抗震设计方法范文篇1

【关键词】建筑结构；抗震设计；概念设计；抗震构造

近年来，世界范围内地震频发，人们对建筑结构抗震的研究也愈发重视，相关的抗震理论、抗震设计思路以及设计方法也愈加成熟。现代建筑结构抗震设计理论已经由最初的基于经验的弹性设计理论转变为基于非线性理论的弹塑性理论，允许结构发生屈服产生一定量的非弹性变形从而起到消耗一部分地震能量的目的。总的来看，建筑结构的抗震设计过程可以概括为：抗震概念设计、抗震设计以及结构抗震构造措施这三个方面。

1抗震概念设计

1.1抗震概念设计的含义

概念设计不需依靠数值计算进行，而是以结构破坏机理、结构体系整体与分体力学关系分析、结构震害试验以及工程经验等为基础，总结出相关的宏观经验用以指导设计过程中结构方案的确定、结构的布置以及计算简图和计算结果的处理。在结构设计过程中，抗震概念设计主要用于解决一些较为复杂难以进行计算或规范中无具体规定的问题。

1.2抗震概念设计的重要性

结构抗震设计时，数值计算的同时进行必要的概念设计意义重大。首先，地震的发生具有随机性以及不可预测性，地震动也具有十分明显的随机性和复杂性，而地震作用下结构的反应相应的非常复杂，仅靠数值计算难以准确把握相关规律；其次，当前背景下的抗震设计理论都建立在一定假设基础上，并不能完结构的地震受力、变形以及破坏过程。

因此，在结构抗震设计过程中有必要进行相应的概念设计，这样有利于提高结构设计的准确性，增强结构的安全性。

1.3抗震概念设计的应用与发展

20世纪70年代以来，大量的震害经验表明结构抗震设计中“计算设计”存在一定的缺陷，有必要开展相应的“概念设计”。随后，概念设计的应用与发展在我国历年的《建筑抗震设计规范》中得到鲜明体现，结构工程师逐步将概念设计应用于实际工程，并取得了良好的效果。

传统意义上的结构抗震设计，焦点都放在如何提高结构的承载能力，不可避免地引起结构混凝土强度等级以及配筋率的提高，相应的建筑的造价也提高。结构配筋率提高，结构承载能力虽有提高，但是考虑到结构的地震作用效应与结构的刚度成正比，而增加结构的配筋却提高了结构的刚度，因此，加强了地震作用效应。概念设计从降低地震作用效应出发来避免这个矛盾而达到提高结构的抗震安全性能。最典型的方法就是隔震消能法，这种方法的根本是依靠设置在基础与主体之间的柔性隔震层来加大结构的阻尼，抑制结构的振动，减少结构的加速度、位移，最终降低结构的地震作用效应。相关的理论分析证明通过这种概念设计方法可以将结构地震作用效应降低4成，值得大力应用实践。

随着经济社会的不断发展，人们对于现代建筑的结构形式也越趋复杂化。为了满足人民群众的需求，结构设计人员必须提高对概念设计重要性的认识，不断探索先进的计算理论，同时注重借助现代计算机强大的数值计算能力，让建筑结构能够满足功能性、安全性以及经济性的要求。

2结构抗震计算

结构抗震计算工作包括地震作用计算与结构抗震变形验算这两方面任务。

2.1地震作用计算

除8、9度时的大跨度结构与长悬臂结构以及9度时的高层建筑需要计算竖向地震作用外，一般结构抗震设计仅仅需要验算结构在其2个主轴方向的水平地震作用下的强度、刚度以及稳定性，同时认为不同方向的结构水平地震反应完全由相应方向的抗侧力构件承担。若建筑结构中含有交角超过15o的斜交抗侧力构件，则应进行各抗侧力构件所在方向的水平抗震计算。此外，对于质量、刚度分布不具备对称性的结构还应验收结构构件在双向水平地震作用下的扭转效应，而调整地震作用法也是考虑其他特殊结构中扭转效应的有效途径。

目前常用的结构抗震计算方法主要包括底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法三种。其中，前两种方法是基本方法，而时程分析法主要用于对严重不规则、特别重要性或是高度较高的高层建筑进行抗震补充计算。其中，时程分析法（又称动态设计法）是在地震作用下对结构的基本运动方程进行积分，求得结构在整个地震历程中的动态反应的方法。具体实施时，选取与建筑场地相适应的若干地震动加速度记录或人工地震动加速度时程曲线波作为输入结构基本运动方程的地震作用，由输入地震动初始状态逐步积分至地震结束。通过积分转换最终不仅可以得到结构的速度、加速度反应时程曲线，还可以进一步得到结构的内力、位移等时程曲线，结构设计人员可以据此对结构构件的抗震承载力与变形验算。

2.2结构抗震变形验算

通常情况下，结构抗震变行验算方法根据多遇地震作用与罕遇地震作用分为以下2种类型：

2.2.1多遇地震作用

在验算不同结构物在多遇地震作用下的变形量时，对其楼层内最大的弹性层间位移作如下限定：

Ue≤[Qe]h

2.2.2罕遇地震作用

在罕遇地震作用下，下列结构应进行弹塑性变形验算：①高大单层厂房的横向排架（8度地震III、Ⅳ类场地或与9度地震）；②钢筋混凝土框架结构（7、8、9度地震且结构ξy

3抗震构造措施

3.1砌体结构

砖混结构主要通过采取一定的构造措施来达到抗震目的。常用的抗震构造措施包括设置圈梁、构造柱以及对墙体进行加固等。在砖混结构中设置圈梁与构造柱，使二者相互连接组成封闭骨架，增强结构的整体性能，最终提高整个结构的抗震能力。构造柱通常设置在结构的外墙转角、内外墙交接部以及楼梯间的四角位置。而加固墙体则需要将墙体原有抹灰凿除，取而代之采用高标号水泥砂浆抹灰或采用钢筋网加砂浆抹灰，通过这种方式增强砖混结构的水平承载力。

3.2钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构抗震构造一方面通过对构件截面h/b、承重柱u=N/（A・fc）以及构件ρmin等指标进行控制来实现，另一方面在填充结构中布置拉结筋、按规定在填充墙中设置构造柱、短柱全高加密布箍等。

4结语

总而言之，建筑结构抗震设计是一个系统的过程，必须从全局出发、通盘考虑。结构设计人员应当做好结构抗震概念设计、抗震计算以及建筑结构抗震构造措施的控制，这样才能尽最大限度地保证结构的抗震安全性能，有利于避免或降低结构的安全性能。

【参考文献】

[1]赵继东，师颖.我国建筑结构的抗震设计思路[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009（07）.

