范文一：建筑结构抗震性能分析

西南林业大学

本科毕业（设计）论文

（2011届）

题目1： 建筑结构抗震分析

题目2: 宁波某楼盘展厅门式刚架结构设计

教学院系 交通机械与土木工程学院 专 业 土木工程

学生姓名朱成仙

指导教师 刘德稳（助教）

评 阅 人

2011年 6 月 11 日

建筑结构的抗震性能分析

朱成仙

(西南林业大学 交通机械与土木工程学院 昆明 650224)

摘 要：通过对地震理论知识的学习研究，结合汶川地震灾害对几种结构的抗震性能进行简单的对比和分析，并介绍钢结构在震害中发生的破坏形式及各种抗震设计方法，建筑结构的抗震设计方法，旨在牢记经验教训，防微杜渐，将地震带给人们的伤害和损失降到最低。

关键词：抗震性能 抗震设计 钢结构

Seismic Analysis of Building Structures

Zhu Chengxian

(Mechanical and Civil Engineering Traffic, Southwest Forestry University, Kunming

650224)

Abstract: Theoretical knowledge through the study of seismic, combined with earthquake

disasters on the seismic performance of several simple comparison and analysis, and steel structure introduced in the form of damage and destruction occurred in a variety of seismic design, seismic building structures Design method, to keep in mind lessons learned as a preventive measure, the earthquake damage and loss to bring people to a minimum.

Key words: Seismic Performance Seismic Design Steel

1前 言

1.1建筑结构的抗震性能

1.1.1地震

地震是一种常见的自然现象，是地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的震动。

对建筑结构来讲，地震对建筑物的破坏作用是通过其所在场地、地基及基础将地震力传递给上部结构的，地震力所产生的地震加速度峰值在地表首先导致场地岩层断裂或错位，从而引起地基及基础的开裂，使建筑结构在极短时间内发生坍塌。抗震性能的好坏就直接影响到建筑物的破坏程度。

1.1.2建筑结构抗震性能的解释：

当地震来临时，建筑结构具有承受一定震动的能力，对破坏性地震采取一定的防御措施，尽量减轻生命财产的损失。

1.1.3研究抗震性能的背景

震惊世界的唐山大地震、5·12汶川大地震、3·11的日本大地震等等的太多太多的地震，让我们失去太多太多的东西，因此我们不得不去思考怎样才能让我们在不可避免的自然灾害面前所遭受的痛苦和损失减到最少。

1.1.4研究抗震性能的意义

就是希望能在设计的时候就能进行抗震的考虑，从而采取一定的措施使建筑物能承受更高的地震力，以致减少房屋的倒塌，减少生命的伤亡。

2汶川地震中的各种结构破坏程度

2.1砌体-木结构

由于木材可以就地取材，砌体使用较少，这种结构的造价非常低，在村镇多采用这种结构作为简易厂房、仓库等。但是这种结构的砌体墙和砌体柱强度不高，且大多年代较长，在地震中容易发生屋面破坏和局部倒塌，（如图l）

图1 砌体-木结构的破坏

2.2砖混结构

地震区村镇的住宅，教学楼，城市的一些旧的居民楼、办公接、小型厂房多采用砖混结构。这类结构在地震区数量最多，震害也比较严重，倒塌的结构具有以下典型特点：结构抗震体系单薄，未设置构造柱，也有未设置圈粱，预制楼板未拉结。（如图2）为砌体结构震害情况。

2.3框架结构

本次地震中，大多数框架结构的主体结构震害一般较轻，主要破坏发生在围护结构和填充墙，尤其是圆形填充墙的破坏较重(如图3) 。个别因施工质量很差、结构布置过于复杂的框架结构也发生严重破坏，甚至倒塌。

图3 框架结构的破坏

2.4框架-剪力墙结构

本次地震中，框架一剪力墙(核心筒)结构．由于具有较大的抗震刚度和承载力，

显示出了优越的抗震性能，尤其是与同一地区的框架结构相比，框架一剪力墙(核心筒)结构的非结构构件的损坏要轻很多。（如图4），在地震中仅少数围护结构产生细微裂缝。

图4 框架-剪力墙结构的破坏

2.5钢结构

由于自重较轻和强度较大，钢结构抵御地震的能力比较强，震害比较轻，在本次地震中主要发生在维护结构。（图5）为绵阳九洲体育馆，其主体结构和支座均无明显损伤，仅在围护结构和钢结构的结合处有轻微碰撞破坏。

由以上的在汶川地震中各种结构所表现出的破坏程度可知各种不同结构形式的抗震性能按以下顺序依次增强：砌体-木结构——砖混结构——框架结构——框架一剪力墙结构—钢结构。

图5 完好的门式刚架（龙门山镇，建筑物破坏严重区域）

3对几种结构的抗震性能进行简单的分析

3.1 砌体建筑的抗震性能分析

震惊世界的汶川大地震，给我国造成了巨大的损失，其中遇难6.9万人，受伤37.4万人，失踪1.8万人，房屋间毁坏21多万间。在这毁坏的21多万间房屋中，砌体结构占相当大的比例，且其破坏形态令人堪忧。

砌体结构的主要材料是粘土砖，砂浆。主要承重结构是粘土砖和砂浆砌筑的墙、柱。它是通过砌块和砂浆的相互作用及纵横墙的拉结而使建筑物达到一定的整体性和承重能力。虽然砌体有抗拉、弯、剪的强度较其抗压强度低，导致建筑变形能力小，抗震性能差等缺点，但是通过科学合理的设计是可以达到抗震要求。然而汶川地震地震中的砌体建筑缺毁坏的如此严重，这点我们不得不引起我们的反思。

3.2钢筋混凝土的抗震性能分析

钢筋混凝土框架结构是工业和民用建筑中最常用的结构形式之一。框架结构主要由梁、柱两种构件组成，构造简单、受力明确，它的优点是建筑平面布置灵活，可以通过调整柱距而满足各种建筑功能的需要，因此在建筑结构中得到广泛应用。但它有一个明显的缺点就是其侧向刚度差，抵抗水平荷载的能力较低，在地震作用下容易产生很大的残余变形，框架抗侧移刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，通常梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大故而限制了框架结构的使用高度因此框架结构只适用于中、低层的建筑物。

3.2.1 钢筋混凝土框架结构的抗震要求

我国现行的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）采用“三水准，两阶段”的设计方法来实现抗震设防目标。为了实现这一设防目标，在总结历次震害经验和试验结果研究的基础上，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定了框架结构在抗震设计中必须遵循“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”三条基本原则，并以此为依

据对框架结构进行内力调整使其在地震中实现更为合理的破坏机制来减小地震带来的危害。其中“强柱弱梁”是指节点处柱端实际受弯承载能力大于梁端实际受弯承载能力，使结构在地震中梁端先于柱端出现塑性铰，利用变形能力相对更大的梁的破坏来吸收和消耗地震能量，实现梁铰的整体破坏机制。钢筋混凝土框架在地震中的典型屈服破坏机制有：柱铰破坏机制、梁铰破坏机制、混合破坏机制。比较这三种主要破坏机制可以得到：梁铰破坏机制以为只在梁端和柱脚部位形成塑性铰，是一种更为合理的整体破坏机制。为了实现这一合理的破坏机制，我国现行的抗震规范中通过引进柱端弯矩增大系数人为地提高柱端相对于梁的抗弯能力，使框架柱在强震下不出现塑性铰，或推迟出现塑性铰，达到“强柱弱梁”的效果。

3.2.2钢筋混凝土框架结构的抗震能力

钢筋混凝土框架结构为了达到抗震设防目标一般都要求设计成延性框架，因为在框架结构中水平荷载主要由框架柱来承担，而框架柱由于截面尺寸较小，使得其抗侧移能力较差，结构变形呈典型的剪切型。为了达到较好的抗震性能，框架结构设计时就必须具有良好的延性，即要设计成延性框架，结构的延性越耗散地震能量的能力就越强，从而实现抗震设防的目标。应该指出上述抗震理论是建立在传统强度较低、延性较好的材料基础上的，这些理论经过多年的研究分析已经相当成熟。但是传统钢筋混凝土因为材料强度较低，结构在强震中的损坏是无法避免的。因此对于普通材料建造钢筋混凝土框架结构，即使按照“强柱弱梁”的原则设计成梁端先出现塑性铰的整体破坏机制，柱底塑性铰的出现仍然是不可避免的，而柱底塑性铰的出现将影响塑性破坏机制的发展使结构形成复杂的混合铰破坏机制。另外，对于钢筋混凝土结构，钢筋的屈服强度是决定结构构件承载力的主要因素。对于普通钢筋，因屈服强度较低，构件的抗弯承载力也较低，相应的弯曲屈服变形也较小，同时由于地震作用的随机性和结构进人弹塑性阶段结构动力特性变化的不确定性，在较大侧移情况下，其他楼层框架柱上端出现塑性铰的可能性依然存在，仍有可能导致形成楼层破坏机构而产生倒塌的危险。

3.2.3 改善钢筋混凝土框架结构破坏机制方法

随着社会的发展，科学技术的进步，许多新材料在各个行业大量涌现并越来越多

地得到了广泛的应用，同样在工程结构中也出现了大量高强、高性能的新型建筑材料，钢筋和混凝土也出现了与以前相比强度高出很多的新型品种。现阶段高强材料已经广泛涌现并且价格也达到了工程建设可以接受的范围，为了改善和提高结构的抗震能力可以在结构某些部位合理地引进适当的高强钢筋，利用高强材料强度高、弹性范围大的优点弥补普通框架结构在地震破坏中的不足。就钢筋混凝土框架而言，为了提高其在地震中的存活能力，可以在框架柱中引进高强钢筋来提高框架柱的抗弯承载力和相应的弯曲屈服变形能力，从而增大框架柱和框架梁之间屈服变形差，变相地达到“强柱弱梁”的目的，从而实现合理的梁铰破坏机制，避免倒塌破坏机制的出现。

3.3型钢混凝土组合结构的抗震性能分析

型钢混凝土与混凝土组合结构(简称SRC—RC结构)是在关键部位对RC结构进行了加强，因此与RC结构相比，同样具有强度大，刚性大，延性好，抗震能力强，防火、防腐性能好的特点，它又汇集了钢结构高强度、小截面、施工方便的优点。钢结构造价较高，结构主体部分完全采用SRC结构也是不现实的。SRC—RC混合结构以较低的造价实现了优越的结构性能，被认为是一种符合我国国情的较好的建筑结构形式。SAP2000是通用的结构分析软件，在合理的材料关系、荷载组合和单元模型下可模拟结构内力变化和破坏的过程。文中将模拟SRC结构、RC结构和SRC+RC结构在相同地震作用下的地震反应，分析型钢混凝土组合结构的抗震性能。

