因結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)和抗側(cè)剛度沿高度分布不均勻造 成，這要求在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)上述不利因素。 （4）基礎(chǔ)錨固破壞 鋼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的錨固破壞主要表現(xiàn)為柱腳處的地腳螺栓脫開、混凝土破碎導(dǎo)致錨 固失效、連接板斷裂等。柱腳破壞可能是設(shè)計(jì)中未預(yù)料到地震時柱將產(chǎn)生較大的拉力 以及地震開始時出現(xiàn)豎向振動所致。 4. 建筑工程的抗震設(shè)防 地震帶給人類的災(zāi)難是慘重的。面對如此強(qiáng)大的自然災(zāi)害，人們會想到，如能準(zhǔn) 確地預(yù)測出來未來大地震的時間、地點(diǎn)和強(qiáng)度，無疑可以拯救數(shù)以萬計(jì)人的生命，減 少地震造成的經(jīng)濟(jì)損失。但遺憾的是，迄今為止，地震預(yù)測仍處于探索階段，人類尚 未掌握地震孕育發(fā)展的規(guī)律。目前的主要對策是進(jìn)行工程抗震設(shè)防，即對工程結(jié)構(gòu)物 進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)和采取抗震構(gòu)造措施，最大限度地限制和減輕建筑物的地震破壞，保障 人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。 4.1 抗震設(shè)防的基本思想 GBJ 111989建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中確立了“三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，兩階段設(shè)計(jì)步 驟”的抗震設(shè)計(jì)思想。實(shí)行二十年來，得到了廣大設(shè)計(jì)工程技術(shù)人員的認(rèn)可，達(dá)到了 在一定的經(jīng)濟(jì)條件下最大限度地限制和減輕建筑物由地震引起的破壞，保證人民生命 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 安全，減輕經(jīng)濟(jì)損失的目的。這一設(shè)計(jì)思想符合我國當(dāng)前的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)情況，也符合 國際上進(jìn)近些年來抗震設(shè)防的科學(xué)發(fā)展?fàn)顩r，因此新修訂的 GB 500112001建筑 抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 （2008 年版）繼續(xù)采用這一基本設(shè)計(jì)思想。 “三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)” ，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”三個水準(zhǔn)。要求建 筑物在使用期間，對不同頻度和強(qiáng)度的地震應(yīng)具有不同的抵抗能力，具體就是： （1）當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，建筑物一般不受損壞 或不需修理仍可繼續(xù)使用； （2）當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，建筑物可能損壞，經(jīng)一 般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用； （3）當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時，建筑物不致倒塌 或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足上述三水準(zhǔn) 的抗震設(shè)防要求。具體是通過簡化的兩階段設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)的。 第一階段設(shè)計(jì)：按第一水準(zhǔn)多遇地震烈度對應(yīng)的地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的 組合，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和結(jié)構(gòu)的彈性變形； 第二階段設(shè)計(jì)：按第三水準(zhǔn)罕遇地震烈度對應(yīng)的地震作用效應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的彈塑性 變形。 通過第一階段的設(shè)計(jì)保證“小震不壞” ；通過第二階段設(shè)計(jì)保證“大震不倒” ；而 “中震可修”目前在設(shè)計(jì)過程中是通過良好的抗震構(gòu)造措施來實(shí)現(xiàn)的。 4.2 抗震結(jié)構(gòu)體系的選擇 抗震結(jié)構(gòu)體系的選擇，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、 場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較來確 定。