探究结构设计中抗震设计.docx

探究结构设计中抗震设计摘要：建筑结构的抗震设计能够有效保证建筑物的安全可靠性。当地震来袭时能尽可能保护人类的生命安全避免过大的人员伤亡和经济损失。正确处理建筑结构自身的刚度和韧性之间的关系合理选取建筑结构形式是在精确计算模型之前设计师需要认真思考的问题。随着新型材料的出现各种新型的隔震及制震技术也随之发展。合理有效地应用这些新技术结合抗震技术一起应用能够更好地提高结构设计水平。关键词：建筑结构；抗震设计；隔震一、震灾历史回顾1.日本阪神大地震1995年1月17日5时在日本关西兵库县南部的淡路岛发生了里氏7.3级地震。震源深度约16公里。此次地震在多处引发火灾火势严重烧毁很多房屋。2.中国汶川地震2008年5月12日14时在中国四川省汶川县发生里氏8.0级地震。震中烈度最大11度。震中位于四川省汶川县映秀镇与漩口镇交界处。震源深度为10～20千米震源较浅因此破坏性巨大。地震后山体滑坡阻塞河道形成许多堰塞湖。汶川地震暴露了我国建筑结构抗震方面存在很多问题。首先是设计地震力的大小是否合理。同样规模的结构我国的设计地震力只有日本的一半甚至更小而汶川地震的能量却远远超过了日本阪神大地震。3.日本东日本大地震2011年3月11日日本当地时间14时日本东北部海域发生里氏9.0级地震。震中位于宫城县以东太平洋海域震源深度海下10千米。地震引发的海啸影响到太平洋沿岸的大部分地区造成重大人员伤亡和财产损失。地震造成日本福岛第一核电站1～4号机组发生核泄漏事故。二、抗震结构设计的刚柔之争抗震设计的概念自古以来就是将刚性和柔性（即韧性）赋予建筑物。只靠刚性抵御地震的建筑物是极少的大多数结构是刚柔兼济以对抗地震。因此抗震设计的实质就是定量地处理建筑物的刚性和柔性之间的关系。所谓“刚”就是指结构自身应具有较大的刚度和强度其自振周期较短。与之相反所谓“柔”就是指结构的刚度较小其自振周期较长。判断一个建筑物抗震性能好与坏的标准到底选用刚性结构还是柔性结构在学术界一度成为很有争议的课题。这个课题在20世纪30年代日本建筑界展开过激烈的论争这就是当时日本建筑界有名的“刚柔论争”。刚派认为不管怎样延长结构的自振周期与地震发生共振是无法避免的。而柔派认为结构的刚度应该减小避免和地震发生共振现象由此来减小结构的震动。三、结构设计方法1.结构类型的选择进行结构计算之前应首先对结构的形式进行选择。根据建筑物使用功能建筑物所在场地条件选取经济合理的结构形式。2.结构的平面布置及竖向布置结构的平面布置应尽量均匀对称以使结构质心与结构刚心重合以避免地震时结构发生扭转破坏。竖向构件尽量连续贯通保证结构内力传递明确。3.结构计算目标及原则近年来国内外抗震设防目标的发展总趋势是建筑物在使用期间对不同频率和强度的地震应具有不同的抵抗能力即“小震不坏中震可修大震不倒”。根据上述三水准抗震设防目标的要求在第一水准（小震）时结构应处于弹性工作阶段因此可以采用线弹性动力理论进行建筑结构地震反应分析以满足强度要求。在第二和第三水准（中震、大震）时结构已进入弹塑性工作阶段主要依靠其变形和吸能能力来抵御地震。在此阶段应控制建筑结构的层间弹塑性变形以避免产生不易修复的变形（第二水准要求）或避免倒塌和危及生命的严重破坏（第三水准要求）。因此应对建筑结构进行变形验算。四、隔震和减震技术在抗震设计中的应用1.隔震结构日本学者河合浩藏在1881年提出最初的隔震构想。他认为先在地基上纵横交错放置几层圆木圆木上浇筑混凝土层再在混凝土层上盖房。由于设置了可滚动的圆木削弱了地震传递给建筑物的能量。1909年J.A.卡兰特伦茨在美国提出了另外一种隔震方案即在基础与上部建筑物之间铺一层滑石或云母地震时隔震层的滑石相互错动从而减小地震传递给上部建筑物的能量以达到隔离地震的目的。目前我们采用的隔震技术主要有两种形式一种是基础隔震另一种是中间层隔震。使用最广泛的是基础隔震。基础隔震就是在基础和结构之间另设一层这一层作为隔震层在隔震层设置一些特殊的隔震器材。隔震器材主要分为隔震支座、减震器、隔震支座和减震器的复合装置。（1）隔震支座隔震支座主要有两种一种是叠层橡胶支座也称为无铅芯叠层橡胶支座；另外一种是滚动活滑动支撑。应该注意的是这种装置应该设置在轴力变化不大的柱下。（2）减震器减震器分为弹塑性减震器、油压减震器、黏性减震器、摩擦型减震器等。减震器具有吸收地震能量、减小结构反应的作用。但是减震器不具有竖向支撑的能力变形恢复能力也不强。