抗震设计方法范文篇2

关键词：性能；结构；抗震结构；设计

一、前言

目前，我国建筑在抗震方面还存在很多不足，其中，抗震的性能设计就是一个至关重要的环节，所以，对基于性能的结构抗震设计方法进行研究和分析很有现实意义。

二、基于性能的结构抗震设计的概念

尽管目前基于性能的抗震设计得到国际上广泛的重视与研究，也得到了一些初步的成果。但是对于基于性能的抗震设计，现在还没有一个统一的定义。比较有权威性的是美国SEAOC，ATC和FEMA等组织给出的基于性能设计的描述。其中SEAOC对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准，恰当的结构形式，合理的规划和结构比例，保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。ATC对基于性能抗震设计的描述为“基于性能抗震设计是指结构的设计标准由一系列可以取得的结构性能目标来表示。主要针对混凝土结构并且采用基于能力的设计原理”。FEMA对基于性能抗震设计的描述为“基于不同强度地震作用，得出不同的性能目标。在分析和设计中采用弹性静力和弹塑性时程分析来得到一系列的性能水平，并且采用建筑物顶点位移来定义结构和非结构构件的性能水平，不同的结构形式采用不同的性能水平”。

三、基于性能的抗震设计理论特点

PBSD的根本目的在于要求结构在整个寿命期内，在一定的条件下，花在抗震上的费用最少，即追求建筑物在服役期内的最佳经济效益―成本比。其主要的特点如下：

1、采用了多级设防目标

多级目标的设计理念是在不同地震设防水准下，能够有效地控制建筑物的破坏状态实现不同性能水平，使建筑物在整个生命周期内，在遭受可能发生的地震作用下，总体费用达到最小，因此它不仅注重结构的性能设计，也注重非结构构件和内部设施的保护。

2、引入投资―效益准则

PBSD理论的着重点从现行的仅注重结构安全可靠转变到全面注重结构的功能、安全及经济等多方面。根据投资―效益准则，进行费效分析，在可靠和经济之间选择一种合理的平衡，以确定最佳抗震设计方案，达到优化设计的目的。

3、具有更大的自由度

现行抗震设计需要依照规范按部就班，缺乏灵活性，结构设计人员处于被动状态。基于性能的抗震设计增加了业主与设计人员的交流，所有结构除了必须满足抗震规范规定的最低性能目标，体现结构抗震设计的“共性”外，更加注重“个性”设计。

四、结构抗震性能设计方法

基于性能设计的基本思想就是使所设计的工程结构在使用期间满足各种预定的性能目标要求，而具体性能要求可根据建筑物和结构的重要性确定。对于结构工程师来说，可明确描述结构性能状态的物理量主要有：力、位移（刚度）、速度、加速度、能量和损伤。

基于性能的抗震设计重点考虑的是结构在大震作用下进入弹塑性的状态。在弹塑性抗震分析方法中，非线性时程分析方法被认为是最可靠和最能被工程界所接受的分析方法，然而，这种方法前后数据处理工作繁冗，而且计算结果受到所选地震波的影响较大，该方法要求较高的专业理论水平和较丰富的工程经验，因此，它很难应用到以优化手段来寻求结构最佳设计的基于性能的抗震设计当中。基于性能的抗震设计常采用简化的方法，这些方法主要有：Push-over分析方法、能力谱方法、位移影响系数法和N2方法等。

1、Push-over分析方法

Push-over：分析方法（又叫推覆分析方法）是进行结构在侧向单调加载下的静力弹塑性分析，即在结构分析模型上施加按某种方法模拟地震水平惯性力作用的侧向力并逐渐单调加大，使结构从弹性阶段开始，经历开裂、屈服直至倒塌破坏。这样可以分析结构的内力、承载力、变形特性和能量耗散及相互关系，了解塑性铰出现的顺序和位置以及可能出现的薄弱环节等。Push-over分析方法不是新方法，但是它在基于性能的抗震设计理论和方法中受到很大的关注，它是实现基于性能的抗震设计的关键之一。

Push-over分析方法可以对结构的整体抗震性能进行评估，然而，单纯的Push-over方法不能确定结构在某一特定地震作用下的响应，它必须首先与其它方法结合求得结构在设计地震作用下的结构目标位移，才能对设计地震作用下结构的抗震能力进行具体评估。

2、能力谱方法

能力谱方法（CapacitySpectrumMethod）是一种以Push-over分析方法和反应谱相结合的简化分析方法。这种方法首先通过对结构进行Push-over分析得到结构基底剪力-顶点位移关系曲线，将该曲线转换得到等价单自由度体系的谱加速度-谱位移关系曲线（能力谱），再结合地震需求谱来求结构在设计地震作用下结构反应的目标性能点，然后再对结构进行第二次Push-over分析，使结构达到目标性能点，由此来估计结构在设计地震作用下的弹塑性反应，这里的地震需求谱是根据单自由度体系在有效阻尼下拟加速度反应谱转换得来的，能力谱方法的原理和具体做法在ATC-40里有比较详细的介绍。能力谱方法的实质是目前采用的基于力的设计方法加位移、变形的校核，它也被认为是Push-over分析方法的重要发展。

3、位移影响系数法

式中，C0为等效单自由度（（SDOF）体系与建筑物顶点位移的比例因子；C1为最大非线性位移期望与线性位移的比例因子；C2为滞回环状态对最大位移反应的影响系数；C3为P-效应对位移反应的影响系数；Sa为在实际自振周期和阻尼内的谱反应加速度；Te为实际自振周期。

位移影响系数法的关键是如何将多高层建筑结构的多自由体系（MDOF）转化为等效的单自由度体系（SDOF），我国工程界对此还不熟悉，同时公式中的参数过多地依赖由实验得到的经验取法，其计算精度如何也有待商榷。位移影响系数法的另一个问题是：它只是一种衡量结构总体抗震水准的评估方法，无法提供具体楼层和主要构件的损坏情况。

4、N2方法

N2方法是Fajfarl997根据Ljubljana大学12年的研究成果，提出来的一种简化的非线性分析方法。N2中的N代表非线性分析（（NonlinearAnalysis），2代表两个数学模型（即一个多自由度体系和一个等价的单自由度体系）。这种方法利用一个代表结构一阶振型的等效单自由度双线性理想弹塑性模型来进行反应谱分析。由于局部弹塑性变形是推覆分析得到的，因此，通过Park-Ang的损伤模型，就可以确定局部和整体的损伤指数。

五、结束语

本文分析了基于性能的结构抗震设计的概念以及理论特点，进入分析了包括Push-over分析方法、能力谱方法、位移影响系数法、N2方法在内的四种主要的抗震设计方法。由于目前在抗震性能设计方面还有很多工作需要完善，具体的设计中，应该结合建筑的需要和结构的特点进行深入研究，进行科学合理的设计。

参考文献：

[1]孙俊，刘铮，刘永芳.工程结构基于性能的抗震设计方法研究[J].四川建筑科学研究，2005，（03）.

[2]沈章春，王全凤.基于性能抗震设计理论与实用方法[J].四川建筑科学研究，2008，（03）.

[3]刘琳，刘震，赵杰，王佳萱.结构性能抗震设计理论及应用方法[J].防灾减灾学报，2011，27（1）.

抗震设计方法范文篇3

关键词：高层建筑；抗震性能；理念；具体方法

Abstract:theworld'spopulationincreasedcontinuously,makethepercapitalivingspacegraduallyreduce,andthenmaketheemergenceofthehigh-risebuildingbecomeaninevitableresult.Inrecentyears,suchasearthquakedisasterforhigh-risebuildingwiththegreatdamageandlossmakespeoplehavetoofhigh-risebuildinginthedesignandconstructionoftheconstructionoftheseismicperformanceincreaseofconsideration.Thisarticledescribesandanalyzesthestructureofthehigh-risebuildingaseismicdesignofmanyoftheideaofthefoundation,andfurtherputsforwardthespecificmethodsofseismicdesign.