一般應(yīng)符合下列要求： （1）應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑； （2）應(yīng)避免一部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d 的承載能力； （3）應(yīng)具備必要的抗震承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。如 果結(jié)構(gòu)加上周邊約束構(gòu)件，使其具有較好的變形能力，如框架中設(shè)置抗震墻，使其抗 側(cè)力強(qiáng)度增加，則結(jié)構(gòu)的抗震能力將會得到很大的增強(qiáng)； （4）宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部消弱或突變形成薄弱部位， 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震 能力； （5）結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。 此外，合理的結(jié)構(gòu)體系宜設(shè)置多道抗震防線，通常應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)重力荷載的 豎向支撐或填充墻，或軸壓比不太大、延性較好的抗震墻的構(gòu)件作為第一道抗震防線 的抗側(cè)力構(gòu)件。如框架-抗震墻結(jié)構(gòu)體系中的抗震墻，處于第一道防線，當(dāng)抗震墻在 一定強(qiáng)度的地震作用下遭受可允許的損壞，剛度降低而部分退出工作并吸收相當(dāng)?shù)牡?震能量后，框架部分起到第二道防線的作用。為使抗震結(jié)構(gòu)成為具有多道抗震防線的 體系，也可在結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)部位設(shè)置專門的耗能元件。 4.3 建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的主要影響因素 4.3.1 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， 比如地震時由于山崖崩塌、地層陷落、斷層錯動、河岸滑坡等地面嚴(yán)重變形所造成的 建筑物坍塌。針對此種情況，在選擇建筑場地時，首先要詳細(xì)勘察地形、地質(zhì)，選擇 對抗震有利的地段。 4.3.2 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)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(yuǎn)端抗震墻或框架柱承載力的驗(yàn)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。 4.3.3 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(hù)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、陶粒 混凝土、瓦楞鐵空心塑料板材等。 4.3.4 建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量 施工質(zhì)量是影響結(jié)構(gòu)抗震能力的一個不容忽視的重要因素，它對建筑結(jié)構(gòu)的影響 是極其深遠(yuǎn)的。在整個施工過程中，任何一個環(huán)節(jié)，如施工所造成的截面幾何特征、 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 材料性能的變動；混凝土澆筑質(zhì)量、砂漿強(qiáng)度、延性構(gòu)造措施等的變動；諸如此類的 施工質(zhì)量問題，都可能對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能造成重要影響。 5. 建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施 我國是一個地震多發(fā)國家，地震對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人民的生命財(cái)產(chǎn)安全都有著巨 大的破壞性。地震中，建筑物的倒塌與破壞是造成災(zāi)害的最主要原因，建筑結(jié)構(gòu)在地 震中的破壞程度，基本決定了震害的嚴(yán)重程度，美國一位專家曾說過，“造成傷亡的 是建筑物，而不是地震”。因此，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，尤其是提高建筑結(jié)構(gòu)抗 倒塌能力，有效減少和避免地震造成的災(zāi)害，是值得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師深思的問題。下面針 對以上所介紹的建筑結(jié)構(gòu)抗震的構(gòu)造措施提出幾點(diǎn)建議。 5.1 多層砌體結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施 抗震構(gòu)造措施是根據(jù)以往的震害經(jīng)驗(yàn)，從定性角度彌補(bǔ)抗震計(jì)算的不足。在抗震 設(shè)計(jì)中，抗震計(jì)算與構(gòu)造措施同樣重要。各種構(gòu)造措施的主要目的在于加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整 體性，提高結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的抗震能力。 