抗震设计下的建筑结构论文

摘要：为了建筑物在遇到地震灾害时仍能安全使用或在极端情况下为人员撤离争取足够的时间，必须严格进行抗震设计，对建筑结构抗震设计进行总结、讨论和研究是十分必要的。本文分析了建筑结构炕上设计需要注意的几个问题，以供参考。今天小编给大家找来了《抗震设计下的建筑结构论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

抗震设计下的建筑结构论文 篇1：

混凝土重力坝的耐震时程损伤指标分析方法

摘要： 为了获得混凝土重力坝在强地震动作用下的损伤情况，基于耐震时程法提出了一种损伤指标分析方法。耐震时程分析（ETA）法表征了耐震时程与峰值加速度的线性增长关系，可以获得坝体在不同峰值加速度下的动力响应。依据耐震时程分析法的基本理论，合成了一组耐震时程加速度曲线;建立KOYNA混凝土重力坝有限元模型，以耐震时程加速度曲线作为坝体基底输入，通过谐响应分析方法得到了KOYNA混凝土重力坝在ETA激励下响应随峰值加速度变化的频谱曲线;采用坝体顶部中点和下游折坡点作为主要特征点，分析主要特征点的不同指标（位移、应变、加速度响应、固有周期）与耗散能、损伤体积的拟合关系，提出了可以宏观刻画坝体损伤扩展情况的损伤指标——响应频谱差面积。研究结果表明，坝体顶部中点位移频谱差面积和一阶频率的固有周期可以很好地表征坝体的损伤情况，且具有良好的精度，为工程设计提供了可靠的依据。

关键词： 混凝土重力坝; 损伤指标; 耐震时程法; 谐响应分析; 固有周期

引 言

近幾十年来，中国水利事业蓬勃发展，为中国的经济发展和人民的生活提供了保障[1]，然而这些水工建筑物大多建设在地震多发的西部地区，混凝土重力坝在强地震动作用下的响应是一个复杂的问题，大坝抗震稳定安全关系着国家经济以及下游居民生命财产安全，因此，选取合适的指标在坝体发生破坏前评估失事的概率是十分重要的。大坝的抗震安全评价和损伤指标的选取已经成为水工结构工程中不可缺少的一部分。

目前，混凝土坝在地震作用下的动力响应分析技术已经取得了很大的进步，国内外学者广泛关注坝体在强地震作用下的损伤扩展情况，合理地确定坝体基底的地震动输入是确保抗震安全的主要前提[2];在混凝土重力坝安全评估中，采取适当的损伤评价指标衡量结构在地震动作用下的损伤程度可以提前采取措施，减少不必要的损失，因此本文着重研究耐震时程分析法的加速度时程输入以及KOYNA混凝土重力坝在耐震时程加速度曲线下的损伤指标的选取。Estekanchi等[34]首次提出耐震时程分析（ETA）法，基于耐震时程分析法的基本原理合成了耐震时程加速度曲线（ETAs），采用ETA分析坝体结构、钢框架结构的动力响应，并与增量动力分析（IDA）法作对比，验证该方法的合理性;白绍良等[5]对能量研究方法的现状做了综合分析;王振宇等[6]从材料、构件和结构三个方面对国内外建筑结构在地震作用下损伤评估的研究结果进行了总结;邱战洪等[7]提出了脆性动力损伤模型和黏弹性动力损伤破坏模型，并应用两种损伤模型分析了地震动作用下龙滩混凝土重力坝及其岩基的破坏过程;杜成斌等[8]采用建立的动态本构模型对KOYNA混凝土重力坝进行非线性地震响应分析并采用损伤分布指标衡量坝体的破坏程度;杜荣强等[9]分别分析了KOYNA大坝、三峡大坝在地震动作用下的损伤分布情况，提出损伤、应力可以作为混凝土结构的安全评价标准;沈怀至等[10]提出坝体需求能力比、超应力累积持时、损伤因子大小及分布范围，初步建立了一个重力坝地震破坏评价模型，通过KOYNA破坏事例验证了该模型的合理性。

