建筑抗震设计深度分析探讨论文

建筑抗震设计深度分析探讨论文 篇1：

群桩承载力及抗震设计分析

摘 要：桩基础在工程建设当中得到广泛地应用，从安全性上考虑，对群桩承载力的研究尤为重要。结合工程实践经验对桥梁工程中的群桩承载力及抗震设计进行分析探讨，为今后类似工程提供设计、施工及质量控制等参考资料。

关键词：桥梁工程；群桩承载力；抗震性能；分析

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672 3198.2016.22.098

1 概述

桩基础凭借着其承载力高、受力合理、安全可靠的优点，在基础工程中得到了广泛地应用。鉴于此，对桩基础承载力的研究显得尤为必要。对单桩承载力的确定已经有相对成熟的方法，但是在高层建筑基础设计中经常会用到群桩，由于桩土的相互作用使得群桩对群桩承载力的确定尚需要进一步探讨。尽管群桩由许多单桩组成，然而，群桩特性并不等于所有独立的单桩特性的总和。群桩特性比单桩特性更加复杂，这是由于桩的组合作用、桩群内桩之间相互作用和桩帽效应。例如，桩末端以下的某深度，由单桩加载引起的土压力是没有意义的。然而，在某深度，由于有很大的沉陷，或某支座性能失效，特别是下面是软土层，所有相邻的桩的压应力水平就会提高。通常，由于桩彼此相隔为直径的7至8倍，桩之间相互作用的影响会减弱。基于此，对群桩的轴向和横向承载力及其对应的沉陷和横向挠度及抗震进行了研究。

2 群桩承载力分析

2.1 群桩沉降

单桩的应力水平相当小，然而邻近桩的安装应力能提高桩尖下面的应力水平。增加应力水平对群桩沉降有两种作用。对应影响范围很大的群桩，沉降的幅度必然也大。在一个单桩上加载，此时下面的强压缩层并非处于受力状态，群桩的沉降将是非常大的。计算群桩的沉降常常用群座方法。如果基础底部不是很深的话，群桩可以简化为一个等效的块状伸展的底座基础。根据群桩周边的桩，可绘出等效底座的平面面积。对于柱桩或摩擦桩，其底座底面的假设是不同的。对于柱桩，底座底面位于桩尖附近；对于摩擦桩，底座底面位于桩尖以上全部埋入长度的1/3处。在群桩设计中，常常把等效沉降作为一个重要的参数。

2.2 群桩横向承载力与挠度分析

在横向荷载作用下，群桩的性能是不明确的。根据上节的介绍，群桩横向弯矩承载力大于群桩的全部单桩横向弯矩承载力之和，因为通过桩帽作用，这些桩的轴向抗力形成耦合作用。然而，由于桩之间的相互作用，群桩抵抗横向荷载的承载力，通常小于单桩独自抵抗横向荷载的承载力之和。在横向荷载作用下分析群桩的综合且切实可行的方法。应用有限差分法模拟基础单元的结构性能。通过刚性桩帽，桩与桩连接。根据所有桩的轴向和横向形变，建立力和弯矩的平衡。用一系列固定的、非线性的轴向和横向弹簧表示土反力。

3 抗震设计分析

桥梁深基础的抗震设计是一个重要的问题。设计方法随不同的基础类型而重点有所不同。桥梁深基础的最普通的类型是群桩，它包括沉人桩和现浇钻孔桩，群桩抗震设计至少要满足下面的目标：（1）在横向抗震荷载作用下，求出基础的承载力和挠度；（2）通过对整体桥梁结构的动力分析提供基础刚度参数；（3）抵抗液化作用，以及倾斜和摇晃等地面运动，确保群桩的完整性。