从总体上看，SRC+RC柱结构具有较好的抗震性能，其性能介于SRC柱结构和RC柱结构之间，关键在于如何合理组织组合结构中SRC构件和RC构件的配比，使得组合结构的性能达到最优化。SRC+RC柱结构形式，可以使RC柱截面大幅减小，同时还能提高柱刚度，既可以满足经济性的要求，还能达到良好的抗震效果，是一种可以推而广之的组合结构形式。

从以上三种结构的抗震性能分析中可得，型钢混凝土组合结构的抗震性能最好，其次是钢筋混凝土，砌体结构的抗震性能最差。下面将重点介绍钢结构的抗震性能。

3．4钢结构的抗震性能分析

3.4.1钢结构的特点

a.钢材与其他材料相比有如下特点

①建筑钢材强度高，塑性，韧性好

②强度高，适用于建造跨度大，高度高、承载重的结构。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，只增大变形，故易于被发现。韧性好，适宜在动力荷载作用下工作，因此在地震多发区采用钢结构较为有利。

③钢结构质量轻

④材质均匀，其实际受力情况和力学计算的假定比较符合

⑤钢结构制作简便，施工工期短

⑥钢结构密闭性好

b.钢结构的特点

不同的结构形式，抗震性能明显不同。混凝士结构的房屋受压较好，但不抵抗拉力，两种力的差距达到10倍。当地震来临时，房屋在地震波循环荷载情况下，极易发生整体垮塌。钢材基本上属各向同性材料，抗拉、抗压、抗剪强度均很高，而且具有良好的延展性，特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应。钢结构还可以看作比较理想的弹塑性结构，可以通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能量，从而具有较高的抵抗强烈地震的能力。钢结构相对于其他结构自重轻，这也大大减轻了地震作用的影响。钢结构除了抗震性能高，施工周期短、工业化程度高、环保性能好的特点也显著优于混凝土结构。

3.4.2钢结构在震害中的破坏形式

①结构倒塌。钢材发生平面外弯曲失稳造成。

②支撑构件破坏。支撑构件为结构提供较大的侧向刚度，当地震强度较大时，承受的轴向力增加，如果支撑的长度、局部加劲板构造与主体结构的连接构造等出现问题。就会出现破坏和失稳。

③节点破坏。铆、拴、焊节点传力集中，构造复杂，施工难度大，容易造成应力

集中，强度不均匀现象，再加上可能的焊缝缺陷、构造缺陷，就更容易出现连接破坏。梁柱节点可能破坏现象有加劲板断裂、扭曲，腹板断裂、扭曲，焊接部位拉脱，铆接断裂以及螺栓连接的破坏等等。

④基础锚固破坏。主要有螺栓拉短、混凝土锚固失效、连接板断裂。主要是涉及构造、材料质量、施工质量等问题造成。

⑤构件破坏。框架梁等的破坏形式主要有腹板开裂、腹板屈曲和翼缘板屈曲、扭转屈曲。框架柱的破坏主要由柱了受拉断裂，翼缘屈曲，翼缘撕裂失稳。构件拉断的原因估计是地震造成的倾覆拉力较大，动应变速率较高，材料变脆等。

3.4.3钢结构的抗震设计

①钢结构预制构件拼接建筑结构。从汶川抗震救灾中广泛使用的活动板房，归纳总结指出。在钢结构预制构件拼接建筑结构中，预制钢构件的连接增加了结构的超静定次数，从而增加了塑性铰的形成数量。构成多道抗震防线，不仅提高了结构的抗震可靠度，更延长了结构进入倒塌的过程。即使是纯框架结构(类似于汶川校舍建筑)之类的楼房，也能大大提高其抗震能力。且这种结构具有施丁方便，工期短，自重轻，结构面积小，节能，维修方便等优点，可以作为抗震结构设计类型。支撑布置方式。由高度限制，用于高层钢结构建筑的框架体系常设置支撑。同时，为控制楼层的顶点位移及层间位移，可设置水平加强层。增加支撑体系和水平加强层是提高结构整体刚度．减少梁、柱用钢量有效方法之一，具有较好的经济效果。不同的支撑布置形式对其地震响应有不同的影响。

②轻型门式刚架设计。实腹式轻型门式刚架结构按截面形式主要有两种类型：等截面门式刚架和变截面门式刚架。门式刚架结构的主体结构一般由等截面或变截而的焊接(或轧制)H型钢门架构成，柱脚常设计为铰接或刚接，维护结构通常采用压型钢板作为轻型外墙和屋面。变截面的焊接H型钢门式刚架通常将构件腹板制成楔形，只改变腹板宽度，不改变腹板厚度、翼缘的宽度和厚度[3]。依据刚架的弯矩分布特点，门式刚架柱一般由一个楔形构件组成。而梁则由几个楔形构件组成。轻型门式刚架结构体系具有施工速度快、安装方便、造型轻盈美观、造价低廉等诸多优点，近年来已经成为单、多层工业厂房、仓储库房和大跨轻钢结构的主要形式之一。

④巨型梁设置。巨型梁的设置对整个巨型钢结构的抗震性能影响很大，是巨型钢

结构抗震设计中的一个重要问题。巨型粱数量要保证结构具有足够的抗侧刚度，且要考虑巨型梁柱线刚度，使其相差不能太大，以利于抗震。在地震动作用下巨型梁位置的改变对结构的反应影响较大，而从反应谱分析中并未看出巨型梁位置改变对结构反应的影响。

⑤轻型钢结构框架节点。冷弯型钢被称为高效截面型钢，具有承载力高，整体刚度较大，节省材料等优点。节点是冷弯型钢结构体系的重要组成部分，是结构传力体系的核心构件。将四种经典稳定判别准则中的初始缺陷准则应用于非线性有限元分析。提出了研究非线性分叉失稳的初始微小缺陷法。通过分析研究证明了初始微小缺陷法是易行的和符合实际的，揭示了初始微小缺陷是实际结构存在非线性分叉失稳的真正原因。指出在研究肘形刚架时，必须考虑其非线性分叉问题才能全面地了解它的稳定性能。

⑥据了解，日本等地震高发地区的建筑中钢结构占38％，木结构占35％，混凝士结构只占20％多，而我国则相反，混凝土占到90％以上，钢结构不到5％。比起传统的混凝上结构，钢结构确实成本要高出一些。但是钢构比混凝上结构建设速度要快50％，这会节省很多时间成本。而且房屋整重量也比混凝七结构轻50％以上，这样基础处理、运输量的成本都会下降此外，钢结构柱子的截面小，可以增加5％的空间面积。理想状况下会与混凝土建筑成本持平，最差也不会超过15％。这是我们可以接受的。我国著名钢结构专家、国家钢结构工程技术研究中心总工程师侯兆欣说，“钢结构应成为重建家园的最佳选择。”总之。可以相信，随着钢结构抗震设计研究的不断进步，在不久的将来，会有越来越多让人们“信得过”的钢结构建筑问世。

4建筑结构的抗震设计

建筑物本身是一个庞大而又复杂的系统。各种构件以相当复杂的方式共同工作，并非是脱离整体结构体系的单独构件，在遭受地震作用后它的破坏机理和破坏过程相应的都十分复杂。由于地震作用的随机性、不确定性和复杂性，结构计算模型的基本假定与实际情况的差异，在结构分析方面不能充分考虑结构的间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，要准确预测结构所遭遇地震的特性和参数是很难做到的，即存在着不确定性。

因此，结构工程抗震设计问题不能完全依赖结构抗震计算设计解决，应立足于工程抗震基本理论和长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，从结构抗震概念设计的角度，遵循结构的破坏过程和破坏机理，着眼于结构的总体地震反应，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构抗震设计中的基本问题，既符合结构总体布置上的原则。又顾及到关键部位的细节构造，最终提高结构的抗震能力。

有这样的说法“地震本身不会杀人，而建筑会杀人”。汶川大地震中房屋建筑的震害情况，有些与唐山震害的情况有类似之处，特别是砌体结构房屋，如砌体承重结构强度不足、预制板与竖向承重结构连接构造措施不当，房屋就会被震垮。海地建筑质量也是相当糟糕，地震中房屋几乎全部被摧毁。我们可以发现智利地震中伤亡人数相对很少，相关专家认为原因有两个：一是居民住房多为平房或低矮的住房；二是没有“豆腐渣”工程。智利虽是个发展中目家，但智利人深知自己的周家是地震多发地。所以不想把房子造成坟墓，抗震性能普遍非常高。可想而知，在地震多发地带，建筑抗震设计是多么的重要。

地震中被毁房屋特点

对地震中被毁掉的房屋进行研究，可以发现，破坏比较严重的建筑以下几种情况：

1)沿竖向不规则建筑．破坏情况严重。不规则建筑物。尤其是沿竖向不规则的房屋建筑，破坏较严重。典型的有两类：一是结构底层为空旷结构。下部为薄弱层；结构底层为空旷结构的房屋大多底层为大开间框架结构，方便使用。房屋震害丰要表现为底层倒塌、倾斜，原因是底层形成薄弱层，刚度和强度均不足。二是突出屋面的小塔楼结构。突出屋面小塔楼由于沿竖向质量和刚度的突变，易产生鞭梢效应。在地震

中绝大部分受到损坏。

2)钢筋混凝土结构未能实现“强柱弱梁”机制。震害总体情况表明，框架一剪力墙结构大部分基本完好或轻微破坏，未发现严重破坏。但有少数框架结构严重破坏或倒塌。框架结构的破坏形态大部分为柱上下端破坏，或框架梁、柱节点核心区剪切破坏或压酥。破坏形式为柱端屈服破坏，属“强梁弱柱”形式。

3)框架结构中楼梯间震害较普遍。地震中，框架结构中板式楼梯破坏严重。在有些倒塌破坏的房屋中。楼梯间本应成为重要的逃生通道，但却是倒塌破坏最严重的区域。

4)框架结构填充墙破坏。填充墙破坏是框架结构最为常见的震害，汶川地震中也尤为突出。

5)装配式楼盖破坏较严重。关于预制板结构破坏，在19r76年唐山大地震中已有较多震害。地震区大量的砌体结构房屋中，普遍采用预制空心楼板，由于未按规范要求设计成装配整体式楼盖，地震中当墙体破坏或外闪，导致楼板塌落，因而达不到装配整体式楼盖的作用。

6）为了提高房屋的抗震性能，我们在建筑结构设计的过程中，必须加强抗震设计。根据地震中被毁房屋特点，建筑结构抗震着重从概念设计，抗震计算与构造措施个方面进行加强。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则，抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段．构造措施可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等方面上保证抗震计算结果的有效性。