本文提出了基于ETA的损伤指标预测方法，选取具有代表性的震害实例——KOYNA混凝土重力坝实际案例，采用耐震时程分析法合成满足KOYNA混凝土重力坝所在场地波要求的ETAs，分析坝体在不同地震动强度下的动力响应和损伤分布，得到能量耗散、损伤体积等响应结果并作为基本指标;随后，采用谐响应法分析混凝土重力坝的非线性损伤演化过程以及响应的频谱演化历程，提出新的指标——响应频谱差面积衡量结构的损伤程度，并与基本指标作对比，验证指标选取的合理性，为实际工程提供了可靠的依据。

1 耐震时程法

通常情况下，大坝易损性分析采用增量动态分析（IDA）法进行计算。本文采用一种新的加速度时程合成方法——ETA。ETA旨在合成满足一定特性的耐震时程加速度曲线，其具有以下性质：1）随着时间增加，耐震时程加速度曲线峰值加速度逐渐变化且随时间增大;2）不同耐震时程下的反应谱与目标谱成一定比例;基于以上两点特性，耐震时程加速度曲线可以作为不同峰值加速度下的加速度时程输入，能够了解坝体从弱强度到强地震动强度下的响应变化情况，不需要经过大量调幅计算，对于大型混凝土坝结构有较为明显的优势。

采用的加速度时程为ETA时程，用ETA方法表征了不同峰值加速度，得到了坝体在不同峰值加速度下的动力响应与损伤信息。ETA不是真实的地震动，在本文对KOYNA坝施加的ETA时程中，05 s表征了0.15g峰值加速度;010 s表征了0.3g峰值加速度;015 s表征了0.45g峰值加速度;020 s表征了0.6g的峰值加速度。通过一条ETA时程进行分析，表示了不同峰值加速度下的坝体的响应，在不同时刻（对应不同峰值加速度）对应不同的损伤分布与响应信息。

耐震时程法具有两方面的特性，其一是峰值加速度随时间持续增加，其二是不同时程下的反应谱与标准反应谱成倍数关系，也就是说，耐震时程法的峰值加速度是与ETA的时刻有关的，一条ETA时程包含了许多条反应谱特性。对于传统时程分析法，需要反复调幅生成地震动进行非线性时程分析，计算量大。通过图1可以看出增量动态分析（IDA）法与耐震时程分析（ETA）法的不同，耐震时程法的优点在于不同时刻对应不同峰值加速度，可以得到不同峰值加速度下的动力响应且计算量小，便于分析。

2 基于ETA法的谐响应分析

由于ETA法生成的耐震时程加速度曲线具有随时间增大的特性，且任一时间的反应谱与目标谱成倍数放大关系，本文利用此方法的良好性质，采用KOYNA混凝土重力坝模型进行动力分析和谐响应分析，得到坝体在不同峰值加速度（ETAs）下的动力响应，从而得到不同时程下的损伤扩展情况，以及不同指标的时程曲线，具体步骤如下：

1）建立如图2所示的有限元模型，对坝体施加自重、静水压力、动水压力以及ETA时程，进行动力分析，得到坝体在以上荷载下的动力响应;

2）选取模型输出响应塑性耗散能、损伤耗散能作为能量损伤指标[1114]，通过单元中心损伤值和单元面积计算损伤体积（相当于坝体厚度为1），选取单元中心损伤值0.7作为基准损伤值，得到基准损伤体积，通过以上得到了4种损伤指标，即塑性耗散能、损伤耗散能、损伤体积、基准损伤体积4种指标;

3）KOYNA混凝土重力坝基底输入为ETA时程，采用ETA时程进行计算，得到不同时刻下的损伤因子与响应，输出ETA不同时程（对应不同峰值加速度）下的损伤响应结果，将折减后的弹性模量付给对应的单元，得到具有损伤的单元特性;

4）采用ANSYS有限元分析软件进行谐响应分析[14] ，计算坝体顶部中心点和下游折坡处的水平向位移、水平向应变、主拉应变、Von Mises应变、水平向加速度频谱曲线，得到了具有不同峰值加速度损伤分布特性的频谱响应;

5）通过分析得出不同时刻与初始时刻下的频谱响应指标的频谱差面积作为损伤指标，以及不同时程下的1阶固有频率，得出位移、应变、加速度等指标与固有频率随耐震时程的变化曲线;

6）将以上损伤指标（水平位移频谱差面积、X向应变频谱差面积、主拉应变频谱差面积、Von Mises应变频谱差面积、水平加速度频谱差面积、固有周期）归一化，使其处于01之间，并将塑性耗散能、损伤耗散能、损伤体积、基准损伤体积4种指标归一化，比较位移、应变、加速度、固有周期等6种指标与4种响应指标的拟合情况。