Keywords:highbuilding;Seismicperformance;Ideas;Thespecificmethod

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：

地震因为其高破坏力和高不确定性两个特征成为一种危害人类正常生活的重大自然灾害。同时也成为包括高层建筑在内的绝大部分建筑设计和施工项目都必需考虑的一个重要因素之一[1]。因为在人类的发展历史上，地震这一自然灾害给人们带来了巨大的经济财产和人身安全的损失，于是在很早以前抗震设计就成为了建筑结构设计里的一个重要考虑因素，而建筑结构的抗震设计理念和方法也随着历史的进步在不断的发展。虽然人类目前还无法准确预测地震灾害并确保建筑物在地震中免受损失和破坏，但是已经形成了一套比较完整的理论和方法体系，在一定程度上能做到“小震不坏，中震不修，大震不倒”，并尽大可能的做到了减少因地震建筑物倒塌而给人们生命和财产带来的的严重损失。

高层建筑结构抗震设计理念

一直以来，对于建筑物的抗震设计理念和方法的研究都是建筑结构设计中的一个必要考虑因素，而增强建筑物的抗震性能是理论研究者为之奋斗不懈的的目标。现有的抗震设计理念是经过以下几个重要的阶段而总结得来的。

一是刚性设计理念。这是人们应对地震这一自然灾害所总结和研究出的第一个设计的理念。当时的地震工程学者对地震和抗震理论知识的了解还很少，很贫乏。学者普遍认为建筑物在地震中损坏甚至倒塌的主要原因是因为建筑物的刚度不够，不能抵抗地震的巨大能量才会倒塌。按照这一设计理念人们在房屋的施工建设工程中就通过增加剪力墙的厚度和承重墙的钢筋和水泥的比例，以此来保证墙体结构有足够的刚度，从而时地基与整个主体建筑形成一个刚性的有机整体。但是这一理念有其自身所具备的局限性，因为强调对建筑物刚度的要求，使得建筑物在高度和跨度上的发展收到限制。

二是柔性设计理念。因为看到了刚性设计理念的先天性不足，在刚性设计理念之后，抗震设计专家和学者们又提出了一个与刚性设计理念全然不同的柔性设计理念。这一理念放弃了对建筑物刚性的追求并且利用柔性建筑在地震中建筑物可以有效的侧移和形变的优点来减少地震对建筑物的损害。事实表明，这一设计理念具备了刚性设计理念所无法具备的优势，并且在一些小的低等级的地震中能比较好的保证建筑物的完好[2]。但是也仅仅是限于应对低等级的地震，事实表明，当遇到较高等级的地震时，在这一设计理念的指导下所建设的房屋是没有任何抵抗力的。

三是结构控制设计理念。这一设计理念主要是通过对建筑物的控制结构的设置使已有的结构和新生的结构共同抵御地震。最近这些年以来，这一设计理念被广泛应用于桥梁和高层建筑物的抗震设计中。

第四个是性能设计理念。这一设计理念的主要思想是让建筑物在面对不同等级地震的时候能有不一样的与之对应的抗震能力与性能，体现了多级抗震设防的重要思想[3]。该理论是在之前刚性设计理念、柔性设计理念和结构控制设计理念的基础之上发展的全新的理论，因为其较大的抗震优势，使得它成为现阶段实际应用最为广泛的抗震设计理念。它具体表现为以下几个方面：①尽可能增加多道抗震防线。每一个抗震机构的体系都不是一个单一的体系，而一般都是右多个有良好延性的系统构成，而每一个分系统又是通过有较好延伸性能和柔性的构件相互连接配合作用的。比如说有剪力墙-框架体系是由具有良好延性的剪力墙和柔性较高的框架组成，而剪力墙又是分为双肢剪力墙和多肢剪力墙分体系。一般的，强地震都伴随着一系列的余震，这就要求建筑物节构具备抵抗强震的第一道防线之后还能有第二道，第三道防线来抵抗接下来的余震，只有这样，才能保证建筑物在强震之后仍旧能够不倒塌。这就要求每一楼层里的主要抗震耗能构建在强震中屈服后其他的辅助构建仍具有弹性性能，从而延长构件的“有效屈服时间”。②增强薄弱部位的抗震性能。构件的实际承受能力和计算承受能力是对构件合理布置的基础，当在实际地震过程中，构件的实际承受里高于计算承受力，也就是构件面临承受力的不定集中的情况，这时候就需要通过其他的与之相连的辅助构件对它的承受力完成转移[4]。在薄弱部位（很有可能出现力的集中的部位）增强抗震设计，提高其抗震性能，能够有效做到保证建筑物在地震中变形小，不倒塌。

二、高层建筑结构设计方法

对于建筑结构抗震设计，通常要考虑高层建筑物的刚度、强度，和延性，因为不仅要保证整体结构在地震中能够承受一定范围内的轴压力和剪力，同时还要做到在力过大的时候在允许结构有一定的变形但是不至于严重倒塌。这是抗震的主要内容，也是抗震的核心内容。而现在具体的设计方法有以下这些。

一是多采用强剪弱弯结构。建筑结构中的梁和柱子简剪力破坏比轴向扭力破坏所带来的后果要严重的多，所以在设计之中要增强粱柱和墙体的剪力弱化轴向弯力。另外与此类似的还应该多采用强柱弱梁和强节点弱构件的设计方法。

二是改善高层建筑结构均匀性设计。首先是高层建筑是一个三维结构，在地震中作用力的方向是任意的，使其侧向两轴在刚度上均匀是保证其抗震性和抗风性的重要因素[5]；然后是在沿竖直方向的层剪力刚性性能尽量不要发生突变；最后就是沿同一轴的各向抗侧力结构要避免出现刚度较大而延性较低的结构。

三是加强短柱抗震性能。①改善建筑物整个结构的抗震性能可以通过缩小短柱的截面积，增大剪跨比进而提高短柱的计算受压载重力的方式达到。具体的方法是增强混泥土的实际等级，降低其轴压比。②采用钢管混泥土的方式浇灌短柱。在由圆形钢管构成的构件体系里浇筑混泥土保证了混泥土能够在三个方向都能受到足够强度的压力，从而提高了混泥土本身的抗压能力和极限应力，进而在保证刚度和强度的前提下增强了其延性。③采用分体柱结构。这种方法是通过人为的将柱子的抗弯性能降低到其抗剪性能之下，从而用短柱在地震中的延性破坏代替它的水平断裂进而保证建筑物不易倒塌。

结语

随着社会和科技的进步和发展，专家学者对建筑物结构抗震设计的理念也在不断的更新进步，进步和先进的理念给我们带来的是可靠的结构设计方法。虽然人类在战胜地震这一自然灾害的路上还是任重而道远，但是我们有理由相信，随着人们对已有地震经验的总结，我们的抗震工程学者会研究出更好的高层建筑结构设计理念理念和方法，进而进一步保证人类生命和财产不受损失。

参考文献:

[1]张彭,解林伟.试析高层建筑结构设计理念及方法[J].陕西建筑,2011（08）

[2]王欣.浅谈高层建筑结构选型要点[J].科技创新导报,2010,(15)

[3]郑克勤.关于高层建筑结构设计探讨[J].中华民居,2011(03)

抗震设计方法范文

[关键词]性能设计中震（大震）弹性中震（大震）不屈服弹塑性分析

中图分类号：S611文献标识码：A

1.前言

抗震性能化设计是我国建筑结构抗震设计一个新的重要发展，它的特点是使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，设计者可根据建筑物的重要性采用不同的性能目标和抗震措施。由于现行抗震规范和高层对这部分都有专门的规定，结构抗震性能化设计已经成为结构设计中不可或缺的一部分内容。

2.结构性能化设计的思路和方法

结构性能化设计的重点是深入的计算分析和工程判断，找出结构有可能出现的薄弱部位，提出有针对性的抗震加强措施，分析论证结构可达到预期的抗震性能目标。为此一般需要进行深入的弹性和弹塑性计算分析(静力分析及时程分析)并判断计算结果的合理性；找出结构有可能出现的薄弱部位以及需要加强的关键部位，提出有针对性的抗震加强措施；论证结构能满足所选用的抗震性能目标的要求。目前结构性能化设计方法主要有结构整体弹塑性分析法和构件弹性分析法，这两种方法均可以采用结构设计软件来实现。

2.1构件弹性分析法

在不规则结构、复杂结构中，关键构件的抗震性能直接影响到整体结构的抗震性能，所以对关键构件性能的控制有着重要的作用。根据2010年住房和城乡建设部颁布的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知要求，构件抗震性能设计的弹性分析法主要有中震（大震）弹性分析法和中震（大震）不屈服分析法，这两种方法均可以采用软件来准确计算：