多層砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)間的連接，包括縱橫墻的連接、樓板間及樓 板與墻體的連接以及梁、屋架與墻、柱或圈梁的拉結(jié)；還可以設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱 或鋼筋混凝土芯柱；另外，圈梁的布置也是提高砌體房屋抗震能力的一種措施。 對于橫墻較少的多層磚砌體房屋可采取以下措施：房屋的最大開間尺寸不宜大于 6.6m；同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)橫墻錯位數(shù)量不宜超過橫墻總數(shù)的1/3,，且連續(xù)錯位不宜多于 兩道，錯位的墻體的交界處均應(yīng)增設(shè)構(gòu)造柱，并且樓、屋面板應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土 板；橫墻和內(nèi)縱墻上洞口的寬度不宜大于1.5m；外縱墻上洞口的寬度不宜大于2.1m或 開間尺寸的一半；所有縱橫墻均應(yīng)在樓、屋面標(biāo)高處設(shè)置加強(qiáng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁： 圈梁的截面高度不宜小于150mm，上下縱筋不應(yīng)小于310，箍筋不應(yīng)小于6，間距 不大于300mm；所有縱橫墻交界處及橫墻的中部，均應(yīng)增設(shè)滿足下列要求的構(gòu)造柱： 在橫墻內(nèi)的柱距不宜大于層高，在縱墻內(nèi)的柱距不宜大于4.2m，最小截面尺寸不宜小 于240mm240mm；同一結(jié)構(gòu)的單元的樓、屋面板應(yīng)設(shè)置在同一標(biāo)高處；房屋底層和頂 層的窗臺標(biāo)高處，宜設(shè)置眼縱橫墻通長的水平現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶，其截面高度不小于 60mm，寬度不小于240mm，縱筋不少于36。 5.2 單層鋼筋混凝土廠房的抗震構(gòu)造措施 （1）屋蓋系統(tǒng) 有檁屋蓋構(gòu)件的連接應(yīng)符合下列要求：檁條應(yīng)與混凝土屋架焊牢，并應(yīng)有足夠的 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 支撐長度；雙脊檁應(yīng)在跨度1/3處相互拉結(jié)；壓型鋼板應(yīng)與檁條可靠連接，瓦楞鐵、 石棉瓦等應(yīng)與檁條拉結(jié)。對于無檁屋蓋構(gòu)件連接應(yīng)符合以下要求：大型屋面板應(yīng)與屋 架焊牢，靠柱列的屋面板與屋架的連接焊縫長度不宜小于80mm；非標(biāo)準(zhǔn)屋面板宜采用 裝配式接頭，或?qū)逅慕乔械艉笈c屋架焊牢等。 屋架支撐應(yīng)符合下列要求：天窗開動范圍內(nèi)，在屋架脊點(diǎn)處應(yīng)設(shè)上弦通長水平壓 桿；屋架跨中豎向支撐在跨度方向的間距，68度時不大于15m，9度時不大于12m， 當(dāng)僅在跨中設(shè)一道時，應(yīng)設(shè)在跨中屋架屋脊處，當(dāng)設(shè)兩道時，應(yīng)在跨度方向均勻布置； 屋架的支撐桿宜用型鋼。 對突出屋面的鋼筋混凝土天窗架，其兩側(cè)墻板與天窗立柱宜采用螺栓連接，使節(jié) 點(diǎn)在縱向地震作用下有一定的縱向變形能力。如采用焊接等剛性連接方式，由于延性 較低，容易造成應(yīng)力集中而加重震害。 （2）柱 對于排架柱的配筋構(gòu)造，縱向鋼筋無特別要求，抗震構(gòu)造的重點(diǎn)是箍筋加密范圍 和加密構(gòu)造。箍筋加密的范圍：柱頭取500mm和柱截面長邊的較大值；階形柱中部取 牛腿至起重機(jī)梁頂以上300mm；牛腿柱取全高；柱根取基礎(chǔ)頂面至室內(nèi)地坪以上 500mm。排架柱箍筋加密區(qū)的箍筋間距不應(yīng)大于100mm。對于山墻抗風(fēng)柱，在地震作用 下，柱頭和上、下柱的根部都會產(chǎn)生裂縫、甚至折斷的現(xiàn)象。因此，應(yīng)對抗風(fēng)柱的柱 頭和上、下柱的根部適當(dāng)加強(qiáng)。 （3） 柱間支撐 廠房柱間支撐的設(shè)置和構(gòu)造，應(yīng)符合下列要求：下柱支撐的下節(jié)點(diǎn)位置和構(gòu)造措 施，應(yīng)保證將地震作用直接傳給基礎(chǔ)，當(dāng)6度和7度不能直接傳給基礎(chǔ)時，應(yīng)考慮支撐 對柱和基礎(chǔ)的不利影響；交叉支撐在交叉點(diǎn)應(yīng)設(shè)置節(jié)點(diǎn)板，其厚度不用那個小魚 10mm，斜桿與交叉節(jié)點(diǎn)板應(yīng)焊接，與端節(jié)點(diǎn)板宜焊接。 廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)包括屋架與柱的連接，柱預(yù)埋件，抗風(fēng)柱、牛腿、柱與 柱間支撐連接處的預(yù)埋件等，這些節(jié)點(diǎn)的連接均要滿足建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范上的相 關(guān)構(gòu)造要求；隔墻和圍護(hù)墻的抗震措施注意墻體和主體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)，砌體隔墻與柱宜 脫開或柔性連接，并采取措施使墻體穩(wěn)定，隔墻頂部應(yīng)設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓頂梁；砌 體圍護(hù)墻在必要時應(yīng)設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁。 