4.1抗震的概念设计

《抗震设计规范》（GB50011-2010）条文说明中明确提出“结构抗震设计性能的决定因素是良好的概念设计”。概念设计是指依靠设计者的知识和经验，运用思维和判断正确地的决定结构的总体方案和细部构造，做到合理的抗震设计；计算设计是仅靠计算分析得出的数据进行的抗震设计(也称为数值设计)；抗震构造措施是指根据抗震概念设计原则，一般不需要计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求，以保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结构的整体性。概念设计与计算设计之间存在着辩证逻辑关系。概念设计不仅弥补了计算设计的一些不足，使计算设计的结果尽可能地反映结构的实际地震反应，同时概念

设计对计算设计提出了更高的要求，从而促进了计算方法和计算手段(比如三维空间分析、弹塑性时程分析等)的不断发展，而且也使概念设计的某些内容能够通过计算设计来体现。当然计算方法和计算手段的发展，也深化了概念设计。正是概念设计与计算设计之间的这种关系，促使了结构抗震设计水平的不断提高和发展。

在结构抗震设计中概念设计、计算设计和抗震构造措施应当有效地融合。针对传统设计将规范或规程中规定的功能指标作为归宿，一旦计算或验算满足设计即宣告设计的完成，而对结构的实际工作性能及结构的破坏过程、破坏模式等无法预期，应当变被动设计为主动设计，即将结构物的功能作为起点和控制的目标，反过来对结构物提出各种要求，从而克服盲目性，提高设计的自觉性。因此，结构抗震设计本身就是概念设计的具体表现，但同时它又不仅仅只是概念设计，它是一套完整的设计理念、计算方法和设计构造，即是概念设计、计算设计与构造措施的融合。

4.2概念设计的内容

造成建筑物震害的原因是多方面的，针对各方面的原因，保证抗震设计的效果，概念设计的内容主要包括以下几个方面：注意选择有利场地，合理选用建筑体型和结构布置，采用合理的抗震结构体系，提高结构的延性，保证非结构构件的安全以确保结构的整体性，采用隔震消能技术等。

4.2.1 注意选择有利场地

选择工程场地时，首先应进行详细的勘察，搞清楚地形、地质、地貌以及地下的情况，挑选对建筑物抗震有利的地段，一般指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土，在此类场地上建造的建筑物一般不会发生由于地基失效而导致的震害，是从根本上减轻地震对建筑物震害的手段之一。对建筑抗震不利的地段，就场地土质而言，一般是指软弱土、易液化土、旧河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段；就地形而言。一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非岩质的陡坡、河岸和边坡的边缘。选择时应尽可能避开这类地段，任何情况下都不得在抗震危险地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物，因为由于场地因素引起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仪依靠工程措施来弥补是很困难的。

4.2.2合理选用建筑体型和结构布置

房屋平面布置要规则——结构力求对称。房屋外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大，形心质心偏心大，同一结构单元内，结构平面整体性，各构件之间的连接必须可靠。

建筑结构的动力性能主要取决于建筑物的建筑体型和结构布置。建筑体型简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋良好的抗震性能。实践表明，简单、规则、对称的建筑物抗震能力较强，容易准确计算其地震反应，可以保证地震作用具有明确直接的传递途径，容易采取抗震构造措施和进行细部处理，在地震时不易被破坏：反之，如果房屋体形不规则，平面七凸出凹进，立面上高低错落，在地震时就容易产生震害。

4.2.3采用合理的抗震结构体系

抗震结构体系是结构抗震设计中应考虑的关键问题，抗震规范对建筑结构体系有明确的规定：结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

目前主要应用的结构体系按结构材料分类有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢一混凝土结构等：按结构形式分类有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简体结构等。结构体系的合理与否受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等诸多方面冈索的影响，是一个综合的技术经济问题，需进行周密考虑确定。提倡采用“强柱弱梁”框架。为避免框架倒塌，提倡采用“强柱弱梁”框架结构而避免“强梁弱柱”。避免出现薄弱楼层。多层结构中如出现薄弱楼层，地震时该楼层就会出现较大的塑性变形集中，而楼层刚度分布均匀的多层结构，相对基础而言底层成为整个结构的薄弱楼层。在确定结构方案时，要避免出现薄弱层，如有薄弱层时应该在结构上给以加强。填充墙的利用。砖砌围护墙和隔墙。嵌砌于框架之间，地震力作用时可减轻主体结构的破坏。应用轻质材料。材料质量越小，地震力作用越小，所以在房屋的墙体、楼板框架隔墙、维护墙及房屋构件中应尽力选择轻质材料以减轻地震力的作用，提高房屋的抗震能力。“设置多层防线。由于地震力作用具有一定的持续性、不确定性、复杂性．将在短时间内对建筑物进行多次冲击。形状和刚度不均匀不对称，平面长度过长等，均不利于抗震。改进加强楼梯闻的设计，进

一步提高楼梯间构件的安伞度。如前所述．楼梯间本应是重要的逃生通道，但此次震害中，楼梯问倒塌破坏情况较多，需要引起我们进一步的重视。

4.2.4提高结构的延性

延性对抗震来说是极为重要的一个性质。结构的性可定义为结构在承载力无明显降低的前提下发生非弹性变形的能力。结构的延性反映了结构的变形能力，是防止建筑物在地震作用下倒塌的关键因素之一。对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点：（1）混凝土极限压应变；（2）破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。在结构抗震设计中为了保证结构的延性，经常采用以下的措施：控制受拉钢筋的配筋率．保证一定数量的受压钢筋，通过加密箍筋保证纵筋不致局部压屈失稳，约束受压混凝土，以及对柱子限制轴压比等。

强度和刚度匀称。多层建筑应该使其各层之间强度和刚度匀称，如存在薄弱搂层．则该处就会成为地震力作用下的变形集中部位，从而使建筑物首先从该部位发生严重破坏，甚至整个建筑的破坏。

4.2.5 保证非结构构件的安全以确保结构的整体性

结构超静定次数多。静定结构的杆件受力系统和传力路线单一．一根杆件的破坏，就使整个结构体系因此而失效。超静定结构在超过其荷载能力时，先使多余杆件发生塑性变形．消耗吸收一部分能量，而保证整个结构的稳定性，减少地震破坏。超静定结构次数多，则消耗地震能量也就愈多，建筑抗震能量越强。形体突变部位加强。当建筑形体有突变部位时，应采取加强措施。

结构是由许多构件连接组合而成的一个整体，并通过各个构件的协调工作来有效地抵抗地震作用。所以建筑结构应有使结构在地震作用时能够保持整体的结构连续性，有满足传递地震力时的强度要求，有适应地震大变形的延性要求，有保证构件之间的可靠连接，有使结构沿纵、横2个方向足够的整体竖向刚度，并使房屋基础具有较强的整体性，以抵抗地震时可能发生的地基不均匀沉降及地面裂隙穿过房屋时所造成的危害。结构在地震作用下丧失了整体性。则结构各构件的抗震能力不能充分发挥，这样容易使结构成为机动体而倒塌。因此，结构的整体性是保证结构各个部分在地震作用下协调工作的重要条件，确保结构的整体性是抗震概念设计的重要内容。强构件

的相互连接。多个构件有可靠的连接才能保证各个构件的强度充分发挥，才能更好地传递地震力．使各个构件都能充分地吸收地震力。提高整个构件的延性。构件连接不破坏，整个结构才能保证其整体性，各构件之间的连接必须可靠。

4.2.6采用隔震消能技术

隔震消能的摹本思想是使基础和上部房屋结构分离，隔离地震能量向建筑物的输入。实现地震时地动而建筑物基本不动，达到保证建筑物安全的目的。地震时，地面运动能量经过基础输入到房屋结构，致使房屋结构发生振动、变形，甚至倒塌。目前常用的基础隔震方法是在建筑物和构筑物基础部位设置橡胶支座，利用橡胶支座水平柔性形成的柔性隔离层吸收或散耗地震能量，阻止或减小地震能量向建筑物和构筑物上部结构传递，使整个建筑物和构筑物自振周期延长。从而减小建筑物和构筑物上部结构对地震的反应。选择耗能构件。力求水平构件吸收较多的地震力，先于竖向构件破坏，从而满足建筑物震后坏而不倒的要求。进一步推广隔震技术，提高结构抗震性能国内外多次地震以及本次3·11日本大地震都证明，隔震技术能极大地提高结构抗震性能，是一项比较成熟的技术，而且所增加费用有限。

4.2.7 抗震概念设计的总结

抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等所形成的总体设计准则，设计思想进行建筑和结构的总体布置，确定细部构造的设计过程，对从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节，构造良好的结构抗震性能具有重要的决定作用；抗震计算和验算为抗震设计提供定量手段：抗震构造措施可以保证结构的整体性，加强局部薄弱环节以及保证抗震计算结果的有效性。抗震设计中的概念设计、计算设计、构造措施是不可分割的整体，忽视任何一部分，都可能导致抗震设计的失败。

4.3 抗震计算与构造措施

4.3.1抗震计算

各类建筑结构的地震作用，应按下列原则考虑：

1)一般情况下，应允许在建筑结构的2个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。

2)有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15。时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

3)质量和刚度分布明显不对称的结构，应计人双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计人扭转影响。

4)8度、9度时的人跨度结构和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。底部剪力法和振型分解反应谱法是结构抗震计算的基本方法，而时程分析法作为补充计算方法，仅对特别不规则、特别重要的和较高的高层建筑要求采用。

抗震计算方法的采用应符合：

（1）高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沼高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。

（2）除第l条外的建筑结构，宜采用抗型分解反应谱法。

（3）特别不规则的建筑、甲类建筑和烈度、场地内限定高度范围的高层建筑应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

4.3.2构造措施

混凝土结构，一般是通过钢筋砼构件截面高宽比限值，最小配筋率要求，承重柱轴压比来控制。砖混结构．常见构造措施有限定房屋总高度和层数层高；在纵、横墙中设置钢筋混凝土构造柱、网梁；房屋的高宽比、横墙阅距局部尺寸进行限值控制；设置防震缝等。修订后的抗震设计规范中增加了强制性条文．突出屋顶的楼、电梯问，构造柱应伸到顶部，并与顶部圈粱连接，内外墙交接处应沿墙高每隔500ram设2<>

5 总 结

我国是地震的多发性国家，地震区（基本烈度在6度及以上的地区）的面积占全部国土面积的60%以上。在目前无法准确预报、无法消除地震的情况下，抗震防灾工作是减灾地震灾害的根本措施。前车之鉴，值得反思，结构工程师应认真学习国家抗震法规，充分重视抗震设计，本着对人民生命财产安全高度负责的精神深入实际，扎实工作，为减少地震带来的灾害而继续努力。