（1）中震（大震）弹性分析法：是指在中震（大震）作用下，结构基本完好，即结构构件基本保持弹性状态，各种承载力设计值基本满足规范对抗震承载力的要求。设计时地震最大影响系数取为中震（大震）；内力调整系数取1.0（强柱弱梁，强剪弱弯等）；材料强度取设计值；其余分项系数和组合系数保留；抗震调整系数γRE取同小震。

（2）中震（大震）不屈服分析法：是指在中震（大震）作用下，结构轻微破坏，即结构可能出现轻微的塑性变形，但不达到屈服状态，按材料强度标准值计算的承载力大于地震作用标准组合的效应。设计时地震最大影响系数取为中震（大震）；内力调整系数取1.0（强柱弱梁，强剪弱弯等）；材料强度采用标准值；荷载分项系数均取为1.0，保留组合系数；抗震调整系数γRE取为1.0；

从上述可知，中震（大震）弹性和中震（大震）不屈服是两个概念。中震（大震）弹性是指不考虑内力调整的抗震验算；中震（大震）不屈服是指内力、材料强度均按标准值计算，并且不考虑抗震承载力调整系数。中震弹性要比中震不屈服的要求严的多，对于抗震等级在一级以上的构件，通常按小震弹性计算得到的配筋要比中震不屈服的大，故应加强对中震（大震）不屈服计算结构的判别，以不小于小震弹性为原则。中震不屈服设计已经去掉所有安全度，属于承载力极限状态设计；中震弹性设计取消内力调整的经验系数，保留荷载分项系数，也就是保留了结构的安全度和可靠度，属正常设计，相应的配筋也大得多。

上述两种分析方法都是一种近似的计算方法，强调以概念设计为主，不必追求过高的计算精度。在目前的规范中没有相关的规定，只有在具体提出结构性能化设计要求时，才进行针对性的分析和验算。在目前广泛使用的SATWE（2012版）中，进行上述构件弹性分析时，只需根据需要选择中震（大震）弹性或中震（大震）不屈服选项，同时修改相应的地震影响系数，其余系数SATWE会根据选择自动调整。

2.2结构整体弹塑性分析法

结构整体弹塑性分析主要考虑大震的情况，验算结构大震下的整体性能，如结构最大弹塑性位移和层间位移角、结构的性能点、抗倒塌验算、楼层屈服系数、薄弱层验算和确定等，以确定结构在大震下的破坏程度。弹塑性分析也可验算中震的情况。弹塑性分析法主要有静力弹塑性分析法（Pushover）和动力弹塑性分析法。静力弹塑性分析法是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种简化方法，本质上它是一种静力分析方法。具体的说，就是在结构分析模型上施加按某种规定的分布方式模拟地震水平作用惯性力，单调加载并逐级加大，一旦构件开裂或屈服即修改其刚度，直到结构达到预定状态（成为机构、位移超限或达到目标位移），从而判断结构分析模型是否满足相应的抗震能力要求。静力弹塑性分析法在一定适用范围内能较为准确地反映结构非线性地震反应特征，对层数不多或自振周期不太长的结构，不失位一种可行的弹塑性简化分析方法，其分析结构的可信度主要取决于加载方式，如倒三角形分布、矩形分布、第一振型分布等；动力弹塑性分析法能计算地震反应全过程中各时刻结构的内力和变形状态，给出结构的开裂和屈服顺序，发现应力和塑性变形集中的部位，从而判别结构的屈服机制、薄弱环节及可能破坏类型，被认为是结构弹塑性分析的最可靠方法，但是动力弹塑性分析法计算耗时，结果处理复杂，许多问题在理论上还有待改进（如输入地震动及构件恢复力模型的不确定性）等，其分析结构的可信度主要取决于地震波的合理性和结构恢复力模型的合理性。结构整体弹塑性分析在目前常用的通用有限元软件（如ABAQUS、MSC.MARC和SAP2000等）均能实现。

3．结语与建议

（1）结构中震设计方法中，结构构件仍近似采用小震时的弹性刚度，没有考虑结构构件在中震作用下的刚度退化，因此中震弹性性能化分析只是一种近似的计算方法，强调以概念设计为主，不必追求过高的计算精度。

（2）在中震作用下，结构刚度已退化，因此结构在中震时刚度退化不是很大时，可以采用中震弹性分析，如果中震时结构刚度退化较为严重造成结构内力重分布则应采用弹塑性分析。

（3）在结构的中震设计方法中，有许多问题尚待研究，如刚度的计算和取值、结构阻尼比的取值等，我们期待中震设计理论的进一步完善，并能应用于工程实践中。

参考文献

建筑抗震设计规范（GB5011-2010）

李国胜简明高层钢筋混凝土结构设计手册

抗震设计方法范文篇5

关键词：基于性能;抗震设计;性能水准;性能目标

中图分类号：TU97文献标识码：A

文章编号：

1引言

随着社会经济的高速发展，城市规模不断扩大，由地震引起的生命、财产损失越来越严重，降低震害损失已成为工程结构抗震设计的重要内容。随着大量的震害分析和工程实践，建筑结构地震反应分析和抗震设计方法在不断地发展和完善。结构抗震设计理论从最初的静力阶段和反应谱阶段发展到动力阶段及目前的基于性能的抗震设计理论阶段。

2基于性能的抗震设计理论的提出

基于性能的抗震设计理论是1992年由美国学者提出的，它是指对结构进行抗震计算分析和采取构造措施，使结构在不同的抗震设防等级地震作用下达到预期的抗震性能目标。

结构抗震性能目标的确定需要设计人员和业主的共同参与，使得结构在地震中遭受的损失是业主和社会所能承受的。这就需要针对不同的结构制定不同的抗震性能目标，该目标的制定过程中就体现出结构抗震设计的“个性”。而所有结构还必须满足抗震规范中规定的最低性能目标，体现出结构抗震设计的“共性”。从本质上说，基于性能的结构抗震设计就是“投资一效益”准则下结构“共性”和“个性”的基于可靠度的结构优化设计过程。

3结构抗震性能水准和性能目标

对结构进行基于性能的抗震设计分析，首先应该明确划分该结构的抗震性能水准和性能目标。

3.1抗震性能水准

结构的抗震性能水准是指建筑结构在某一特定设防地震等级下预期破坏的最大程度。基于性能的抗震设计是考虑结构构件、内部设施、装修等多种因素，由此划分抗震性能水准更细致，使工程选择范围更灵活。

根据美国联邦紧急救援署提供的资料，基于性能的结构抗震设计可沿用四个性能水准：

水准1基本完好：无永久侧移，结构基本保持原有强度和刚度，结构构件以及非结构构件基本不损坏。内部重要设备仍正常工作。

水准2轻微破坏：无永久侧移，结构基本保持原有强度和刚度，结构构件与非结构构件有轻微破坏。电梯能够重新启动，防火措施得力。

水准3生命安全：所有楼层都有残留强度和刚度，承受重力荷载的构件仍起作用，不发生墙体平面外失效或女儿墙倒塌，有永久侧移。

水准4不倒塌：几乎没有残留刚度和强度，但承受荷载的柱子和墙体仍起作用，有大的永久侧移。一些出口被堵，内隔墙和无支撑的女儿墙已经或开始失效，建筑即将倒塌。

3.2抗震性能目标

抗震性能目标是指结构相对于每一个设防地震等级所期望达到的抗震性能水准。根据以上四个性能水准进行设定。

对一般建筑物要求达到的基本性能目标是：在常遇地震作用下能保持基本完好；在偶遇地震作用下结构和非结构构件有轻微损坏，但可修复；在罕遇地震作用下能保证生命安全，建筑修复费用可能很高；在极罕遇地震作用下建筑物不能倒塌。