3.1 群桩抗震横向承载力设计

抗震横向承载力设计首先根据基础平面以上的许多附属桥梁结构，估计上部结构的抗震横向力与抗震弯矩、重心位置的加速度和地面加速度强度。此外，施加在桩帽上的抗震力和弯矩如同静力作用，检算每个桩的挠度和最大应力，并与容许设计值比较。由于抗震力是瞬变的自然现象，所以，抗震荷载抗力需要的安全系数小于静载的。规定抗震承载力比静态承载力高出33%值得注意的是，在本质上，以上方法是假静态的。通过忽略桩帽的性能，仅研究上部结构的抗震力和抗震动作用。根据群桩对静态横向荷载的响应，在整个抗震期间，群桩的响应是不同的。当抗震波经过土层时，会引起土层横向运动，因为受力，桩随着周围的介质运动。除极短的桩以外，在任意弯矩作用下，桩帽和桩尖可在不同的方向运动。这种运动导致桩的弯矩和应力增大。根据抗震动的强度和土层特征，对于桩的结构完整性，这种作用比来自上部结构的横向荷载更加危险。大量现场测量及震后调查均证明了桩的最大响应取决于抗震的地面运动。最危险的情况是，土的纵断面由模量较其他层大的刚性层夹着软弱层组成。在这种情况下，靠近软弱层与坚硬层界面的桩截面的局部抗震弯矩应力，几乎高出由来自上部结构的横向抗震荷载引起的弯矩应力。如果现场调查显示的地下土纵断面是这种类型，桥梁会有大的危险，至少用一个易于建立土与桩体系的动力耦合模型的高级计算机程序进行全面的动力分析。

3.2 求解群桩弹性常数

桥梁抗震设计的一个重要的观点是，通过动力分析求解桥梁结构的抗震力和弯矩的大小及分布状态。为了达到这个目的，必须用一个适当的分析模型来研究桥梁的基础特性。在目前的工程设计中，在分析模型中，把桩基础的力—位移关系简化为一个刚度矩阵，或一组可移动和转动的弹簧。弹簧特性取决于群桩里各桩端的刚度和桩的几何形状。根据桩外形尺寸和土纵断面，单桩端部的竖向或横向刚度。通过计算桩端对应单位力的位移，求出这些值。对于许多桥梁基础假设桩帽是刚性的。

3.3 抵抗土液化桩基设计分析

在地震过程中疏松土层产生的液化作用对群桩基础造成很大的危险，在地震期间，土的液化作用对群桩和上部结构的性能是有影响的。抗震强度和可液化的疏松土层的相关位置对引起液化作用有重要意义。如果疏松层靠近地表面，以及抗震强度适中，疏松层液化作用的主要效应是提高基础结构系统的基本周期，引起群桩和上部结构的重要的横向位移。对于高强度抗震，特别是坚硬土层中间夹着疏松层，疏松层的液化作用常常会导致桩产生裂纹和断裂，以及基础完全失去承载力，这样，上部结构就会破坏。

4 结束语

4.1 压实疏松的、可液化的土层

如果疏松层大部分是砂，用石柱通常可得到满意的效果。其他的研究，包括：射流灌浆，深土与水泥灌浆介质拌和，以及在现场可以采用各种振动压实的方法。靠近地表如果有液化可能的土层，有时候，采用全部开挖，用夯实的工程回填土替换也是可行的。

4.2 从周围的土层隔离群桩

通常的做法是安装一些单独的结构类型，例如套装、隔墙、土一拌合桩等，环绕着基础构成一个围墙。本质上，这种处理方法在桩的周围形成一个大型的砌体，同时增大桩的横向刚度和对剪切变形的抵抗力，以及限制桩周围的土的横向位移。在同一基础上，增加桩的数目和增大轮廓尺寸，由此，抵抗液化土层产生的力的横向抗力增大了。

参考文献

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作者：陈海洋

建筑抗震设计深度分析探讨论文 篇2：

结合新版规范修订的建筑抗震设计课程教学方法探讨

摘要：

针对新版GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》修订的主要技术要点进行探讨，通过与旧版GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》的对比分析，详细阐述其修订或删减的主要依据，并对新版规范的修订内容作了较为全面的总结，进而提出建筑抗震设计课程在教学方法上的新要求，同时也为工程技术人员更快、更好地了解和掌握新版规范内容提供了一定的参考。