通过以上步骤，采用ETA法与谐响应分析法相结合，可以有效地获取坝体在不同峰值加速度下响应的频谱时程曲线以及不同时刻下的频谱差面积演化过程，从而获得坝体结构损伤指标的对应关系。

3 数值分析

KOYNA混凝土重力坝是在地震作用下遭到破坏的典型案例之一，国内外许多学者都在原有地震动基础上进行了深入的研究，对其破坏形态以及坝体损伤裂缝扩展情况都有一定的了解，因此具有一定的代表性[812]。KOYNA混凝土重力坝坝体高度103 m，坝顶宽度14.8 m，坝底宽度70 m，坝体高度66.5 m处下游坡面折坡。为了提高计算精度，更好地观察坝体损伤扩展情况，文章采用坝体下游折坡处和坝踵处网格加密的有限元模型，坝体有限元模型示意图如图2所示。材料参数如下：混凝土弹性模量为31 GPa，泊松比0.2，密度2643 kg/m3，膨胀角36.31°，初始压缩屈服应力13 MPa，抗压强度24.1 MPa，初始抗拉强度2.9 MPa，断裂能为200 N/m，瑞利阻尼系数α=0，β=0.00323，本构关系采用混凝土塑性本构模型。坝体受到的荷载有自重、静水压力、动水压力以及ETA加速度时程，其中静水压力的静水位为91.75 m，动水压力按照Westergaard附加质量形式加载，采用附加质量的形式模拟不可压缩水体对结构的动水压力，通过此种方法模拟流固耦合的作用。在坝体顶部以1000 N为幅值，在05 Hz频域内加载谐波载荷（如图2所示），进行谐响应分析。

3.1 加速度时程输入

KOYNA混凝土重力坝在水平向峰值加速度为0.474g，竖直向地震动峰值加速度为0.312g下发生损伤，下游折坡处出现裂缝并发生漏水现象。本文采用KOYNA水平向和竖直向地震动生成场地谱，采用场地谱合成一组20 s的耐震时程加速度曲线，地震动时间间隔为0.01 s，其水平向、竖直向峰值加速度分别为0.6g，0.4g，图3为合成的一组ETAs时程曲线。

通过公式（3）可以看出，ETA时程的优化过程需要对不同耐震时程、不同周期下的反应谱进行优化，由于ETA持续时间为20 s，时间间隔为0.01 s，则需要优化2000个点，工作量大、计算时间十分长，为了增加工作效率，文章采用05，010，015，020 s共4个时间段下的反应谱拟合，拟合关系如图4所示。

通过图4可以看出，ETAs时程曲线在05，010，015，020 s 4个时间下的反应谱与目标反应谱有着十分好的拟合关系，在上升段以及平稳段，无明显波动，与目标反应谱基本重合;长周期下，在目标反应谱周围有较小波动。此方法生成的ETAs即满足随时间强度增大，又满足不同时刻的ETAs反应谱与目标反应谱有着良好的拟合关系，因此，此ETAs满足要求，且具有良好的精度要求。

3.2 动力损伤分析

混凝土在地震动作用下的破坏过程是内部细小裂缝萌生、扩展、贯通直至失稳的过程，采用损伤力学研究混凝土的动态破坏行为已经逐渐被广大学者所接受[8]。混凝土材料在拉应力小于抗拉强度下，处于线弹性状态;当拉应力大于抗拉强度时，材料出现非线性行为，即出现软化阶段，采用弹性模量的折减表征损伤，即如下式所示

（4）式中 d为損伤因子，E为损伤后的弹性模量（有效弹性模量），E0为混凝土未损伤的弹性模量（初始弹性模量），损伤因子介于0，1之间，处于0时代表坝体未出现损伤，即有效弹性模量与初始弹性模量相等;处于1时代表坝体完全损伤，即有效弹性模量为0。ABAQUS软件里面的混凝土弹塑性损伤本构迭代过程如图5所示。