为了达到这些性能目标，首先要找出能够有代表性地表述这些性能目标限值的变量。目前抗震性能目标的限值大多采用应力、位移、延性系数、能量耗散指标等。其中比较常用的是位移限值，如文[1]建议了框架剪力墙结构、剪力墙结构和框筒结构的弹塑性层间位移角限值。然而，在确定结构抗震性能目标限值方面的研究还远未成熟，不同的结构类型、更细的性能水准划分以及描述这些性能水准的构件体系范畴的增大，都加大了确定性能目标限值的难度，要在未来工程中应用，仍需要进行大量的实验研究、理论分析和统计工作。

4结构抗震设计方法

目前，基于性能的结构抗震设计方法主要有三种：承载力设计方法；位移设计方法和能量设计方法。

4.1承载力设计方法

承载力设计方法是目前各国规范所普遍采用的方法，这里不再祥述。

4.2位移设计方法

基于位移的抗震设计方法是近些年来随着人们对结构抗震认识的深入而产生的。根据设计思路的不同，基于位移的抗震设计方法又可分为以下几种：直接基于位移的设计方法；能力谱方法和按延性系数设计的方法。

4.2.1直接基于位移的设计方法

直接基于位移的设计方法是先假定结构的整体侧移模式，并按照结构动力学方法将实际的多自由度体系转化为等效单自由度体系，确定等效单自由度体系结构的弹塑性地震位移反应，再根据侧移模式反算出原多自由度体系各楼层的弹塑性地震位移反应，验算其是否符合限值要求。

该抗震设计方法直接用位移指标衡量结构的性能，较直观，计算方法也较为简单，便于设计中应用。但是控制结构性能的因素比较复杂，比如在小震下强度是控制结构性能的主要因素，所以单用位移指标来进行结构设计可能不够全面。再者，设计过程中侧移模式的选取、等效单自由度体系的转化、各性能目标限值的确定以及忽略高振型等等，都直接或间接地影响了该方法的精确性，所以仍需要进行更深入的研究。

4.2.2能力谱方法

能力谱方法最初是由Freeman等人在1975年提出来的，后来很多学者不断改进这种方法。它是通过将地震反应谱曲线和结构能力谱曲线转换成相同的格式，求得两个曲线相交点(称作性能点)的位移(称作目标位移)。

该方法的特点是结构在地震作用下的“需”与“供”较为明确，有助于判断结构的性能，目前对结构进行抗震性能评估大都采用能力谱方法。

4.2.3按延性系数设计的方法

一般建筑物都按照承受小于在弹性反应结构上产生的水平地震作用来进行设计，这意味着这样的结构将会出现非线性变形，进而产生延性反应。一个结构具备良好的延性有助于减小地震作用影响，吸收和耗散地震能量，避免结构倒塌。按延性系数设计的方法就是要考察结构屈服以后的延性反应过程，研究钢筋混凝土构件与结构的延性问题，在新西兰等国家得到广泛使用[2]。

按延性系数设计的方法侧重构造措施在结构抗震设计中的作用，对构造措施进行定量分析，并试图建立一个明确的塑性变形机构，使建筑物在遭遇地震时按照预定的塑性变形方式进行反应。但按照该方法要真正实现结构具体的抗震性能目标还需要继续进行更详细深入的研究工作。

4.3能量设计方法

结构在遇到较大地震作用时，会产生非弹性变形，导致能量耗散。能量设计方法是通过控制结构或构件的耗能能力，达到控制整个结构抗震性能的目的。文献[3]就是一种基于能量的抗震设计方法。但是由于结构体系的复杂性，结构滞回耗能的计算很大程度上依赖于构件单元恢复力模型的选取，计算比较繁琐，且具有一定误差。

5结束语

本文介绍了基于性能的抗震设计理论中的主要内容：抗震性能水准的划分、抗震性能目标的确定以及常用的性能抗震设计方法。基于性能的抗震设计理论基本克服了基于承载力的抗震设计不能预估结构屈服后的工作性能的缺陷，对结构的性能提出全面的、清晰的要求与量化，并通过设计予以满足，最大限度地发挥建筑结构的整体抗震性能，使地震对建筑结构的破坏、对生命和财产所造成的损失在可预见和可承受的范围内。基于结构性能的抗震设计是世界各国抗震设计理论发展的趋势所在。但是要使其设计方法得以推广，还有很多相关工作要做，比如：非结构构件强度、刚度等的确定、地震反应位移谱的确定、各性能目标限值的确定。这些问题的解决，都将促进基于性能的抗震设计方法的精确性的提高，使其早日应用到规范中，指导建筑结构设计。

参考文献

[1]郭子雄,吕西林,王亚勇.建筑结构在罕遇地震下弹塑性变形验算的讨论[J].工程抗震,1999,(1):13-18.

抗震设计方法范文篇6

关键词:抗震措施，混凝土结构

Abstract:theauthormainlyaccordingtothemodernconcretestructureseismicdesignoftenuseoftheseismicdesignmethodandcharacteristicsoftheseismicdesignandtherelevantanalysisofthescope,andwiththepracticeofbuildingstructureoftheseismicdesignandstructureseismicsafetyforthetargetofthemainmeasureforfurtheranalysis

Keywords:aseismaticmeasures,concretestructure

中图分类号：TU973+.31文献标识码：A文章编号：

1现代抗震设计

首先，通过适当措施使结构具有一定的延性，在地震作用下，发生足够的非线性变形，而维持承载力又不会下降。结构不会出现因承载力急剧下降而导致严重破坏和倒塌，从而使结构在非线性变形状态下耗散地震能量。其次，钢筋混凝土结构，在一定的外力作用下，结构进入非弹性状态。在非弹性变形过程中，外力做功全部变为热能，并传入空气中耗散掉。在无阻尼状态下，在弹性范围振动时，惯性力与弹性恢复力总处于动态平衡状态，体系能量在动能、势能间不停转换，但总量保持不变。如果出现振动过大，体系进入屈服后状态时，则体系在平衡的位置都可以将在最大位移处转化为弹性势能和塑性变形能两部分，其中，塑性变形会耗散掉，从而也就减小了体系总的能量。因此我们就可以想到，在地震往复的作用下，结构在振动的过程中，只要进入到屈服后状态，将通过塑性变形能耗散掉部分地震输给结构的累积能量，从而减小地震反应。同时，实际结构所存在的阻尼也就会进一步耗散能量，减小地震的反应。此外，结构进入非弹性状态后，其侧向刚度也就会明显小于弹性的刚度，这将导致结构瞬时刚度的下降，自振周期也就加长，从而减小地震作用。

2提高结构延性的措施

我国的抗震设计就是对钢筋混凝土结构提出的基本上是“高延性的要求”，也就是要求结构在较大的屈服后塑性变形状态下依旧保持其竖向荷载和抗水平力的能力，对于钢筋混凝土结构应采用能力设计法进行设计。“能力的设计法”就是在设计地震力取值偏低的情况下，结构具有足够的延性能力，通过合理设计才能使结构在地震作用下形成合理的倒塌机构，即塑性变形或塑性铰出现在比较容易保证有较大的延性能力塑性铰处;可通过相应的措施提高塑性铰延性，从而也就实现结构在中震、大震下抗震设防的目标。