关键词：建筑抗震设计；教学方法；设计规范；修订内容；技术要点

10052909（2014）02005307

我国建筑科学领域的工程结构设计规范（或标准）大约每10年修订一次，2001版《建筑抗震设计规范》[1]自颁布实施至今已有10多年的时间，尤其是2008年的5·12汶川地震和2010年的4·14青海玉树地震发生之后，也印证了2001版建筑抗震设计规范中工程结构设计理论、工程结构构造措施以及工程结构抗震理论存在的一些不足。同时，我国工程结构设计理论研究水平的不断提高，新材料的不断出现以及工程经验的不断积累，缩短了工程结构设计规范的修订周期。因此，我国自2010年12月1日起，开始正式颁布实施新版GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》[2]，新规范是根据多年工程经验和研究成果，同时考虑与国际其他发达国家建筑抗震设计标准相接轨进行编制的。新规范的编制标志着我国建筑抗震设计的计算理论和设计水平有了新的提高；同时也对高等学校土建类专业学生如何结合新版规范进行快速知识更新，高校教师如何及时改进建筑抗震设计相关课程的教学方法提出了新的要求[3-4]。

一、新规范延续89和2001版规范的内容

新规范在以下几方面延续了89规范和2001规范的基本原则[5]。（1）三水准两阶段抗震设计基本原则；（2）地震分区：0.15 g和0.30 g；（3）设计反应谱：周期延长到6 s，提供不同阻尼比的调整方法；（4）楼层最小剪力系数强制性要求；（5）概念设计：规则性定义具体化；（6）混凝土结构抗震等级要求；（7）砌体结构延性和整体性要求；（8）隔震和消能减震；（9）保留非结构构件抗震设计内容。

二、新版规范关于场地、地基和基础方面的相关修订

（一） 场地分类和液化判别

1.建筑场地类别划分的局部调整

新规范第4.1.6条对于场地剪切波速大于800 m/s的场地，新增场地类别I0类，剪切波速介于500～800 m/s时为I1类。对于中软土和软弱土的平均剪切波速分界，考虑覆盖层取20 m，由140 m/s调整为 150 m/s。

2.液化判别方法的改进

调整标准贯入法液化判别公式[6]，将自74、78版抗震规范沿用的15 m深度内采用直线判别改为对数曲线判别，可延续到15 m深度以下的判别，并进一步考虑震级的影响，重新定义液化判别的锤击数基准值——M7.5液化概率32%时水位2 m、埋深3 m的液化临界锤击数，判别结果总体上基本保持与2001版接近。

新旧规范标准贯入法液化判别公式对比。

2001版标准贯入法直线判别公式：

3. 软土震陷判别

新版规范第4.3.11条新增8度（0.30 g）和9度时按界限含水量法判别软土震陷的方法。

（二）新规范关于场地地段划分增设“一般地段”

新规范第4.1.1条关于场地地段划分增设了“一般地段”[6]，主要原因是有些建筑的场地所在地段既不属于有利地段，也不属于不利地段，根据一些勘察单位的建议，在有利地段和不利地段之间增设“一般地段”比较合理。在一般地段上建设，通常并不需要采取特别的抗震措施，而在有利地段如I类场地上，建筑设计可以降低一度采用抗震构造措施。

不利地段划分中，增加了高含水量的可塑黄土、地表存在结构性裂缝等不良地质条件。对不利地段中的陡坡和陡坎不再区分非岩质和岩质，因为任何岩质的陡坡和陡坎对建筑结构的地震响应均具有放大作用。

（三）新规范对波速测试孔的数量要求

新规范删去了波速测试钻孔数量不少于控制性鉆孔1/5～1/3的要求[7]。第4.1.3条直接规定了在场地初勘阶段，对大面积的同一地质单元，测试土层剪切波速的钻孔数量不宜少于3个；在场地详勘阶段，对单体建筑波速测试钻孔不宜少于2个，同一地质单元上的密集建筑群，钻孔数量可适当减少，但每幢高层建筑和大跨空间结构不少于1个；高层建筑的高度参照GB 50352—2005《民用建筑设计通则》的规定并与新规范第6章协调，改为24 m以上。