参考文献

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[5] 王翠坤，杨沈，汶川地震对建筑结构设计的启示。震灾防御技术，2008，3(3)。

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[8] 吴芸．不同连接形式的钢框架抗侧力性能研究．武汉：武汉理工大学学位论文，2003

范文二：西安鼓楼抗震性能分析

西安鼓楼抗震性能分析

，，,,,,,,,，，，，赵 鸿 铁马 辉薛 建 阳张 风 亮张 锡 成 ,,，,,，,西安建筑科技大学土木工程学院 陕 西 西 安 西部建筑科技国家重点实验室 筹 陕 西 西 安 :,::,,,,:,::,,,,

，,，摘 要 分析了西安鼓 楼 的 防 震 构 造 建立了鼓楼上部木结构的三维有限元模型 并对有限元模型输入 ,,

,，,,波 加 速 度 峰 值 作 为 地 震 激 励 进行了柱根和柱顶的位移及加速度 曲 线 等 分 析 结 果 表 明 防,,,,,:,::,,,,

，，震构造有利于鼓楼的抗震 鼓楼柱础与木柱的连接形式 具有一定的隔震效果 上部木结构具有减震耗能的能

力 ，鼓楼具有良好的抗震性能 ,

,,,,,关 键 词 西 安 鼓 楼 木 结 构 防 震 构 造 抗 震 性 能 有 限 元 分 析

,,,,,中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 :,,:,:,,:,:::,:, ,,,,,,,,,::,)))

，我 国 是 一 个 地 震 多 发 的 国 家 很多古建筑都 位 于 较

，高 的 地 震 烈 度 区 其 中 西 安 鼓 楼 就 位 于 度 设 防 的 地 ,

，，震 烈 度 区 内 据 文 献 记 载 自 年 以 来 西 安 鼓 楼 ,,,,,

，共 经 历 了 次 级 以 上 较 大 地 震 鼓楼 都表现出较好 ,,

，，，的 抗 震 性 能 虽 然 有 所 损 坏 但 整 体 结 构 仍 然 良 好

如 图 最 近 一 次 地 震 是 四 川 汶 川 所 示 级 特 大 地 , ,,,:

，，震 其 对 鼓 楼 的 破 坏 程 度 接 近 度 左 右 鼓楼 只是出现,

，了一 些 较 小 的 缝 隙 这 说 明 鼓 楼具有一定的抗震能

力 为 了 更 好 的,

了 解 西 安 鼓 楼 的 抗 震 性 能 ，本文首 先从建筑防震 措 施

方 西 安 鼓 楼 图 ,

,,,,, ,,′,,,,,, ,:,,, ，面 来 研 究 其 防 震 机 理 然后对鼓楼 上部木结构进 行 了 地

西安鼓楼结构特点 , 震 有 限 元 分 析 ,

,,，，西安 鼓楼始建 于明太祖洪武十 三 年 公 元 年 整 体 高 由 高 的 台 基 和 高 的 ,,,: ,, ,, , ,, ,

歇

，，，山 顶 重 檐 两 层 木 结 构 组 成 鼓 楼 高 台 基 为 长 方 形 东 西 向 长 为 南 北 向 宽 为 台 基 内 部 主 ,,,,,,,,,

，、要 为 人 工 分 层 夯 实 的 素 填 土 外 部 为 青 砖 砌 筑 台 基 南 北 正 中 辟 有 高 宽 各 为 券 洞 门 上 部 木 结 ,, , ,构 东

,,,，、，,，西 向 长 面 阔 七 间南 北 向 宽 为 进 深 三 间 通 高 中 心 柱 周 围 有 西 根 根 木 柱 ,,,, ,,,,, ,,, ,: 安 ，，,鼓 楼 建 筑 中 间 立 柱 高边 柱 高柱 直 径 为鼓 楼 的 主 梁 截 面 尺 寸 大 致 为,,,,,,,,,,::::,,,::

:×

防 震 构 造 ，，，, 柱 下 端 支 承 在 台 基 柱 础 上 木 柱 之 间 由 较 大 高 跨 比 的 梁 连 接 梁 与 柱 采 用 榫 卯 连 接 形 成 歇 ,::,,, 山 顶 式 木 框 架 图 鼓 楼 的 剖 面 图 和 平 面 图 ,,, ，为了 更好的了 解西安鼓楼的防震构造 本 文 主 要 从鼓楼的下部 高 台 基 和 上 部 木 结 构 两 部 分 进 行

分

收 稿 日 期 ,修 改 稿 日 期 ,,:,:,,,, ,:,,,,,: ))))

,,，,,,,,基 金 项 目 国家自然科学基金资助项目 ,,,:,:,,,,,:,,:,国家文物局文物保护科学和技术研究课题 ,:,,:,,,陕 西 省 教 育

厅科研计划基金资助项目 ,, ,,:,:,,,

作 者 简 介 ,赵 鸿 铁 ,,，男 ，江 苏 常 州 人 ，教 授 ，博 导 ，从事钢与混凝土组合结构 、钢筋混凝土结构 、古建筑及其抗震性能研究 ,,,,,)

,第 卷 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报 自 然 科 学 ,, , ,版

图 鼓楼的剖面图和平面图 ,

,,,,, ,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,, ,:,,,

，析 下面主 要对它们的 结构特点和 做法等进行论述 ,

下 部 高 台 基 ,,,

高台 基是指古 建筑台基建造在一个人工的基础 上而形成的一 种 特 殊 的 基 础 在 高 台 基 上 建 造 房 屋 ,

，，就 形 成 了 高 台 基 建 筑 西安鼓楼是 典型的高台基 木 结 构 古 建 筑 与 普 通 木 结 构 古 建 筑 相 比 其 特 点 是 ,

台

基 下 面 拥 有 一 个 高 高 的 人 工 基 础 ，而台基的做法和一般的古建筑台基做 法 是 一 样的 由于西安鼓楼和故 ,

,,,，宫 建 筑 群 都 是 明 代 重 要 的 建 筑 因此 可以参考故宫的基础做法来分 析 鼓 楼 高台基的构造特点 整 个 高 ,

，,,,,,,,,,,,台 基 构 造 大 致 顺 序 表 示 如 下 木 桩 圆 木 筏 形 层 碎 砖 粘 土 层 灰 土 层 砖 砌 体 木 桩 ,,,,,,层

和圆 木筏 形层的采 用类似现代的桩基础形式 ，木桩上有圆木作为承台 ，这 种做 法 可 以 有效的防止上部木

，，结 构 产 生 不 均 匀 沉 降 保证了鼓楼 上部木结构的 安 全 稳 定 圆 木 层 上 面 是 碎 砖 粘 土 层 和 灰 土 层 碎 砖 ,

粘 ,，土层 一般 由是一层 碎砖一层粘土的夯实而成 灰土中一般会加入糯米一层 可 以 有 效 的加强基础灰土

，，，粘 结 力 在 地 震 作 用 下 基础的木柱具有一定的变形 而圆木层则可以相 对 的 滑 动 这 样就起到了减震的 ,

的 ,，，，效 果 木 承 台 上 面 的 人 工 夯 土 层 特 别 是 灰 土 层 由于加入了糯米层 这 就 使 得 夯 土 层 变 柔 起 到 了 隔

，，能 的 作 用 从 上 面 分 析 可 知 良好的地基基础是鼓 楼 上 部 木 结 构 安 全 稳 定 的 重 要 保 证 单 纯 从 构 振 耗 ,

造 方 面 ，，，看 偏 柔 的 人 工 基 础 类 似 一 个 隔 震 耗 震 层 其 对 鼓 楼 抗 震 的 性 能 是 有 利 于 的 这 里 暂 不 讨 论 高

在是 否会 影响上部 结构的力学性能 台 基 的 存 , 上 部 木 结 构 ,,,

， 鼓楼 的上部木 结构和典型的中国木结构古建筑 结构形式是一 样 的 下 面 主 要 从 柱 础 与 木 柱 的 连 接

、、、 方 式 木 构 架 及 其 榫 卯 连 接 铺 作 层 屋架体系等方面来分析鼓楼上部木 结 构 的 防震 构造 ,

柱 础 与 木 柱 的 连 接 ,,,,,

鼓楼 的柱础与 木柱的连接形式是我国木结构古 建筑的特点之一 这 种 连 接 方 式 是 木 柱 直 接 浮 搁 ,

置

，，，在 柱 础 石 的 水 平 顶 面 上 使得上部 木结构与下部 基 座 断 离 开 来 因 此 木 柱 柱 根 是 不 会 传 递 弯 矩 的 改

，了 结 构 的 内 力 传 递 方 式 柱础只对 柱根提供竖向支持力和一定的水平摩 擦 力 其 既 可 适当的滑移又变 ,

,,可发 生 转 动 文 献中 给出了柱脚滑移的判别条件即当柱根加速度反应与 重 力加 速 度 的 比值一旦超过,,

，，柱与 础 石 之 间 的 静 摩 擦 因 数 柱 子 就 会 发 生 滑 动 在 水 平 地 震 作 用 下 这 种 滑 动 趋 势 随 着 地 震 作 用 的 ,

，，增 大 越 明 显 从 而 减 轻 了 地 震 对 上 部 木 结 构 的 作 用 这 种 处 理 做 法 是 我 国 古 代 建 筑 技 术 的 一 大 特 点 ,

，，类 似 现 代 的 隔 震 处 理 起 到 一 定 的 隔 震 作 用 此 外 露明的柱础石可以有效的保证 木 柱 柱 根的 木材不被,

，腐蚀 提 高 了 木 柱 的 耐 久 性 能 ,

木 构 架 及 榫 卯 连 接 ,,,,,

，，，西 安 鼓 楼 采 用 木 构 架 承 重 这 种结构形式类似 于 框 架 结 构 形 式 墙 壁 不 承 受 竖 向 荷 载 只 起 到 围

护

，，、和 隔 挡 的 作 用 鼓 楼 木 构 架 主 要 由 中 心 柱 根 周 围 根 圆 柱 承 重 并 且 梁 柱 等 构 件之间均采用榫,,,,:

，，,卯 连 接 鼓楼 木构架的整 体刚度主要 是由较大高跨比的梁来实现 高 跨 比 越 大 其 抗 弯 刚 度 越 大 由 于 这 ,

种

,第 期 赵 鸿 铁 等 西安鼓楼抗震性能分析 , ,

，，，高 抗 弯 刚 度 梁 的 存 在 这就使得它 与木柱连接处 的 内 力 较 大 震 时 这 种 内 力 可 能 会 急 剧 增 大 对 木 地

构

，，架 是 不 利 的 所以梁柱 之间的榫卯 连接可以有效 的 减 轻 内 力 集 中 此 外 榫 卯 连 接 的 另 一 个 特 点 就 是 , 、，，其 节 点 刚 度 是 变 化 的 不 是 定 值 刚度与连接变形有密切关系 它 是 一 种 典 型 的 半 刚 性 节 点 所 谓 半 刚 ,

，接 节 点是 指比 刚接点变 形大而比铰接点变形小的特点 介于刚接点与铰接点 之 间 的 节点 连接 所 以 这 ,种 连 接

方式 在地 震时可以 吸收部分地震能量 ，缓 和 整 个 结 构 的 地 震 反 应 ，起 到 了 耗 能 的 作 用 ，对 于 鼓 楼 的 抗 铺 作 层 ,,,震 、、铺作 层是指柱 架层与梁架层或平座层之间的 过 渡 层 铺 作 层 主 要 由 纵 横 交 叉 互 相 咬 合 层 层 铺 , 是 十 分 有 利 的 ,、、、，、叠 的 斗 栱 昂 枋 等 组 成 其基本构件主要是水平放置的方形斗 弓 形 的 栱 和 斜 置 的 昂 铺作层在竖向,

，，， 梁架与柱架间铺作的单朵 内主要呈倒梯形座于柱头之上上承梁架层整体转角各层间摩擦系剖面,

， 盖的 重量 决定了斗 栱层所能传递的摩擦力的大小 限定了其上梁架层所 能 发 生 的最 大水平加速数及屋

，度 部 荷载 穿过 斗栱逐渐 地将上部荷载集中于柱头上 与采用柱支承梁的简单 形 式 相 比要 有利的上,

，多 鼓 楼 结 构 屋顶 荷载 正是通过 这种结构形式传递给檐柱与内柱的 然后借助木柱将 其 传 递 到地 基,

在 水 平 地 震 作上,

用 下 ，坐斗 与柱头之间 的滑移摩擦 可以消耗一部 分 地 震 能 量 ，减 轻 地 震 对 结 构 作 用 ,斗 栱 在 竖 向 地 震 作

，，，用下 经过 多重斗拱 之间的磨合与变形 具 有 较 大 的 柔 性 犹 如 一 个 弹 簧 减 震 器 一 样 在 剧 烈 颠 簸 中 能

，，耗 掉 相 当 部 分 的 地 震 能 量 从而防 止了主体结构 在 振动时发生较大 的 破 坏 对 结 构 的 抗 震 十 分 有 消 屋 架 体 系 ,,,

利 除，，屋架 体系是指 木结构古建筑的屋顶部分 屋架体系主要依靠横向大 梁 承 重 横 向 大梁为一品简支梁 ,

此 之 外 ，斗 拱 因 其 外 形 的 特 点 ，再加上表面图彩绘制 ，因而具有建筑装饰 的 效 果 ，，，,层 叠 相 抬 的 平 面 复 合 梁 架 以 柱 头 铺 作 为 支 座 一 层 上 再 抬 一 层 层 层 缩 进 举 高 从 而 构 成 整 体 呈 三 角 形

,,，，的 举 架 各 层简支梁在 距梁头一椽 投影长度位置 设 蜀 柱 瓜 柱 蜀 柱 头 上 再 安 放 沿 纵 向 布 置 的 檩 檩 ,

，，、，上 密 排 横 向 布 排 的 椽 椽 上 铺 望 板 板 上 覆 以 瓦 茸 鸱 吻 等 从 而 形 成 厚 重 的 屋 架 层 鼓 楼 的 屋 架 层 占 ,据 着

其 上 部 木 结 构 的 大 部 分 质 量 ，保证 梁架层的稳定 就 显得十分重要了 ，由 于 坐 斗 与 柱 头 是 分 离 的 ，因 此 可

，以将 鼓楼 的梁架整 体简化成一个三角形质量块坐落于柱头上 如 图 所 示 鼓 楼 的 梁 架 跨 度 为 ,,,,,,,, , ,,,?? , ,,,,, ,, ,? ，,，,， 向 高 度 为 头 与坐斗间的静摩擦力为 静 摩 擦 系 数 为 水 平 并假设屋架重量为 柱,,竖,,: ,,,,μ, , ，，，,，地 震 作 用 为 竖 向 地 震 作 用 为 对 点 取 弯 矩 要保证屋架层稳定 则 应 满 足 以 下 条 件 ,,, ,, ,, ，根 据 国家 建筑抗震设计 规 范 鼓

， 楼 在 水 平 地 震 和 竖 向 地 震 作 用 下 有

,, ,,,,, ,α,,,

,, ,,:(,,,,, ,,,

，其 中为 水 平 地 震 影 响 系 数 西, α

，,安 为 区 取 度 抗 震 设 防 ,:(,,, α,

，为 等 效 总 重 量 荷 载 代 表 值 对 于 屋 ,,,

，,,,,图 梁 架层受力示意图 架 层 取 代 入 将 和 式 ,,,,,, ,？

,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,::,,,,,, ,,，得 到,,式 左 边 为 ,，右 边 ,,:(,:,,

,，为 故 鼓 楼 的 屋 架 层 满 足 抗 倾 覆 要 求 ,(,::, (

，，,当水 平地震作 用小于柱头与坐斗间的摩擦力时 屋架层在柱头上不 会 产 生 水平 滑移 则 有

,,?,,,,, ,,, ? μ,, ,求 解,,式 得 ,，即当 柱 头与坐斗间的静摩擦系数 大 于 时,木 材 间 的 静摩擦系数显然是 ,:(,:,:,,:,? μ

符 合 要 求 的 ,，则可 以满足鼓楼屋架层的抗滑移要求 ,

，，， 厚重屋架层 是木构架之 间的连接趋于密合 柱结构之间的 体性和 也 此外是加强梁整稳定性是维

,第 卷 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报 自 然 科 学 ,, , ,版

持柱 础底 部抗滑移 能力等的必不可少条件 ,

其 他 构 造 ,,,

，，、，鼓楼 建筑结构 平面是典型的矩形布置方式 具 有 对 称 性 质 量 刚 度 分 布 较 均 匀 这就使地震时弯曲

，，振 动 和 扭 转 振 动 藕 合 较 轻 防止了 局部合成内力过大 这主要是由于刚 度 中心 与 质 量 中心位置偏差较小

，，的 原 因 为 了 改 善 角 柱 的 受 力 状 态 鼓楼采用将角 柱 两 边 的 立 柱 用 具 有 较 大 高 跨 比 的 梁 来 连 接 再 在 ,

其 ，，上立 一圆 柱用以将 屋顶荷载的一部分分配给边柱 从而减弱了角柱的受 力 强 度 而 中 间部分则采用通

柱

，，提 高 了 其 承 载 能 力 外 这种梁构件的添加使得 整 个 结 构 在 对 角 线 方 向 上 弯 曲 刚 度 增 大 从 而 使 结 构 另,

，，，整 体 性 加 强 同时也使 建筑平面各 个方向上的刚度趋于均匀 这 些 都 有 利 于 抗 震 此 外 平板枋及其他连 ,

，接件 的使 用都提高 了西安鼓楼的整体结构刚度和构件的抗弯刚度 鼓楼底 层 墙 壁将 柱子完全包在墙内 , 有效 的提 高了鼓楼 结构体系沿墙体方向的抗侧移能力 ，增强了结构的整 体 性 ，在 某 种 意义上说发挥了剪

， 力墙作用抵制部分水平地震产生的不利影

鼓楼上部木结构有限元分析 , 响, 有限元模型的建立,,,

，为了 更好的了 解鼓楼上部木结构的抗震性能 根 据鼓楼的结构 特 点 并 结 合 中 国 古 建 筑 木 结 构 的

特，，，征 利 用 软件 建立鼓楼上 部 木结构有限元模型 鼓 楼 的 上 部 木 结 构 主 要 考 虑 其 木 构 架 其 对,:,,,,

中

、,梁 柱 均 采 用 单 元 梁 柱 的 榫 卯 连 ,,,,,,,

接 采 用 弹 簧 单 元 来 模 拟 其 半 刚 性 ,:,,,,,,

,,特 性 斗 栱 模 拟 采 用 弹 簧 单 元 厚 ,:,,,,,,

重 屋 顶 采 用 质 量 单 元 并 以 集 中 质 量 ,,,,,,

的 形 式 加 载 在 柱 顶 上 如 图 所 示 ,,,

榫 卯 节 点 和 斗 栱 的 刚 度 系 数 参 照 文 献

,,，中 所 给 出 的 值 其 中 榫 卯 连 接 节 点 的 ,::

,转 动 刚 度 为 ,θ,, ,θ,,θ,, ,,,,:,,,: ,

,,，? 卯 柱 架 水 平 刚 度 为 榫,,,,,,,,,,,,

,,,，,,,, 栱 的 水 平 斗,:,,,,,:,,:,:,,,,,，侧 移 刚 度 为 ,,,,,:,,,:,,,,,: , ,图 鼓 楼 上 部 木 结 构 有 限 元 模 型 ,

,,,，转 动 刚 度 为 ,,?,,:,:,,,:,:,:,:,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,,,,,,

,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,, ,:,,, , 柱 础 与 木 柱 的 连 接 弹 簧 刚 度 为 ,,,,,,

,,,,,,,,, 材 和 夯 土 的 力 学 性 能 指 标见 表 木 ,:,,,,

表 木材和夯土的主要力学参数 ,地 震 有 限 元 分 析 ,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,::,,,,,,,,,,,:,, ， 采用 时程分析 法对鼓楼进行地震反应分析 ),:,,?性 能 泊 松 比 密 度弹 性 模 量 , ,,,,,: 根 据 国 家 建 筑 抗震设计规范和 西 安 设防烈 度要 夯 土 ,,:: ,,:, :,,, ，求 选 择 加 速 度 峰 值 为波 作 为 ,::,,,,,,,,,:,木 结 构 ,,: ,,: :,,, ，，地 震 波 激 励 时 间 间 隔 为 持 时 为 对:,:,,,:,,

，鼓楼 的上 部木结构 输入上述地震波进行地震反应 分 析 震特点和整体 木 结构的抗 震性 为了了解柱础隔

，， ，能 木 构 架 通 柱 柱 根 及 柱 顶 节 点 作 为 研 究 对 象 分别得出柱根及柱顶 的 位移 和 加 速 度 响 应 曲 线 图取如

示 所,,

，，， 从 图 柱根位 移及加速度曲线中可知 在 地 震 激 励 作 用 下 通柱柱根的位 移 为 ,,::,,,,:,,,,,,,,,， 速 度 为 根 据 文 献 的 判 别 条 件 柱 脚 滑 移 的 判 别条件即当柱根 加 速度 反 应与 重力 加 速 加,,,:, ,,,,