2．1强柱弱梁

强震下，构件产生塑性变形，可以耗散部分地震能量。“梁铰机构”或“梁柱铰机构”能够形成更多的塑性铰，从而能耗散更多的地震能量，因此，应加强柱的抗弯能力，引导结构在强震下形成更优、更合理的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”。这种抗震措施的理念现已被建筑业接受，像耗能机构却也出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。两种思路也都承认应该优先引导梁端出现塑性铰，但是双方对柱端塑性铰出现的位置与数量有分歧。别的国家追求理想的梁铰机构，底层柱的弯矩增大系数比其他柱的弯矩增大的系数小一些，在强震下，底层柱塑性铰的出现比梁端塑性铰迟，而其余所有的柱截面在大震下是不会出现塑性铰的“梁铰机构”。在规范中规定可以选用两种方法，一种就是上面理想梁铰机构法，二种就是像美国的方法。美国的规范要求就是在强震下梁端较早的出现塑性铰，柱端塑性铰形成较迟，梁端塑性铰形成较柱端塑性铰普遍，形成“梁―柱塑性铰机构”。柱端塑性铰是可以在任何位置形成，这一点是与别的国家规范的做法是不同的。我国规范与欧洲EC8规范也是使用与美国这样的方法。

3抗震构造措施

经过相应构造措施确保塑性铰有所需足够的延性，即塑性转动能力和塑性耗能能力。影响延性的因素可归纳为最根本的两点:混凝土极限压应变，破坏时的受压区高度。

3．1梁构造措施

对于梁而言，无论哪种耗能机构，梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位，所以都希望梁端的塑性变形有良好的延性和良好的塑性耗能能力。除计算上满足一定的要求外，还要通过一系列构造措施提高梁的延性:1)控制受拉钢筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率，最大配筋率的控制是为了使受拉钢筋屈服时的混凝土受压区压应变与梁最终破坏时的极限压应变还有一定的差距(梁的最终破坏一般都以受压区混凝土达到极限压应变，混凝土被压碎为标志的);控制最小配筋率是保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时钢筋就屈服甚至被拉断。2)为了可确保梁有一定的受压钢筋。受压中的钢筋可以分担部分的剪力，减小受压区的高度，另外在大震下，梁端可能会出现正弯矩，下部钢筋也就有可能受拉。

3)确保箍筋用量，用法。箍筋的作用有三个:a．抗剪;b．保证纵筋在受压下不会过早的局部失稳;c．通过箍筋约束受压混凝土，提高其极限压应变及抗压强度。4)对截面尺寸都有一定的要求。都规范规定框架梁截面的尺寸应符合下列要求:Ⅰ截面的宽度不能小于200mm;Ⅱ截面高度和宽度的比值不可以大于4;Ⅲ净跨与截面高度的比值也不能大于4。但在施工中如果梁的宽度太小，梁的上部钢筋一般都比较多，使浇筑时就困难，所以就造成混凝土缺陷;在震害中发生过梁侧向失稳的事例，因此提出要求高宽比为2。深梁(跨高比小于5)的抗弯和抗剪机理与一般的梁(跨高比大于5的梁)有所不同，所以在设计中避免设计成深梁，实在不能避免，就要参照专门的设计方法和构造措施。

3．2柱的构造措施

柱的构造措施与梁差不多，但是柱除了能够受弯矩和剪力以外，还要承受着轴力，尤其是高层建筑，轴力也就更大了，因此柱还有对轴压比的限制，对于不同烈度结构有着不同的轴压比限值;另外，柱端箍筋用量的控制条件用配箍特征值，考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配箍量的影响。高强度混凝土(C60以上)的极限压应变小一些，而且强度越高，小得越多;另外，强度越高，混凝土破坏时脆性特征越明显，这些对于抗震来说是不利的。

4常用的抗震分析方法

伴随着抗震理论的发展，各种抗震分析方法也不断出现在设计领域。在结构设计中，通常采用底部剪力法，振型分解反应谱法，弹性时程分析方法来计算该地震作用值。其中，底部剪力法最简便，适用于质量、刚度沿高度分布较均匀的结构，通过结构的第一振型周期来确定地震影响系数，结合结构重力荷载来确定总的地震作用，然后分配至各层进行结构设计。对较复杂的结构体系则采用振型分解反应谱法进行抗震计算，该方法根据振型叠加原理，将多自由度体系化为一系列单自由度体系叠加，将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加得到结构总的地震作用、作用效应。对于特别不规则及特别重要的结构，常常需弹性时程分析，该方法为直接动力分析方法。研究结构的抗震性能对于结构基于性能抗震设计极其重要，通常采用的方法为非线性时程分析法与非线性静力分析法。非线性时程分析法从建立在层模型到建立在截面多弹簧模型上的方法，再到当前正在研究发展的建立在截面纤维滞回本构关系的纤维模型法，准确程度正在不断提高。基本思路是通过适当数值方法建立和求解动力方程，从而得到结构各个时刻的反应量。由于对地震特点和结构特性具有假设性，其结果具有不确定性。因此，其主要价值是用来考察地震作用下结构的反应规律，以及对设计好的结构进行校核分析，评估其抗震性能。非线性静力分析法是近年来广泛应用的一种结构抗震能力评估的新方法。从本质上说是一种静力非线性计算方法，将反应谱引入计算过程和结果，用静力荷载描述地震作用，考虑结构的弹塑性性质。先以某种方法求得结构在地震作用下所对应的目标位移，然后在对结构施加竖向荷载的同时，将表征地震作用的水平静力荷载以单调递增的形式作用到结构上，在达到目标位移时停止荷载递增，最后再对结构进行抗震性能评估，判断结构是否可满足在水平地震作用下功能需求。

参考文献:

［1］R・克拉夫，J・彭津．结构动力学［M］．王光远，译．北京:高等教育出版社，2006．

［2］AnilK．Chopra．结构动力学理论及其在地震工程中的应用［M］．谢礼立，吕大刚，译．北京:高等教育出版社，2007．

［3］张善元．多层框架结构的非弹性地震反应的一种算法［J］．太原工学院学报，1982(4):41-42．

抗震设计方法范文篇7

摘要：地质作用是非常复杂的，要想建筑物在强烈的地震作用下不发生破坏是很不实际的。我们所说的抗震设计，是指建筑物在强烈的地震作用下，即使破坏很严重，也不会倒塌，这就要求建筑物有足够的弹塑性变形来抵抗地震能量，因此提高建筑结构的弹塑性变形能力，在强烈地震中不倒塌是抗震设计中要达到的目标。文章分析了影响高层建筑结构抗震能力的主要因素，提出了高层建筑结构抗震的具体设计方法。

关键词：高层建筑；抗震；结构

中图分类号：TU972+4文献标识码：A

1概述

从上个世纪70年代以来，结构设计工程师通过多年的地震灾害实践经验总结中明白，宏观的“概念设计”对与工程结构抗震来说比“数值设计”来的更重要些。所谓的概念设计就是从结构总体方案设计的时候就运用人们在工程实践中总结的正确的建筑结构抗震知识处理结构设计中遇到问题，以宏观的原则评价、鉴别为基础，做出必要的计算和构造措施，消除建筑物抗震的薄弱环节，从而达到合理的抗震设计的目的。因此，这就要求结构工程师必须从主体上了解结构抗震特点，振动中结构的受力特征，突出主要矛盾，用正确的概念设计，才能达到抗震减灾的目的。

2地震灾害多发点

2.1结构层屈服强度比较薄弱的楼层

由于很多高层建筑在结构设计上存在很大的不均匀性，一旦遇到比较大的能量冲击，屈服强度比较薄弱的结构层就会被屈服，造成弹塑性变形急剧发生，导致弹塑性变形大面积扩展的现象。比如，1976年的唐山大地震中，由于13层的蒸吸塔框架中第6层和第11层屈服强度较弱，导致该蒸吸塔6层以上全部倒塌。