本文采用KOYNA混凝土重力坝有限元模型，分析结构在自重、静水压力、动水压力、ETA时程下的损伤情况，图6为不同时刻的损伤分布图（和振动台实验结果[13]相似），分别对应不同峰值加速度。通过ETA法计算，不同时刻对应不同峰值加速度，即得到了不同时刻下的损伤因子与分布，计算出坝体损伤后的弹性模量，将损伤后的弹性模量利用ANSYS有限元分析软件付给每个单元，得到具有损伤的单元特性，对KOYNA混凝土重力坝进行谐响应分析，可以得到不同峰值加速度下的坝体损伤条件的频谱信息与响应。

通过圖6可以看出，随着时间增加，混凝土重力坝的损伤逐渐加剧，裂缝逐渐扩展。在6 s时刻，坝体下游折坡处和坝踵处开始出现损伤;814 s时间内，坝体下游折坡处的裂缝逐渐扩展，14 s时，下游折处的裂缝已经贯穿;1620 s，裂缝扩展情况十分剧烈，坝头出现许多条贯穿型裂缝，坝体损伤情况十分严重，此时坝体已经完全失效，损伤分布位置与KOYNA重力坝实际损伤情况相同，验证了模型以及方法的合理性。

选取合适的响应指标是评估坝体损伤的重要依据，文[11]采用局部能耗作为权重进行加权处理得到整体损伤指数评价坝体的损伤程度;文[14]采用包含能量特性的损伤指标评价结构的损伤程度。因此，坝体结构的能量耗散值可以在一定范围内反映坝体的损伤情况，选取塑性耗散能、损伤耗散能、损伤体积作为响应指标，损伤体积选取原损伤体积和基准损伤体积（损伤临界值为0.7）。

能量曲线的物理意义以及求解思想如图7所示。

可通过ABAQUS有限元分析软件自动输出结果。分析坝体在ETAs下全过程的动力响应，选取以上4种动力响应作为评价坝体损伤程度的指标，图8为4种响应指标的时程曲线。

3.3 指标演化分析

由于结构的能量指标、损伤体积指标只能通过有限元模拟得到，不能观测出来，文献[15]提出压电传感技术损伤健康指数，文献[16]采用峰值位移指标，文献[17]建立了地震动加速度参数与损伤指标之间的关系。基于以上指标的选取，本文选取位移、应变以及加速度频谱曲线这些可以通过传感器测量出来的量作为损伤指标进行损伤评价，并与能量、损伤体积指标做比较，提出新的物理指标来衡量坝体结构的损伤情况。在得到结构动力响应的基础上，文章选取两个主要特征点，即坝体顶部中点和下游折坡处，分别分析两个主要特征点的水平向位移、水平向应变、主拉应变、Von Mises应变、水平向加速度频谱随时间的演化过程如图9，10所示。

通过图9，10可以看出，随着时间的推移，频谱响应峰值逐渐向频率较小的一方移动，且峰值逐渐增加，这意味着随着时间的增大，ETA峰值加速度逐渐增加，坝体受到损伤的程度也在加剧，因此响应频谱曲线可以反映结构在ETA加速度时程下的损伤程度。4 新指标——频谱差面积

通过以上分析，文章提出新的指标即频谱差面积用于评价结构的损伤情况，频谱差面积是指不同时程下的响应与初始时程（0 s）在频率空间下响应的差的面积，如图11所示。阴影部分即为频谱差面积指标。

从其含义中可以了解到，在ETA加速度时程作用下，随着时间增加，坝体损伤逐渐增大，响应逐渐向左移动且峰值逐渐增加，则频谱差面积也随之增加。因此频谱差面积指标是评价结构在ETA加速度时程下损伤程度的有效指标。为了验证哪种指标评价结构的损伤程度较好，将响应的频谱差面积与能量、损伤体积指标归一化，使其处于01之间，比较新指标的拟合程度。图12为坝体顶部中点响应指标归一化时程曲线，图13为下游折坡处响应指标归一化时程曲线。

分别比较图12，13中的时程曲线，在坝顶中点处，水平向位移和固有周期与能量、损伤体积拟合关系好，水平向应变、主拉应变、Von Mises应变以及加速度指标有一定的安全裕度;下游折坡处，固有周期与耗散能、损伤体积拟合关系好，水平向位移频谱差面积指标保守地估计了结构的损伤状态。因此，通过以上分析，固有周期和顶部中点水平向位移频谱差面积指标可以表征损伤体积变化、塑性耗散能以及损伤耗散能，其中，固有周期效果最好，顶部中点水平向位移频谱差面积指标偏保守。