三、新规范关于地震作用和结构抗震验算的修订

（一）地震作用-地震影响系数的调整

作者：李凤臣等

建筑抗震设计深度分析探讨论文 篇3：

抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用

摘 要：当前的地震灾害作为无法有效预测的灾害类型，对生产和生活产生了极大的影响。基于地震的危害性，建筑工程部门应该做好建筑结构的抗震设计工作，减少地震带来的损失。本文对房屋建筑结构设计存在的问题进行了全面、系统地分析，提出了抗震设计在房屋建筑结构中应用的对策，为提高房屋建筑的抗震性能指明了方向。

关键词：抗震设计；房屋建筑；结构设计；应用

房屋建筑是人们生活和工作的基本场所，对人们的正常生活秩序的重要性不言而喻，但是地震的产生往往会对房屋产生较大的危害，所以应该做好房屋建筑结构抗震设计，保证房屋建筑结构设计的质量和抗震能力，为人们的生活提供一个安全的居住环境。

一、结构抗震对房屋建筑的重要性分析

地震是一种危害性比较大的自然灾害，地震不仅具有伤害性大的特点，还具有突发性的特点。基于地震的这些特点，地震对建筑物造成的损坏不言而喻。当前，普遍使用的抗震设计原则是，遇到小的地震，保证建筑物不受损坏；遇到中震，能够修复被损环的建筑物；遇到大地震，能够保证建筑物不会倒塌。通过使用这种地震设计原则，可以极大提高建筑物结构的抗震能力。通过对这种地震结构设防可以看出，这种结构设计原则的出发点是保证人们的生命安全。因此，做好了地震设计工作不仅可以减少地震的危害，也可以保护人们的生命安全。

二、抗震设计的原则

设计人员在进行抗震设计时会遇到很多问题，设计者应该重视设计工作中的每一个细节。同时设计人员在进行抗震设计时要想保证设计质量，应该坚持三种设计原则，分别是安全性原则、经济性原则、节能性原则。这样设计人员才能提高房屋建筑的抗震能力，为人们构建一个安全的工作和生活环境。

（一）安全性原则

安全性原则是在进行抗震设计中最重要的一个原则，在进行设计时，只有保证建筑物是安全的，才能保证人们是安全的，可以为人们构建一个安全的居住环境。但是如果在抗震设计中没有坚持安全的原则，会使建筑物存在一些安全隐患，当地震来临之时会对人们的生命安全构成极大的威胁或造成二次伤害。所以设计人员应该重视建筑物中的安全隐患，能够在抗震设计环节中解决建筑物的安全隐患问题。

（二）经济性原则

节能是当今社会所提倡的，所以在进行抗震设计时也应该考虑到节能。所以设计人员在进行设计时应该结合节能理念，减少资源的浪费。在抗震设计中不仅需要满足使用的要求，还需要保证投入的资金成本是比较少的，这样才能节约大量的资金。如果抗震设计只是能满足生产和生活的需求，不能达到节约能源的效果那么这样的设计无法在地震发生时给人安全的保障。同样如果在抗震设计中投入过多的资金，是必会造成大量的社会资源资金浪费不利于国家经济可持续发展，这样的设计也是不实用的。

（三）技术先进原则

一些抗震设计人员在设计中往往会只设计一种方案，这样单一没有比较的方案可能会存在很多的不足，也是很难达到理想的效果。房屋建筑结构设计中的抗震设计需要遵守技术先进原则。抗震设计人员在设计中应该制定多种方案，然后对方案进行科学全面地评估后，选择一个最优的方案。

三、房屋建筑结构抗震设计注意要点

（一）建筑的地质

首先，应该在地势平坦开阔的地方建造房屋，这样可以保障在发生地震时，降低地基震动期间的凹陷情况。 其次，不能在自然灾害频发的地区，如滑坡、泥石流等地建造房屋。这是因为如果在这些地区建造房屋，如果发生地震，会对建筑结构产生极大的破坏。