，度的 比值 一旦超过 柱与础石之间的静摩擦因数 柱子就会发生滑动 本文 计算 得 到 的 柱根加速度与重力 ,

，，，加 速 度 比 值 为 与 实验得到的柱与柱础间的摩擦系数 左 右 较 接 近 柱 根 将 发 生 滑 移 但 :,,,,:,,:,, :

，，滑 移 不 是 很 大 柱 根 的 动 力 系 数 为 动 力 系 数 小 于 说 明 柱 础 发 生 滑 移 起 到 了 隔 震 减 震 的 作 ,:,,,:,

，用

,第 期 赵 鸿 铁 等 西安鼓楼抗震性能分析 , ,

，验证 了柱 础与柱的 这种连接方式具有一定的隔震减震效果 对 鼓 楼 的 抗 震 是 有 利 的 ,

图 柱根位移及加速度曲线 ,

,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,:,,:,,,,,::,

图 柱顶位移及加速度曲线 ,

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,:,,:,,,,,,,,

,，，，,在 图 柱 顶 位 移及加速度曲线中 可 知 通 柱 柱 顶 的 位 移 为 加 速 度 为 动 力 ,,,,,,,,,,,,,,,

系

，，,,，数 为 动 力 系 数 小 于 这一 计算结果与文献 中 的实验结果趋 势 是 一 致 的 说 明 了 整 体 木 结 :,,,,,,

，，构 具 有 减 震 的 能 力 从 上 文 的 分 析 中 可 知 木 结 构 具 有 减 震 的 能 力 主 要 是 因 为 柱 础 的 隔 振 梁 柱 间 榫 ,

卯 连

，，接 的 摩 擦 耗 能 铺作层 的耗能减震 以及古建筑的 建 筑构造措施等等 从 上 述 分 析 可 知 鼓 楼 上 部 木 结 ,

构 ，,具 有 良 好 的 抗 震 性 能 这也是鼓楼 经历数次地震依然屹立在关中大地的 原 因 所 在 同 时通过对鼓楼上

结论 , 部

木 结 构 的 有 限 元 分 析 ，也进一步验 证了前文关于鼓楼防震构造的分析结论 ,，,本文 主要是从 防震构造和有限元分析两方面来分析西安鼓楼的抗 震 性能 得 出 以 下 结 论

,,， 鼓 楼 下 部 的 人 工 基 础 具 有 一 定 的 变 形 对于鼓楼的抗震是有利的 ,,

,,,木 柱直接浮搁 置在柱础上 可以起到滑移隔震的作用 木构架的榫 卯半 刚 性 连 接具有摩擦减震的 ,

,,,作 用 铺 作 层 起 到 了 耗 能 减 震 的 作 用 屋 架 层 保 证 了 结 构 在 地 震 作 用 下 的 稳 定 性 能 鼓 楼 建 筑 结 构 平

、形 式 其他 连接件的使 用以及底部 墙体等对鼓楼的抗震都起到了一定的 作 用 面 ,

,,，，通 过 对 鼓 楼 上 部 木 结 构 的 有 限 元 分 析 在 地 震 激 励 作 用 下 通 柱 柱 根 的 位 移 为 ,,::,,,,:,,,，，,，,柱 根 的 动 力 系 数 为 说 明 柱 根 发 生 滑 移 起 到 了 隔 震 减 震 的 作 用 加 速 度 为 ,,,,,:: ,,:,,,:, ,，,，，通 柱 柱 顶 的 位 移 为 加 速 度 为 动 力 系 数 为 说 明 柱 础 以 上 的 木 结 构 具 有 良 ,,,,,,,,,,,, ,,:,,,,

好 的 减 震 隔 震 性 能 ,

,,， 通 过 上 述 分 析 可 知 西安鼓楼具有良好的抗震性能 ,,

参 考 文 献 ,,,,,,,,,,

,, ，,,,,,，,白 丽 娟 ,故 宫 基 础 工 程 :古 建 园 林 技 术 ,,,,,,,,,, )

,,,，,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,),,,,,

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,,,,，，,,,，，, 薛 建 阳 张 鹏 程 赵 鸿 铁 ,古建木结构抗震机理的探讨 :,西安建筑科技大学学报 自 然 科 学 版 ,:::,,,,,,, ,)

,第 卷 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报 自 然 科 学 ,, , ,版

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,,,，，,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,,,,,,,,:,,,,,,, ,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:, ,:::,,,,,,,′, ) ,, ，，,,,，,,姚 侃 赵 鸿 铁 木构古建筑柱与柱础的摩擦滑移隔震机理研究 工 程 力 学 ,,:,),,,,::,,,,,,: ，,,: ,,,:,,: ,:,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,:,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,, ,),,,,

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,, 姚 侃 ，赵 鸿 铁 ，葛 鸿 鹏 古建木结构榫卯连接特性的试验研究 ,,工 程 力 学 ，，,,, ,,:,,::,,,,:,,,,:,,)

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,,，,,, 隋 龑 中国古代木构耗能减震机理与动力特性分析 西 安 西安建筑科技大学 ,,,,,::,,

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苏 军 中国木结构古建筑抗震性能的研究 ,,西 安 ,西安建筑科技大学 ，,,:,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,,::,, ,,,, ,,,,，,,,,,,,,,,,:,,,,,,, ′′,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,::,, ,, ，，,,,，，，,,:赵 均 海 俞 茂 宏 杨 松 岩 等 ,中国古代木结构有限元动力分析 :,土 木 工 程 学 报 ,:::,,,,,,,, )

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，，，，,、、,,,,,俞 茂 宏 王 源 俞 涛 等 西安古城墙和钟鼓楼 历 史 艺 术 科 学 西 安 西安交通大学出版社 ,,,,::,,,

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范文三：钢结构抗震性能分析

钢结构抗震性能分析

摘 要:钢结构建筑具有建设速度快、工业化程度比较高、技术 经济指标好、抗震性能相比较其他建筑材料比较优越,所以能够广 泛地应用于建筑的各个领域,有着得天独厚的发展优势。本文对钢 结构建筑的抗震性能进行分析,总结出钢结构抗震的特点及在建设 中的应用,分析了几种钢结构所具有的抗震性能,为建筑中明确钢 结构的抗震性能找到了依据。

关键词:建筑;钢结构;发展;抗震;分析

中图分类号:tu393 文献标识码:a 文章编号:1671-3362(2013) 03-0016-01

引言

近几年,随着我国建筑产业高速发展,钢铁材料和结构体逐渐呈 现多元化的发展趋势,建筑行业的发展也更是各具特色。作为现代 建筑领域新兴的钢结构建筑,也越来越被建筑界所重视,这对地震 多发的地区,建筑在地震中由于倒坍所造成的灾害,将会成为地震 灾害中, 对于生命和财产安全中, 最具破坏力和杀伤力的直接因素, 这就需要不断加强钢结构的抗震性能,提升钢结构建筑抗震的能力 1 钢结构的特点

优质的钢结构具有良好的延伸性,能够将震动时发生的波动抵消 掉。对于钢结构在抗拉、抗压、抗剪的强度要求上都很高,特别是 钢结构需要凭着工艺制造,利用其所具有的高延性,提升其在地震 中的抗震能力 [1]。钢结构通过自身的塑性变形特点,达到吸收和

范文四：T形芯板摩擦阻尼器抗震性能分析

第２９卷第５期

ＶＤＬ２９Ｎｏ．５２００８

青岛理工大学学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｔ形芯板摩擦阻尼器抗震性能分析

单礼会１’２，张纪刚１，张广成３，李家宏３

（１．青岛理工大学土木工程学院，青岛２６６０３３；２．中交一航局二公司，青岛２６６０７１１３．青岛华拓电力设计有限公司，青岛２６６０３１）

摘要：采用ＡＮＳＹＳ软件对天津某一安装Ｔ形芯板摩擦阻尼器的钢框架结构进行抗震研究，分析了在天津波多遇和罕遇地震作用下不同阻尼器布局对该结构的抗震性能．分析结果表明，安装Ｔ形芯板摩擦阻尼器能显著提高结构的抗震能力，同时发现Ｔ形芯板摩擦阻尼器在地震下不会对框架边柱产生不利影响，能减小框架柱的轴力，可提高框架的安全性．

关键词：Ｔ形芯板摩擦阻尼器；ＡＮ鄂俺；抗震性能；时程分析中图分类号：ＴＵ３１１

文献标志码：Ａ

文章编号：１６７３—４６０２（２００８）０５一００３９—０５

Ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｎ

ＳｅｉｓｍｉｃＢｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＴ－ＳｈａｐｅｄＣｏｒｅ

ＰｌａｔｅＦｒｉｃｔｉｏｎａｌ

Ｄａｍｐｅｒ

ＳＨＡＮＬｉ—ｈｕｉ１，２。ＺＨＡＮＧＪｉ—ｇａｎ９１，ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇ－ｃｈｅｎ９３，ＬＩＪｉａ－ｈｏｎ９３（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｎｏ．２Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ＣｏｍｐａｎｙＬｔｄ．ｏｆＯＤＣＣＦｉｒｓｔＨａｒｂｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

３．ＱｉｎｇｄａｏＨｕａｔｕｏＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎ

ＣｏｍｐａｎｙＬｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ

Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３１，Ｃｈｉｎａ）

ｏｎ

ａ

２６６０７１，Ｃｈｉｎａ；

“

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｅｓｏｆｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｈａｖｅｂｅｅｎｐｌｅｔｅｄ

ｔｕｒｅ

ｓｔｅｅｌｆｒａｍｅｓｔｒｕｃ－

ｃｉｔｙｉｎｔｈｅ

ｗｉｔｈ

ａ

Ｔ－ｓｈａｐｅｄ

ｃｏｒｅ

ｐｌａｔｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｄａｍｐｅｒｂｙａｐｐｌｙｉｎｇＡＮＳＹＳｉｎＴｉａｎｊｉｎ

ｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｙｏｕｔｓｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｄａｍｐｅｒｈａｖｅｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄ

ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ

ｃｏｒｅ

ｔｏ

ｆｒｅｑｕｅｎｔａｎｄｉｎｆｒｅｑｕｅｎｔｅａｒｔｈｑｕａｋｅｗａｖｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＴ－ｓｈａｐｅｄ

ｐｌａｔｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｄａｍｐｅｒｓｈａｄ

ｏｎ

ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ’ｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｓ

ｗｉｔｈｏｕｔｎｅｇａｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｓｔｈｅｓｉｄｅｃｏｌｕｍｎｓｕｎｄｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅｌｏａｄｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ．ｉｔｒｅｄｕｃｅｄ

ａｘｉａｌｆｏｒｃｅｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔ－ｓｈａｐｅｄｎａｌｙｓｉｓ

ｃｏｒｅ

ｐｌａｔｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｄａｍｐｅｒ；ＡＮＳＹＳ；ｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｓ；ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ

ａ—

Ｔ形芯板摩擦阻尼器［１。２］是在Ｐａｌｌ摩擦阻尼器的基础上改进的一种新型摩擦阻尼器，具有吨位大、耗

能能力强的特点，已被应用到云南振戎中学［３］．文献［４—５］对Ｔ形芯板摩擦阻尼器的性能进行了详细数值分析和试验研究，表明Ｐａｌｌ型摩擦阻尼器可能会对边柱产生不利影响．但上述文献没有考虑动力荷载的

影响，只进行了拟静力数值分析和试验研究．笔者将以天津某钢框架结构为例，分析Ｔ型芯板摩擦阻尼器不同布置方式对框架结构的影响，分析钢框架结构在多遇地震和罕遇地震下的抗震性能，分析Ｔ形芯板

摩擦阻尼器对框架边柱内力的影响．

收稿日期：２００８一一０３—１７

基金项目：中国博七后基金资助项目（２００７０４２１０５１）

作者简介：单礼会（１９７８一），男，黑龙江海林人．硕士，研究方向为结构振动控制．Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｌｘｂｏｙ＠１２６．ｃｏｎ％

４０

青岛理工大学学报第２９卷

１计算模型

１．１模型的选取

结构选取天津地区某钢框架办公楼，该办公楼共１０层，总高度３８．５５ＩＴＩ，采用Ｑ３４５Ｂ钢材，选取其中

的三跨一榀．框架柱为方钢管柱，框架梁为Ｉ型梁．设计结构恒荷载为５．ｏｋＮ／ｍｚ，活荷载分别为４．０和２．０ｋＮ／ｍｚ．抗震设防烈度为７度，四类场地，第一组分区．框架计算模型见图１，框架立面见图２．

ｏ”ｎ∞ｎ；；荨

边桂ｌ中柱１中柱２边桂２

图１钢框架计算模型图２钢框架立面

１．２阻尼器的布置

阻尼器的布置‘６３选择了两种方式（见图３），一种方式是在两个边跨满布阻尼器（称为布置方式１）；另

一种布置方式选择在底层至层间剪力最大层（１～６层）两边跨布置阻尼器（称为布置方式２）．阻尼器的横连板面积４４８０ｍｒｎｚ，惯性矩为２９２７ＣｌＴｌ４，阻尼器的摩擦力在布置方式１中选取３５０ｋＮ，在布置方式２中选取３００ｋＮ．

１．３有限元模型建立

采用ＡＮＳＹＳ有限元软件，梁柱单元采用Ｂｅａｍｌ８８，阻尼器支撑

单元采用Ｌｉｎｋｌ，阻尼器采用Ｃｏｍｂｉｎ４０进行模拟，质量用Ｍａｓｓ２１单元，按照《建筑抗震设计规范》［７］（ＧＢ５００１１－－２００１）规定的组合值系数确定建筑的重力荷载代表值，用集中质量块的方式布到所有

的梁柱节点上．

禽圉

（ａ）布置方式１

（ｂ）布置方式２

２模型计算

２．１

图３阻尼器的布置方式

ＰＫＰＭ设计参数取值

该钢框架采用ＰＫＰＭ软件进行设计，设计主要依据为《建筑结构

荷载规范》（ＧＢ５０００９－－－２００１），《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１－－２００１），《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）．该结构类型为≤１２层的多层钢框架，按《钢结构设计规范》计算，结构重要性系数取１．ｏ，钢结构净截面面积与毛截面面积比为０．８５，钢柱按有侧移计算长度系数方法计算，钢结构受拉柱容许长细比为２００，钢结构受压柱容许长细比为１５０，钢梁（恒载＋活载）容许挠跨比为ｌ／４００，钢梁（活载）容许挠跨比为ｌ／５００，柱顶容许水平位移／柱高为ｌ／５００，考虑地震作用钢结构的抗震等级为二级，计算振型数为６，抗震设防烈度为７度，

场地土类别为Ⅳ类，设计地震分组为第一组，周期折减系数为０．８０，地震力计算方法采用振型分解法，结构阻尼比取０．０３５，按《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１－－２００１）地震效应增大系数取１．００．

第５期单礼会，等：Ｔ形芯板摩擦阻尼器抗震性能分析

表１计算周期分析

４１

２．２模态分析

模态分析取结构的前６阶段模态，见表１．

本结构是采用ＰＫＰＭ软件进行初步设计，采用ＡＮＳＹＳ软件加上摩擦阻尼单元来模拟Ｔ形芯板摩擦阻尼器进行抗震性能分析．从表ｌ可看出，对于原结构ＡＮＳＹＳ软件与ＰＫＰＭ软件计算的频率比较接近，表明ＡＮＳＹＳ建模的正确性．同时也分析了加上阻尼器后结构的周期情况（见表１），表明实

际结构安装阻尼器是原结构用连接杆通过与瞬变体系的耗能体系进行铰结，对结构刚度产生一定影响，使加阻尼器的结构刚度比原结构有所增加，周期减小．

３地震分析

３．１地震波的选取

《建筑抗震设计规范ＭＧＢ５００１１－－２００１）的５．１．２条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定．

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定．加速度有效峰值按《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１－－２００１）中的表５．１．２－２采用．根据以上原则，在ＡＮＳＹＳ分析中选取了天津波，天津波时间间隔为０．０１ｓ，多遇地震时程分析所用地震加速度最大值０．５５ｍ／ｓ２，罕遇地震时程分析所用地震加速度最大值３．１ｍ／ｓｚ．天津波时程见图４．３．２多遇地震

设计中ＰＫＰＭ软件只按多遇地震进行设计来保证“小震不坏，中震可修”，通过构造措施来保证“大震不

图４天津波时程

倒”．ＰＫＰＭ和ＡＮＳＹＳ位移计算对比见表２，阻尼器的两种布置方式计算结果对比见表３．

通过ＰＫＰＭ分析的原结构地震位移和ＡＮＳＹＳ软件分析的地震位移基本吻合，加阻尼器的两种情况下结构位移均比原结构减少，但减小幅度很小，此时在小震情况下阻尼器并未充分发挥作用．

３?３

罕遇地震

由于该结构高度小于《建筑抗震

表２

Ｐｌ＠Ｍ和射ｑｓＹｓ位移计算对比（多遇地震）

设计规范》（ＧＢ５００１１—２００１）中要求进行时程分析的的高度，原结构ＰＫ－ＰＭ设计中只做了多遇地震分析．为了分析阻尼器在罕遇地震作用下发挥的效果，根据不同的布置，用ＡＮＳＹＳ软件进行了罕遇地震模拟，其计算结果见表４、表５．

通过表４可看出，原结构在４～６层的层间位移角超过了《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１－－２００１）所规定的多高层钢结构最大弹塑性层间位移角０．０２的限值，但结构布置阻尼器后结

４２

青岛理工大学学报

第２９卷

构的层间位移角均满足规范要求．同表３

阻尼器的两种布置方式计算结果对比

时发现，阻尼器的两种布置方式都有布置方式１

布置方式２

良好的减震效果，布置方式２在１、２层数

层位移／ｒａｍ

层间位移／ｍｍ

层位移／ｍｍ

层间位移／ｍｍ

层位移和层间位移的减震效果要好于１置３

豇３５．ｏ５．０布置方式１，且减震效果在３０％以上；２托

ｌｎ８

１５．８１０．８在３＂～１０层时布置方式ｌ的减震效果３

缄２

挖

１

２５．８ｌＯ．０要好于布置方式２，表明结构在大震４

“３

心１３７．７１１．９时阻尼器都发挥了作用．

５豇

６

ｍ

３

４８．５ＩＯ．８通过表５可看出，阻尼器两种布６觚４＆８５８．Ｏ９．５置方式对钢框架结构柱的轴力和剪力

７记７

Ｚ３６６．Ｓ

８．５都有不同程度的降低，阻尼器布置方

８７

＆Ｏ７４．１

７．６式ｌ的底部最大轴力最多可减少９豫．孔

９

屯Ｚ７９．６５．５

６．６％，最大剪力最多可减少３９．５％；１０

８０．９

３．０

８３．６

４．ｏ

阻尼器布置方式２的底部最大轴力最

多可以减少１３．２％，最大剪力最多可以减少４２．６％．还可看出，阻尼器两种布置方式在减小柱子轴力方面效果相差不大，但在最大剪力方面阻尼器布置方式２要好于阻尼器布置方式１．

图５为Ｔ形芯板摩擦阻尼器的两种布置方式的滞回曲线，从图５中可以看出阻尼器滞回曲线饱满，耗能能力强．图６为结构顶层位移时程曲线，图７为结构顶层加速度时程曲线，从图６和图７中可看出加