5 结 论

本文基于耐震时程分析法的基本原理，由KOYNA地震动反演得到反应谱，合成了一组ETAs时程。采用KOYNA混凝土重力坝典型震害实例进行有限元模拟，分析了KOYNA坝在ETAs（不同峰值加速度）作用下的损伤情况，并选取塑性耗散、损伤耗散能、损伤体积以及基准损伤体积作为基本指标，其中KOYNA大坝的损伤情况与实际震害裂缝位置一致，验证了该方法的合理性;采用ANSYS进行谐响应分析，模拟坝体在荷载下的振动情况，得出顶部中点、下游折坡处的水平向位移、水平向应变、主拉应变、Von Mises应变以及水平向加速度频谱演化三维曲面和固有周期时程曲线，经过分析得到并提出新的损伤指标——响应频谱差面积以及一阶频率的固有周期，并将以上6种指标与基本指标做比较。结果表明，一阶频率的固有周期和顶部中点位移频谱差面积能够表征损伤体积、塑性耗散能、损伤耗散能的变化，其中，固有周期效果最好，顶部中点位移频谱差面积指标偏于保守，与能量、损伤体积指标有一定的等价性。

文章提取了损伤因子，得到了各单元拉损伤后的弹性模量进行谐响应分析，忽略了塑性及压损伤对于结构响应的影响，方法存在一定的局限性，有待进一步研究。

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Key words： concrete gravity dam; damage factor; endurance time method; harmonic response analysis; natural period

作者簡介： 徐 强（1982），男，副教授。Email： xuqiang528826@dlut.edu.cn

通讯作者： 徐舒桐（1994），女，硕士研究生。Email： xushutong@mail.dlut.edu.cnZ ··y^

作者：徐强　徐舒桐　陈健云　李静

抗震设计下的建筑结构论文 篇2：

建筑结构抗震设计若干问题的探究

摘要：为了建筑物在遇到地震灾害时仍能安全使用或在极端情况下为人员撤离争取足够的时间，必须严格进行抗震设计，对建筑结构抗震设计进行总结、讨论和研究是十分必要的。本文分析了建筑结构炕上设计需要注意的几个问题，以供参考。

关键字：建筑结构；抗震设计；注意问题

1、建筑抗震设计的概述

建筑结构设计一般会从两个方面进行设计，一是计算设计，二是概念设计。建筑结构计算设计需要建立在准确数据、完善信息的基础上，但由于地震具有一定的不可预测性，故在实际工作中想要通过计算设计来进行建筑的抗震设计是不现实的，这时就需要进行相关的建筑抗震概念设计。在建筑抗震设计过程中，通常会采用概念设计来引入地震的情况，再模拟出相应的地震情况，并根据模拟的相关参数进行建筑结构的计算，以得到相应的建筑抗震结构，进而保障了建筑结构的抗震性能。另外，建筑结构抗震设计的总体目标为：应按照建筑工程所在地的小震效应对主要结构构件的承载力进行科学计算，以此来掌握建筑在该条件下的弹性变形情况；同时对建筑在大震情况下的结构弹性变形进行计算，保证设计能够达到第三水准的抗震要求。在建筑结构的抗震设计中，设计目标是设计工作开展的大方向，所有设计工作均应围绕该目标展开，以此使建筑结构具有良好的抗震性能，从而达到小震不坏、大震不到的效果。

2、建筑结构抗震设计需要注意的问题

2.1建筑场地合理選择

建筑的抗震设计还要根据不同的建筑环境进行不同程度的设计，若建筑环境地震灾害频发，则在设计建筑结构时必须加强建筑的抗震功能。建筑抗震功能的好坏是根据一定规范来评价的，根据得出的评价结果，对建筑实施不同的抗震预防。在建筑建设中，要想提高建筑的抗震功能，必须选取优质的施工场地，能够确保建筑安全与稳固。若要在土质疏松、地震频发的地区进行建筑建设时，必须提高建筑防震的性能，避免建筑在地震来临时发生沉降、倾斜等情况，对住户的生命财产安全造成威胁。

2.2建筑物平立面布置

在结构设计中，对建筑抗震有利的理想状态是平立面规则、刚度分布均匀，避免地震发生时在薄弱处应力产生集中性破坏。《建筑抗震设计规范》中对建筑平立面形状及剖面变化进行了明确规定：建筑结构设计中，应尽量避免扭转不规则、侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续等。同时，在建筑结构设计中，应尽量确保结构构件布置的规则性，布置多道抗震防线，保证建筑的适用性和安全性。