（二）建筑的地基

首先，为了提高房屋的抗震防震功能，在建造地基时应该使用天然地基或者地桩地基。研究发现，使用这些地基对于提高建筑物地基的刚度和强度有着极大的帮助。其次，在建造地基的基础设施时，合理调控地基的埋置深度，能有效提高建筑物的稳固性。因此，建筑设计人员应注重地基基础设施的深埋位置，合理地选择埋置深度。同时还应该对基础凹槽的回填工程和夯实地基土的工程进行全面、系统地监督，从而使回填的土质紧密切合的重合接触，提高建筑物的稳定性。

（三）建筑物的屋顶和墙体

建筑房屋只有注重其建筑的质量和建筑物的稳固性，才能减少地震带来的损伤。首先，降低建筑周围结构的质量，可以有效的减少建筑物墙体的质量，如果建筑物墙体的质量是比较重的，会降低防震抗震的能力，这样一来如果发生了地震会使建筑物受到极大的损伤。所以建筑设计师在设计房屋时，应该注重减少墙体的质量。其次，在建造屋顶时，还应该注意一个问题是，使用质地较轻、强度高的材料。在屋顶设计中应该减少装饰物的数量，减轻屋顶的负担，提高建筑物的稳定固性。

四、抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用

（一）设计建筑物的高度宽度

研究发现，建筑物的高宽比和发生地震的损坏程度有着密切的联系。发生地震后，地震会使建筑物会出现波动，建筑物会随着本身高度的升高而产生更大歪斜，而当建筑物宽度减小时也同样会加剧这种波动效应。故建筑物的高宽比与其受损害的程度成正相关关系。故建筑设计师在进行设计时，应合理控制户型，降低建筑物的高宽比从而降低风险。

（二）设计建筑物的架构

建筑设计师在设计建筑的架构时，应该使建筑架构是规则均匀的。这是因为当建筑物的架构规则均匀的分布时，能减小建筑物在地震发生时出现扭曲破坏。研究发现，当建筑物的平面规则，整体质量和刚度分布均匀时，能有效减少地震对建筑物的损伤。

（三）设计建筑物的防震缝

在设计建筑物时，有一项重要的工作是建筑物的防震缝设计，具体的设计方法是建筑设计人员在设计初期应该合理设置防震缝，在分割建筑物时保证分割的建筑物是均匀的、独立的、规则的。设计人员应该注意一个问题是，防震缝的两边应留有足够的抗震宽度，保证防震缝两侧的结构是完全隔离的。其次，在对建筑的外形进行分析后，在防震缝的两旁最好设置抗震墙。

（四）设计建筑物的抗震墙

墙体是建筑物中的承重部件，所以做好墙体的设计工作是比较重要的。设计人员在设计墙体时，首先，应该根据建筑物的刚度设置墙体的数量。其次，还需要考虑承重墙如何合理得设计墙体的横面和纵面，增强建筑物的稳固性。最后，设计人员应该认识到墙体厚度对建筑物的抗震性能的影响是比较大的，设计人员做好墙体厚度的设置，才能提升建筑物的稳定性和抗震性能。例如，如果在地震频发地带建造建筑物，设计人员适当增加墙体的厚度，能有效得提高建筑物的整体稳定性和安全性。建筑物墙体设计是结构抗震的核心，设计人员如果做好了建筑物墙体的设计工作，能提高建筑物的抗震性能，减少地震对人员的伤害，为人们的生活构建一个安全的环境。

结语：地震灾害对生产和生活的破坏性是比较大的，所以人们对建筑抗震设计是比较重视的。设计人员在进行抗震设计时应该结合工程的实际地质情况采取针对性措施，从而提高房屋建筑物的抗震能力，降低地震对建筑物的损坏，保护人们的生命和财产安全。

参考文献：

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作者：岑贞