阻尼器可明显减少结构顶层位移、加速度，原结构的位移、加速度在余震还呈放大趋势，而在安装阻尼器后表４

ＡＮＳＹＳ计算罕遇地震位移

原结构

布置方式１

布置方式２

层数

各点位移层间位移层阃位各点位移层间位移层间位各点位移层间位移层间位／ｍｍ

／ｍｍ

移角

／ｒａｍ

／ｍｍ

移角

／ｍｍ

／ｍｍ

移角

２６．６

２６．６

ｏ．００６７

。

２６．１

‘

４１．９４１．９

ｏ．Ｏ１０５

２６．１

。

ｏ．００６５

‘

１（３６．５％）（３６．５ｏＡ）（３６．２％）（３７．７％）（３７．７％）（３８．１％）

８４．９

５８．３ｏ．０１３１

８４．１

５８．Ｏ

２

１２６．５

８４．６

ｏ．０１９０

ｏ．０１３０（３２．９％）

（３１．１

ｏＡ）（３１．１％）

（３３．５％）

（３１．４％）

（３１．６ｏＡ）１４２．６

５７．７

Ｏ．０１４１

２０６．５

８１．Ｏ

ｏ．０１９８

１４３．９

５９．８

ｏ．０１４６３

（３０．９％）

（２８．８％）

（２８．８％）

（３０．３％）

（２６．２％）

（２６．３ｏＡ）

１９９．８

５７．２

Ｏ．０１４０

４

２９０．２

８２．７

２０５．６

６１．７

ｏ．０１５０

ｏ．０２０２

（３１．２ｏＡ）（３０．８％）

（３０．７％）

（Ｚ９．２％）

（２５．４％）

（２５．７％）

２４７．６

４７．８

Ｏ．０１３１

３６６．１

２５７．３

５１．７

ｏ．０１４２

７５．９

ｏ．０２０８

（３２．４％）

（３７．ｏｏＡ）

（３７．１％）

（２９．７％）

（３１．９％）

（３１．７％）

２８７．８

４０．２

６

４４０．６

０．０１ｌＯ

３０１．７

４４．４

ｏ．０１２２

７４．５

ｏ．０２０４

（３４．７％）

（４６．Ｏ％）

（４６．１％）

（３１．５％）

（４０．４％）

（４０．２％）

３２０．７

３２．９

５０７．９

ｏ．００９０

３４１．ｏ

３９．３

ｏ．Ｏ１０８

７

６７．３

Ｏ．０１８４

（３６．９％）

（５１．１％）

（３６．２％）

（３２．９％）

（４１．６％）

（４１．３Ｎ）

３４６．８

８

２６．１

ｏ．００７２

３７４．６

３３．６

ｏ．００９２

５６５．ｏ

５７．１

ｏ．０１５６

（３８．６％）

（５４．３％）

（５３．８％）

（３３．７％）

（４１．２％）

（４１．０％）

３６４．８

１８．Ｏ９

６ｌＯ．２

４５．２

Ｏ．０１２４

ｏ．００４９

４０２．７

２８．１

ｏ．００７７

（４０．２％）

（６０．２

ｏＡ）（６０．Ｓ％）

（３４．Ｏ％）

（３７．８％）

（４３．５％）

１０

６４４．０

３７５?９

１１?１

Ｏ?００３０

４２６?１

２３?４

Ｏ?００６４

３３．８‘Ｏ．００９３．

（４１．６％）

（６７．２％）（５８．１％）

（３３．８％）（３０．８％）（３１．２％）

注：括号内数字为减震效果

结构的位移、加速度趋向于零．

第５期

单礼会，等：Ｔ形芯板摩擦阻尼器抗震性能分析表５

ＡＮＳＹＳ计算罕遇地震最大轴力剪力

４３

注：括号内数字为减震效果

Ｚ《Ｒｚ掣Ｒ

．

．

．

栅瑚坳∞瑚删捌莲姗

层１．日Ｊ位移角／１０２

．

伽瑚撕姗∞瑚姗瑚珈枷

－，．１．６。１．２．０．８。Ｏ?４

Ｏ

Ｏ?４

０．８

１．２

１．６

２

（ａ廊置方式１

图５阻尼器滞回曲线

Ｏ．８Ｏ．６

Ｏ４

呷

层问位移角／１０２《ｂ）布置方式２

１５

ｌＯ

，５

目

Ｏ２

ＯＯ

嚣。

型一５

．＃≈

目，镪攀Ｏ

２

．Ｏ．４

一１０

．Ｏ．６

一１５

．Ｏ．８

Ｏ

５

１０２００５

ｌＯ

时间，ｓ

时间，ｓ

一原结构；…布置方式ｌ；…－布置方式２

图６结构顶层位移时程曲线

一原结构；…布置方式ｌ：…?布置方式２

图７结构顶层加速度时程曲线

４结论

（１）在多遇地震情况下，安装Ｔ形摩擦阻尼器对钢框架结构的影响小，阻尼器未能发挥作用．

（２）在罕遇地震情况下，安装Ｔ形摩擦阻尼器后钢框架结构的最大位移、层间位移、最大剪力都有明显降低，最大轴力都有不同程度的降低，提高了钢框架结构的安全性．

（下转第５３页）

第５期张立伟，等：深基坑工程喷锚支护锚杆无损检测试验研究

５３

［１３朱国维，彭苏萍。王怀秀．高频应力波检测锚固密实状况的试验研究［Ｊ］．岩土力学，２００２，２３（６）ｔ７８７—７９１．

ＺＨＵＧｕｏ－ｗｅｉ，ＰＥＮＧ

Ｓｕ－ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＨｕａｉ－ｘｉｔｕＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

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［３］ＰａｖｌａｋｏｖｉｃＢＮ，ＬｏｗｅＭＤＳ，ＣａｗｌｅｙＰ．Ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌｏｗｌｏｓｓｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｄｅｓｉｎｉｍｂｅｄｄｅｄｂａｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，

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ａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｄｅｅｐ

ｐｉｔｓｕｐｐｏｒｔ

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ｔｅｓｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８，２９

（英文校审

（上接第４３页）

高嵩）

一

．

（３）布置阻尼器时并非在结构满布的情况下最经济合理，要综合考虑减震效果和经济效益．对该结构分析表明，在底层至层间位移较大处（即１－－－６层）两边跨布阻尼器比两边跨满布阻尼器的情况下阻尼器数

量节省４０％，而减震效果相差不大．因此，阻尼器的优化布置还有待于进一步的研究．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

口］

口］

ｗＵＢ，ＺＨＡＮＧＪ，ＷｉｌｌｉａｍｓＭ，ｅｔａＬＨｙｓｔｅｒｅｔｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄＰａｌｌ－ｔｙｐｅｄｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｄａｍｐｅｒｓＤ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，２００５，

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（英文校审高嵩）

T形芯板摩擦阻尼器抗震性能分析

作者：作者单位：

单礼会， 张纪刚， 张广成， 李家宏， SHAN Li-hui， ZHANG Ji-gang， ZHANG Guang-cheng ， LI Jia-hong

单礼会,SHAN Li-hui(青岛理工大学,土木工程学院,青岛,266033;中交一航局二公司,青岛,266071) ， 张纪刚,ZHANG Ji-gang(青岛理工大学,土木工程学院,青岛,266033)， 张广成,李家宏,ZHANG Guang-cheng,LI Jia-hong(青岛华拓电力设计有限公司,青岛,266031)青岛理工大学学报

JOURNAL OF QINGDAO TECHNOLOGICAL UNIVERSITY2008,29(5)

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_qdjzgcxyxb200805007.aspx

范文五：框架结构抗震性能分析

框架结构抗震性能分析

摘要：文章通过对框架结构，房屋框架结构的类型、抗震等级的要求等进行概述，分析了框架结构等建筑形式，抗震性能的优劣，并提出如何提高建筑物的抗震性能方法。

关键词：框架结构 抗震性能 抗震等级

一、框架结构概述

框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。

框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。

二、房屋框架结构分类及特点

1、分类

房屋的框架按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。其中最常用的是混凝土框架（现浇整体式、装配式、装配整体式，也可根据需要施加预应力，主要是对梁或板）、钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。

2、特点

框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。

抗震房-房屋框架结构

框架结构体系的缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑， 框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对与各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。

三、建筑抗震设防的要求及分类

《建筑抗震设计规范》规定，抗震设防烈度在6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设防。

抗震设防通常通过三个环节来达到：确定抗震设防要求，即确定建筑物必须达到的抗御地震灾害的能力；抗震设计，采取基础、结构等抗震措施，达到抗震设防要求；抗震施工，严格按照抗震设计施工，保证建筑质量。上述三个环节是相辅相成密不可分的，都必须认真进行。

1、抗震设防要求

抗震设防要求是指经国务院地震行政主管部门制定或审定的，对建设工程 制定的必须达到的抗御地震破坏的准则和技术指标。它是在综合考虑地震环境、建设工程的重要程度、允许的风险水平及要达到的安全目标和国家经济承受能力等因素的基础上确定的，主要以地震烈度或地震动数表述，新建、扩建、改建建设工程所应达到的抗御地震破坏的准则和技术指标。

2、分类

建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：

1特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程 和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建

筑。简称甲类。

2 重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建 筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的

建筑。简称乙类。

3 标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。 简称丙类。

4 适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定 条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。

四、框架结构抗震性能比较

1、钢结构住宅

钢结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，同时由于钢材料的匀质性和韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，具有很好的抗震能力。

2、框架结构住宅

即由钢筋混凝土浇灌成承重梁柱，组成骨架，再用空心砖或预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成的住宅。墙主要是起围护和隔离的作用，由于墙体不承重，可以用各种轻质材料制成。又叫现浇结构，它是以梁和柱来承重，它的梁、柱还有楼板都是现浇而成的。房屋的结构可以随客户的意愿而改变。现浇的房子抗震度比较高，防水性比较好。目前，高层住宅的建筑结构主要采用这种方式。

框架结构中，还有一种框剪结构住宅，又名框架——剪力墙结构，它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。这种结构的住房在抗震性能上也有不错的表现。

3、砖混结构住宅

砖混结构住宅中的“砖”，是指一种统一尺寸的建筑材料，也有其他尺寸的异型黏土砖、空心砖等。“混”是指由钢筋、水泥、沙石、水按一定比例配制的钢筋混凝土配料，包括楼板、过梁、楼梯、阳台、排檐。这些配件与砖做的承重墙相结合，所以称为砖混结构住宅。由于抗震的要求，砖混结构住宅一般以多层住宅为主，其抗震性能比起上述两者相对弱一些。

五、提高建筑物抗震性能的方法

建筑物的抗震性能必须把好抗震设计和施工两道关。抗震设计必须按照抗震

设防要求和抗震设计规范进行。根据当前的震害经验和理论认识，良好的抗震设计应尽可能地考虑下述原则：

(1)场地选择。场地选择的原则是避开地质松软的地方，地基沉陷、可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。

(2)体形均匀规整。无论是在平面或立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量、刚度、延性等均匀、对称、规整，避免突然变化。

(3)提高结构和构件的强度和延性。结构物的振动破坏来自地下震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传人结构的振动能量为最小，并使结构物具有适 当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。

(4)多道抗震防线。使结构具有多道支撑和抗水平力的体系，则在强地震的作用下，建设工程的一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。

(5)防止脆性与失稳破坏，增加延性。脆性与失稳破坏常常导致倒塌，故应防止。这种破坏常见于设计不良的细部构造。合理的抗震设计必须通过高质量的施工才能起到抗御地震的作用。只有把好抗震设计和施工两道关才能有效地提高建设工程的抗震性能。

六、结束语

经过汶川大地震的灾难，人们逐渐认识到了建筑物的抗震性能对生命财产安全的重要性，因此，在各地的建筑结构中，要因地制宜，严格遵照国家抗震设计以及抗震等级的要求，选择合理的建筑形式，严格设计、精心施工，才能提高建筑物的抗震性能，也为人民的生命财产安全提供有力的保障。

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