2.3抗震结构体系的选择

首先结构体系要能概括出计算简图和内力传递路线，同时为了增加安全度，避免因部分构件遇地震破坏而引发建筑结构体系失去抗震能力或承载能力，应设置多道抗震防线，比如地震时框架结构中，填充墙应先于框架破坏；框架-抗震墙结构中，抗震墙应先受水平地震力破坏。同时，在概念设计中要重视强度、刚度的合理分布，质心和刚心偏心距越小越好，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，在遇到地震破坏时产生过大的应力集中或塑性变形集中，对可能出现的薄弱部位，需采取有效措施以提高抗震能力。

2.4选择建筑结构抗震材料

作为建筑结构设计主要的承重原料，材料的刚度和塑性对建筑结构抗震作用有直接的影响，必须以确保建筑物的整体抗震性、稳定性为前提进行材料的选择，并且依据本地的地震历史资料，选择适宜的建筑材料。建筑材料的选择从抗震角度考虑，最好选用轻质、高强；构件間的连接有良好的整体性、延性的材料，并且材料的全强度能够有效发挥。根据多次地震灾害的实例，得出钢结构是最符合抗震材料的要求，其抗震性能好，但造价及维护的费用相对较高。而现浇钢筋混凝土结构整体性好，价格便宜，还具有较大的抗侧移刚度，经设计可保证结构具有一定的延性。但同时该材料也有很大的弱点：若地震时间长，反复的地震荷载造成构件刚度因裂缝的开展而递减，容易将混凝土挤碎。装配式钢筋混凝土结构虽然施工方便，但其构件本身的强度要高于框架节点等构件接头强度及变形能力，从而形成薄弱环节；同时预制构件在装配时会产生次应力，整个结构的连续性和整体性十分缺乏；所以这类结构不宜在高烈度地区使用。所以为了有效提高建筑抗震性能，在建筑结构设计中必须科学合理的选择适合该建筑的建材。

2.5设置多道抗震防线

设置多道抗震防线能让一个结构的抗震体系有一定安全冗余度，如框架—抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成。从概念设计角度出发，应优先选择重力荷载较小的竖向支撑或填充墙，或者选用轴压比较小的抗震墙、筒体此类的大刚度、抗水平地震力强的构件作为第一道抗震防线的抗侧力构件。不宜采用轴压比大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件，以免框架柱受到地震力破坏后失去竖向承载力，产生倒塌。例如，在框架—抗震墙结构体系中，设计时不但要考虑小震和中震情况下结构基本完好，还要考虑在大震情况下，当连梁失去作用，按单片墙肢计算，结构仍有承载能力而不倒，还有要求计算时框架柱承担的剪力不小于总剪力的20%，这样即使抗震墙破坏后框架柱仍具有一定的承载能力，可以保证结构“大震不倒”。

不同的地区有不同的地质特点，地震发生的等级与建筑类型各有不同，把握好抗震防线数量，合理利用结构构件抗震，有利于建筑结构抗震性达标。

3、结语

地震属于突发性的地质灾害，在严重的地震灾害影响下，众多建筑工程会出现坍塌现象，区域交通和通信会陷入瘫痪，人们正常生活及社会经济发展均会遭受巨大冲击。我国属于地震高发区，为了降低地震灾害所带来的损失或影响，需落实地震灾害的预防工作，将抗震概念设计与建筑结构设计相结合应用，是提升建筑抗震性能的重要措施，可为建筑用户提供相对安全的空间，进而保障广大人民群众的生命财产安全。

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作者：杨文凯

抗震设计下的建筑结构论文 篇3：

高层建筑连梁抗震设计研究

摘要：为了确保结构地震作用下的安全性，将设立多个防御线的抗震设计。随着耦合的第一道防线的剪力墙结构，梁不仅需要有一定的强度和刚度，而且可以消除大量的地震能量，保护墙肢严重损害。因此，地震延性和耗能能力的设计就显得尤为重要。本文在介绍高层建筑抗震设计概念和总结梁抗震设计原则的基础上，主要介绍了国内外抗震梁的类型和特点，以及高层建筑梁抗震设计的研究进展。