5.3 多層和高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)的抗震措施 （1）框架梁 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 一般框架梁的截面寬度不宜小于200mm，截面高寬比不宜大于4，梁凈跨與截面高 度之比不宜小于4；梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%，抗震等級為一級時不 應(yīng)大于0.25，抗震等級為二級、三級時不應(yīng)大于0.35；兩端截面和頂面配筋量的比值， 除按計(jì)算確定外，抗震等級為一級時不應(yīng)小于0.5，抗震等級為二、三級時不應(yīng)小于 0.3；梁的箍筋應(yīng)為封閉式，其末端應(yīng)做成135彎鉤且彎鉤末端的平直段長度不應(yīng)小 于10倍的箍筋直徑，且不應(yīng)小于75mm，梁端箍筋加密區(qū)長度、箍筋最大間距和箍筋最 小直徑，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定取用。 （2）框架柱 柱的截面寬度和高度均不宜小于300mm，圓柱截面直徑不宜小于350mm；柱的截面 高度與寬度比不宜大于3、剪跨比宜大于2，柱的凈高與截面高度比宜大于4；實(shí)際工 程中柱截面宜采用雙向?qū)ΨQ配筋，縱向受力鋼筋的直徑不宜小于12mm；柱的箍筋加密 范圍在柱端取截面高度、柱凈高的1/6和500mm三者的最大值；箍筋加密區(qū)的箍筋間距 和直徑，一般情況下，按相關(guān)規(guī)范規(guī)定取用即可。 （3）節(jié)點(diǎn) 框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋的最大間距和最大直徑宜于柱箍筋加密區(qū)的要求相同；框架 梁柱縱向鋼筋在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的錨固和搭接應(yīng)達(dá)到的要求有：抗震設(shè)計(jì)時縱向鋼筋的最 小錨固長度應(yīng)不小于非抗震設(shè)計(jì)時的錨固長度；頂層節(jié)點(diǎn)處，柱縱向外側(cè)鋼筋可與梁 上部縱向鋼筋搭接，搭接長度不應(yīng)小于1.5倍的縱向鋼筋的最小錨固長度，且深入梁 內(nèi)的柱外側(cè)縱向鋼筋截面面積不宜小于柱外側(cè)全部縱向鋼筋截面面積的65%；梁下部 縱向鋼筋的錨固與梁上部縱向鋼筋相同，但采用90彎折方式錨固時，豎直段應(yīng)向上 彎入節(jié)點(diǎn)內(nèi)。 （4）抗震墻 為保證抗震墻的具有足夠的穩(wěn)定性，抗震墻的厚度隨抗震設(shè)防等級不同，所要滿 足的要求也不同，但必須嚴(yán)格遵守抗震設(shè)計(jì)規(guī)范；軸壓比是影響抗震墻墻肢延性的重 要因素，抗震等級為一級和二級的抗震墻，底部加強(qiáng)部位在重力荷載代表值作用下墻 肢的軸壓比，一級（9度）時不宜超過0.4，一級（8度）時不宜超過0.5，二級不宜超 過0.6；分布鋼筋除了要計(jì)算配筋之外，還要滿足相關(guān)的布置和配筋要求在底部加強(qiáng) 部位，邊緣構(gòu)件以外的拉筋間距應(yīng)作適當(dāng)?shù)募用?；豎向和橫向分布鋼筋直徑不宜大于 墻厚的1/10；邊緣構(gòu)件按范圍和配筋要求的不同，分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)件邊緣構(gòu)件， 二者要根據(jù)不同的設(shè)防等級滿足相應(yīng)的構(gòu)造要求；對于連接梁，其抗震墻跨高比不大 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 于2，且截面寬度不小于200mm的連梁宜另設(shè)斜向交叉的構(gòu)造箍筋，以改善其延性。 5.4 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震措施 （1）鋼框架結(jié)構(gòu) 框架柱的長細(xì)比不宜過大，不超過12層的鋼框架柱的長細(xì)比，根據(jù)所用鋼筋的設(shè) 計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算所得，超過12層的鋼框架柱的長細(xì)比應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求；框架梁 柱板件寬厚比應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范取定；梁柱構(gòu)件在出現(xiàn)塑性鉸的截面處，其上下翼 緣均應(yīng)設(shè)置側(cè)向支承，相鄰兩支承點(diǎn)間的構(gòu)件長細(xì)比，應(yīng)符合現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 關(guān)于塑性設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定；梁與柱的連接宜采用柱慣通型，柱在兩個互相垂直的方向 都與梁剛接時，宜采用箱形截面；柱與柱的接頭宜位于框架梁上方1.3m附近；上下柱 的對接接頭應(yīng)采用全熔焊縫；鋼結(jié)構(gòu)的柱腳主要有埋入式、外包式和外露式三種，僅 傳遞垂直荷載的鉸接柱腳可采用外露式柱腳。 （2）鋼框架-中心支撐體系 當(dāng)中心桿件采用只能受拉的單斜桿體系時，應(yīng)同時設(shè)置不同傾斜方向的兩組斜桿； 支撐與框架連接處，支撐桿端宜做成圓??；框架-中心支撐結(jié)構(gòu)的框架部分，當(dāng)房屋 高度不高于100m且框架部分承擔(dān)的地震作用不大于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25%時，8度、