2.2柱端和节点处

高层建筑结构中一般是梁轻柱重，柱子的顶部重于（终于）柱子的底部，特别是角柱和边柱更容易受到地震破坏。柱子容易受到弯曲破坏，轻则发生水平或斜向断裂，重则混凝土被压垮塌，导致里面钢筋崩脱。当柱子的一侧有强度较高的砌体填充墙嵌砌时，柱顶受剪切力破坏严重，甚至会转移到窗口上下处，以及出现短柱受剪切力的破坏。

2.3砌体填充墙

砌体填充墙虽然刚度很大，但其变形能力很差，在强烈的地震S形冲击波的破坏下会遭受严重的破坏。

3影响高层建筑结构抗震能力的主要因素

3.1高层建筑结构所用的材料及施工质量

众所周知，建筑结构的施工材料质量越差，地震对建筑所造成的破坏越大，但是这个问题往往被人们所忽视。在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙等构件中，假如能广泛使用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料，将会显著改善建筑物的抗震性能。因此，在整体施工过程中，一定要对施工的每个环节都加以重视，任何一个环节出现纰漏，都有可能影响建筑结构本身的抗震能力。

3.2高层建筑结构本身结构设计问题

一栋建筑物假如平面布置复杂，导致质心和刚心不在同一点，就很容易在地震作用下产生扭转弯曲，加剧了地震的破坏力。例如，台湾的9・21地震中，一栋高层建筑由于结构平面不规则，在水平的地震作用下，产生扭曲效应，导致建筑坍塌。对于结构平面布置不规则的建筑，我们应注意偏离结构刚心远端的抗震墙和框架柱的承载力计算。对于建筑的立面，要避免头重脚轻，尽量将结构的重心降到最低。

3.3建筑场地

建筑选择工程地址时，一定要进行详细的地质勘探，熟悉地形地质情况，挑选对建筑抗震有利的地形。由于地震时地面的强烈运动会导致建筑在振动过程中，丧失整体性和稳定性而遭到破坏，甚至会造成水坝倒塌、海啸、火灾等次生灾害的发生。断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡地层陷落等地面严重变形造成的灾害可以通过工程措施加以防治，而很多灾害单靠工程措施是很难达到预防目的，而且会让人们付出惨痛的代价。因此，要尽可能避免对建筑抗震不利的场地，不管是什么情况，都不能在抗震不利场地中建造对人员伤亡和造成巨大经济损失的建筑物。

4高层建筑结构抗震的具体设计

4.1重视建筑结构的规则性

在高层建筑结构设计中，结构的均匀性主要体现在以下几个方面：一是，由于实际的高层建筑结构都是三维立体的，而实际的地震作用和风荷载都是比较复杂多变的，具有多向性，所以高层建筑中主体抗侧力结构的两个主轴方向的刚度和变形特性都要相似，才能使得高层建筑的两个主轴方向受力比较均匀，这样才能具有良好的抗震力和抗风性。二是，高层建筑主体抗侧力结构在竖向断面、构成变化上比较均匀，不能由于某种情况产生突变。特别是主体结构的层剪切刚度不能发生突变，因为均匀的高层建筑结构能够避免由于建筑薄弱层破坏而导致整个建筑物遭到破坏。三是，高层建筑主体抗侧力结构应注意同一主轴方向上的各个抗侧力结构刚度均匀，避免在主体结构布置中设置一些刚度特别大而延性较差的结构，比如长窄的实体剪力墙，虽然长窄的实体剪力墙在结构上能满足对称性和刚度的要求，但其个别结构刚度很大，在地震作用下，会吸收很大的能量，导致应力集中，首先遭到破坏，从而会导致整体建筑结构的破坏。而同一主轴方向上的抗侧力结构刚度均匀就会在水平荷载作用下应力分布均匀，这样有利于结构抗震延性的实现。

4.2建筑结构体系的合理选择

高层建筑结构体系选择是结构设计考虑的关键，结构方案是否合理，对安全性和经济性起决定性的作用。结构体系需要有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，如建筑物梁的布置应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去；尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平接近均匀，避免竖向构件之间形成二次压应力的转移；布置转换结构时，尽量使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层不超过2次转换，传递到下部结构的竖向构件上去；由于抗侧力结构一般有框架、剪力墙、筒体、支撑等组成，为了使它们贯通连续，在整体抗侧力结构上必须体系明确，传力直接，若它们沿竖向有变动，变化也要缓慢均匀，不能产生突变。结构体系需要多道抗震防线，框架-剪力墙结构就是具有良好性能的多道防线的抗震结构。剪力墙既是主要抗侧力构件，又能充当第一道抗震防线。所以想结构体系中有相当数量的剪力墙，使得它的结构底部地震倾覆力矩不小于底部总地震倾覆力矩的50%。同时，剪力墙可以通过合理设置连梁，组成多肢联肢墙，使其具有优良的多道抗震防线性能。连梁的刚度、承载力和变形能力应与墙肢相匹配，避免连梁过强而使墙肢产生较大拉力而过早出现刚度和承载力退化。为了能够承受剪力墙开裂后重分配的地震作用，任何一层框架和墙协同作用分配的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍之两者的较小值。

主体抗侧力结构的刚度选择合理是高层建筑结构设计中重要指标之一。首先，主体抗侧力结构的刚度须满足规范上规定的水平位移、整体稳定、强度延性等要求。但在多年工程设计的经验中总结出，高层建筑主体抗侧力结构的刚度不宜过大，由于结构的延性和安全储备主要依靠合理的结构构造和精心的设计，高层建筑的主体抗侧力结构刚度满足规范值即可；而主体抗侧力结构刚度过大，也会造成结构的基本自振周期短，随着地震作用的加大，结构承受的水平力和倾覆弯矩也加大，地基基础的负担也加大，导致结构的截面和相应的构造配筋增加，大大降低了其经济效率。

5减轻地震灾害的措施

5.1对旧有建筑进行加固

由于我国部分地区发展相对滞后，还存留了很多70年代前后的建筑物，这些建筑物在建造时大多数都没有或者很少考虑到抗震问题，以至于现在很多建筑都存在基础沉降、墙体裂缝、倾斜、面层剥落等现象和隐患。为了确保人民生命财产的安全，同时又能充分利用旧房资源，我们对不符合抗震要求的建筑进行加固，对部分建筑进行修缮，达到满足抗震的目的。消能减震技术在抗震加固中具有独特的优点，它摆脱了常规加固中以构件承载力为主的加固模式，而是通过减小建筑物上地震作用的途径，使结构和构件满足抗震要求。这对地震频繁，人口众多的我国来说，对工程结构抗震具有大的意义。

5.2研究开发更为合理的结构形式

随着科学技术的不断进步，高层建筑结构逐渐向自重轻、跨度大、功能多样、施工周期短的方向发展。因此，质量轻强度高的新型建筑材料的研制和更为合理的建筑结构形式的研发成为各种新型结构体系发展的必然趋势。例如，开合屋盖结构，是一种在短时间内部分和全部屋盖可以移动或开合，其结构是将一个完整的屋盖结构划分为几个可移动的单元，可移动单元能够按照一定轨迹移动达到开启和闭合的作用。

5.3建材及建筑结构体系的合理选择

抗震设计方法范文篇8

析，进行分析与比较，再以类似模型为基础，进行工程的高、宽以及截面的大小与侧向和竖向频率的影响关系，并采取相应的减振措施，对于减振措施提出了一系列建议，给以后相似的工程建设提供参考意见。