关键词：连梁;抗震设计;联肢剪力墙;高层建筑

1高层建筑抗震概念设计

近年来，自然灾害频发，给全国各地的建筑造成了巨大的破坏。其中，地震是最强大的。自2008年5月12日汶川地震以来，每年一定规模的地震发生，这不仅会导致经济财产的损失，而且还造成大量的伤亡，如果不能保证建筑物的抗震性能。在这样的环境下，是具有积极意义的加强抗震概念设计在建筑结构设计中的应用来保护人们的生命和财产安全。随着地震的进一步理解，人们逐渐意识到地震对建筑结构的法律，进一步提高建筑的抗震概念设计的理论体系，相关规则和系统基本上是建立。最新版的建筑抗震设计规范（GB50011-2010）明确规定的内容，各种建筑结构的抗震概念设计。

随着建筑业的发展，建筑设计往往是高层，高层建筑抗震设计提出了更高的要求。抗震概念设计的主要内容包括以下几点：①施工现场的地质稳定性;②建筑的平面布局和立面和建筑的总体规模;③建筑抗震结构设计，包括抗侧力构件布置、结构质量分布等;④结构（主体结构与非结构构件）之间的锚固;⑤其他因素。包括施工原材料质量、施工工艺和质量管理。

在高层建筑的设计中，必须考虑抗震设计的概念和综合控制在建筑力学，包括高层建筑的概念和建筑设计的全面管理。在高层建筑的结构设计中，合理运用抗震概念设计的理论知识，才能真正保证建筑的抗震性能，满足高层建筑的抗震要求。具体地说，抗震概念设计的应用在高层建筑的结构设计应遵循以下原则：①减少地震能量的输入，减少建筑物的地震力;②构建刚度和强度的有机结合。俗话说得好，刚性太强，容易断裂，建筑物的抗震性能并不意味着建筑的整体刚度。合理降低建筑物的横向刚度，保持一定的强度，以保持建筑物在地震中的整体结构的稳定性;③处理非结构性部分。实际上，只考虑主要建筑结构的重力荷载和侧向荷载，非结构构件不在结构力学设计范围内。然而，在地震发生时，这些地方将或多或少地影响整个承载结构的压力;④保持建筑结构的完整性和协调性。高层建筑是一个整体，其结构设计和机械轴承也应该遵循这一原则。只有在地震发生时保持建筑结构的应力平衡，才能保持建筑的完整性。

2高层建筑连梁抗震设计研究

耦合剪力墙是高层建筑中广泛应用的一种抗侧力结构体系。耦合梁是一种重要的能量耗散元素耦合的剪力墙结构体系在地震作用下，它是第一个延性剪力墙结构的抗震防线。在连梁剪力墙中，连梁不仅具有一定的强度和刚度，而且还为墙体肢端提供了足够的约束，另一个主要作用是耗散大量的地震能量，从而保护墙体肢端不受严重破坏。因此，梁的延性和抗震性能设计是非常重要的对于整个结构的安全。我们必须注意其抗震设计，尤其是它的概念设计。

2.1连梁抗震设计原则

高层建筑连体剪力墙中的连梁不仅能承受竖向荷载，还能承受地震和风引起的水平荷载。连梁在水平荷载作用下的破坏可分为剪切破坏和弯曲破坏。剪切破坏属于脆性破坏。如果发生脆性破坏，连梁将失去承载力;弯曲破坏属于延性破坏。如果发生延性破坏，连梁在地震作用下会形成塑性铰，变形会增加，从而吸收大量地震能量，这对减小墙肢内力、延缓墙肢屈服起到了非常重要的作用。因此，连梁的抗震设计应按延性弯曲破坏设计，避免脆性剪切破坏，即遵循“强剪弱弯”的设计原则。同时，抗震延性破坏设计还要求连梁在正常使用条件下处于无塑性铰的弹性工作状态;地震后，结构的某些部位会产生弹塑性状态，从而使梁进入弹塑性状态。连梁的屈服应早于墙肢的屈服。连梁端部出现塑性铰后，墙肢底部出现塑性铰，即遵循“强墙弱梁”的设计原则。

2.2连梁抗震设计

国内外许多学者遵循“强剪弱弯”和“强墙弱梁”的设计原则，对连梁的耗能能力进行了研究，给出了许多抗震性能良好的连梁设计方案。

（1）钢筋混凝土连梁的抗震设计。钢筋混凝土连梁一般具有跨度小、截面大的特点。为了保证连梁在地震荷载作用下具有良好的耗能能力，采用了不同的加固方法或结构措施来提高连梁的耗能能力，包括①普通环形连梁。采用传统的梁式钢筋。在严格限制剪压比的条件下，通过合理设置纵向受弯钢筋和竖向剪力箍筋，提高连梁的延性;②交叉加固连梁。连梁中增加了交叉配置钢筋，可以横向斜钢筋（见图1）用于抵抗地震作用下改变方向的剪力。斜筋设置在靠近主拉应力方向的位置，以有效抑制裂缝的进一步发展，从而提高连梁的延性，避免剪切破坏;③交叉暗支撑加固连梁。小跨高比连梁用箍筋约束的小柱暗支撑代替交叉钢筋，可以防止连梁的剪切滑移破坏，显著提高连梁的抗剪承载力;④下承式钢筋混凝土连梁。对于跨高比较小的连梁，可设置纵向水平接缝，形成双连梁和多连梁。

（2） 钢连梁和组合连梁的抗震设计。为了获得更好的抗震性能，近年来国内外学者开发了钢连梁或组合连梁来代替混凝土连梁。与传统的联肢剪力墙相比，钢连梁或钢-混凝土组合连梁联肢剪力墙具有更好的抗震性能。特别是钢连梁，通过合理的设计可以控制腹板的剪切屈曲，其极限塑性变形能力和耗能能力明显优于普通混凝土连梁。预埋端板连接是钢连梁与混凝土墙肢连接的常用结构形式。钢连梁端板可用螺栓与预埋型钢暗柱连接，型钢暗柱承受剪力和弯矩，弯矩分散在墙肢中;端板也可以锚固在剪力墙上，剪力和弯矩由端板背面的锚固钢筋承担。

（3） 可更换耦合梁设计。传统连梁损坏后，地震后很难直接更换，连梁与墙肢连接的修复也很费时费力。为了在地震后尽快恢复高层建筑的使用功能，近年来对可更换连梁的研究越来越多。可更换连梁是指地震后易于维修或更换的连梁。连梁本身可以是钢筋混凝土连梁、钢连梁或组合连梁。可更换连梁分为三类：① 第二节：可更换连梁。指削弱耦合梁的一部分横截面，使耦合梁的能耗部分主要集中在削弱部分。一般主要用于钢连梁或钢骨混凝土连梁;② 带有额外耗能部件的可更换耦合梁。根据耗能元件的不同，可分为附加摩擦阻尼耗能元件的可更换连梁，附加金属阻尼耗能元件的可更换连梁，附加粘弹性阻尼耗能元件的可更换连梁和附加复合阻尼耗能元件的可更换连梁;③ 可更换连梁，整体拆卸方便。易拆卸可更换连梁主要是指整个连梁与墙体以易于连接和拆卸的方式连接。一般情况下，连梁的损坏位置不容易确定，或在连梁损坏后需要更换整个连梁。

（4） 自复位耦合梁。地震后需要维修或更换可更换的连梁，地震后无需更换自复位连梁。通过在地震过程中嵌入特殊的消能元件，起到一定的消能作用，几乎没有塑性变形。地震发生后，它发挥自复位功能，使结构恢复正常工作状态。目前，具有耗能和自复位功能的构件主要是形状记忆合金阻尼器，有的还采用预应力钢绞线和角钢进行自复位。

3结论

连梁作为联肢剪力墙结构抗震的第一道防线，在地震作用下的耗能能力非常重要。经过国内外众多学者的不懈努力，设计出了多种抗震性能良好的连梁，一些抗震连梁已在实际工程中得到应用。然而，由于结构复杂、施工不便或造价较高，一些试验中具有优良抗震性能的连梁尚未在实际工程中得到应用。研究人员需要与现场施工人员沟通，对不足部分进行改进，争取尽快将性能可靠、能耗好、施工方便、造价低的连梁应用到工程中，以提高連梁剪力墙结构的抗震性能。

参考文献

[1] 刘龙飞.新型混合连肢墙抗震性能研究[D].邯郸：河北工程大学，2016.

[2] 王志伟.筒体结构中钢筋混凝土小跨高比连梁受力分析[D].太原：太原理工大学，2018.

作者：方卫兴