[关键词]工程结构；抗震；设计方法随着国民经济的飞速发展，国家交通事业也随之不断进步，城市交通网络的不断发展使城市工程、景观工程也日益增多。近些年来，工程不断向“轻”、“新”二字的发展方向建设，采取新颖的结构形式，使用轻型建筑材料，促进工程不断向轻柔、大跨、空间结构的方向发展。但是随着工程的质量的降低、阻尼的减小，其自振频率也不断减小，使结构对人行荷载激励越来越敏感，容易产生工程共振现象，这种工程振动工程上行人的走行舒适度具有严重的影响，甚至使行人产生心理恐慌。工程的人致振动问题越来越引起关注。行人引起的工程振动主要有两种，即竖向振动和侧向振动。由于近几十年工程才得到快速发展，在前些年，工程的侧向振动问题没有凸显，工程界也一直没有引起足够的重视。直到近些年，发生了一些行人造成的工程侧向振动使用性问题，工程侧向振动问题才逐渐引起工程界的关注。

1工程人行荷载步行力测量

测量单人的步行力是很多学科研究的内容，主要是通过大量的行人在测力台上或者走步机等相似的仪器上行走试验研究，记录行人的步行力的动荷载时程曲线，并对此时程曲线进行分析出其参数特征。最开始对于单人步行力的研究不仅仅是为了研究工程振动，主要还是为研究大型商场和大型体育场看台中人群产生荷载下的结构动力性能，一般采用固定于地面的侧力台或走步机对单人步行力作为测量，如Harper等（1961）最早用测力台测量单人步行力的竖向力和水平力，后来Andriacchi则利用测力板测量单人步行力在三个分量上的时程曲线，而针对于除正常行走其他的行走情况，Galbraith&Barton（1970）将慢跑到跑步各个状态下的单人步行力的竖向力利用了测力台进行相应的测试，得出了相关结论。

Jacobs（1972）在楼板上测量出单人的步行竖向力，Kerr&Bishop研究轻型楼梯的人致振动时，采用了测力台对单步竖向力进行了测试。测量其他的运动，比如跑步、跳跃等产生的激励和测量步行力的方法一致，同样是采用测力台进行。由于步行力荷载的复杂性和对很多因素的依赖性，不同的学者在各自的步行力测试中都取得不同的研究成果，但是往往测步行力试验都是针对于步行力竖向分量的测量，对于侧向步行力分量的测量的研究比较少，这也是因为大部分的人致振动都是由竖向振动引起的。

2各国现行抗震设计规范

2.1BS5400

英国规范BS5400适用于工程的设计和施工，是最早提到工程振动使用性问题的规范之一。BS5400的每一部分都有相应的BD规范辅助实现。在工程的设计方面，目前主要有两套BD规范。其中BD29/04规范对工程的设计标准进行了规定，BD37/01规范对作用于工程的荷载进行了规定。BD29/04规范从工程的设计标准方面着手，要求设计者充分意识到工程对人行荷载的敏感性。特别是发生人群同步现象时，更应该认真考虑。当工程的竖向固有频率低于5Hz，而侧向固有频率又低于1.5Hz时，在人群同步荷载的作用下，其振动问题尤为突出。此规范并没有给出侧向最大加速度的计算方法。

2.2欧洲规范

欧洲规范EN1990以工程结构设计为基础，规定以可接受的工程最大加速度来确定行人舒适性指标EN1990Eurocodel中的第2部分定义了公路工程、桥梁工程和铁路工程设计时的荷载模型。规定：工程主跨结构根据结构的动力特性，即相应固有频率的不同，应采用不同适当的结构模型。另外人行荷载频率如果与工程的某阶频率相同，导致共振响应时，应验证共振时的极限振动状态。最后Eurocodel指出设计时应该定义合适的人行荷载动力模型，以及相应的舒适度指标。

2.3Bro2004

Bro2004为瑞典国家道路管理部门颁布用于工程设计施工的通用技术规范。规定工程竖向的固有频率应该大于3.5Hz，否则需验证其振动适用性。如果竖向的固有频率小于或等于3.5Hz，工程任意位置竖向加速度的平方根RMSα≤0.5m/s2。Bro2004对于工程竖向加速度可通过简化的单自由度动力分析方法求解。对于复杂的工程，需采用电脑编程分析求解。

2.4德国规范EN03

德国工程设计指南EN03吸收了2000年以来的新的研究成果，采取工程自振频率与行人承受的峰值加速度限值相结合的方法规定舒适度等级。按照这一方法，动力设计应首先验算工程自振频率是否在竖向1.25～2.3Hz、侧向0.5～1.2Hz的振动敏感频率范围之内。若在这一范围内，应根据不同行人稠密度等级确定动力荷载的行人密度，按相应的行人密度和指南建议的方法验算峰值振动加速度，并按表2-3的限值来判定竖向和横向振动的行人舒适度。

BS5400提出的荷载模型只适用于结构的竖向振动，不能应用于侧向。ISO10137模型只适用于单人荷载。Eurocode荷载模型只适用于比较简单的结构，复杂结构的荷载模型由设计者决定。Bro2004荷载模型只适用于竖向振动，对侧向工程人致振动分析振动，既没确定荷载模型，也没规定设计标准。EN03规定的方法对竖向和侧向振动都适用。

3工程结构基于性能的抗震设计方法

3.1调质阻尼器（TMD）

调质阻尼器（TMD）属于被动控制技术，它的装置是在结构顶部或上部某个位置加上加上惯性质量，它是在结构物顶部或上部某位置上加上惯性质量并用弹簧和阻尼器连接主体结构，TMD作为一种被动控制方式，因其构造比较简单，方便安装，维护方便，并且经济实用，不需外力作用，有着其它方法无法比拟的优点，因此在高层建筑风振控制、工程控制等领域得到重视，在很多生产实践当中得到应用。为了说明TMD的减振原理，首先见图5-1是TMD二自由度动力学模型，由二自由度的质量，弹簧，阻尼系统组成，用来简化TMD系统和主体结构的模型，并将激振力简化为一频率为ω的正弦荷载F=sinωt。通过适当的选取参数m2、C和k2，可以达到有效降低质量m，振幅的目的。

3.2调液阻尼器（TLD）

调频液体阻尼器（TLD）是一种典型的被动控制装置，利用结构上固定容器中液体的惯性和粘性耗能来减小结构振动，通常可与建筑顶部的储水装置结合使用。这种减振装置具有很多优点：经济实用，简单安装和拆卸，使用方便，使用时间很长，同时可以兼作消防水箱和减振装置使用，用途十分广泛。

TLD是一种固定在结构上（一般为顶部）的矩形水箱，既可以是一个大型水箱，也可以是几个水箱的组合。当结构在风的作用下发生振动时将带动水箱一起运动，而水箱的运动会使箱中的水发生晃动，并引起表面的波浪，这种水和波浪对容器壁的压力差就构成了对结构的减振力。一般情况下，对于结构的某一振型发生振动时，通过适当调整水箱中水体的质量和晃动频率，即控制力的作用周期和大小，从而达到对结构减振的目的。

3.3粘滞阻尼器

粘滞阻尼器（或称油阻尼器）的原理与构造如图4-3所示。我们知道，用水枪喷水时，如果要使水流越快或水的出口越小，需要的力也越强。粘滞阻尼器就是运用了这一原理。一般的粘滞阻尼器用钢制的油缸与活塞代替水枪筒与压杆。并在活塞上设置细小的油孔，代替水的出口。当油体通过狭小的阻尼孔时，阻尼器吸收的能量通过流体抵抗转换为热能。当油体通过的阻尼孔直径一定时，粘滞阻尼器的阻尼力大致与加载速度的2次方成比例。

粘滞阻尼器是一种典型的速度型阻尼器。所谓速度型阻尼器就是速度直接影响阻尼器的阻尼力大小，粘滞阻尼器的滞回曲线呈规则的椭圆形，曲线由内到外加振速度依次增大，接近速度极限时，滞回曲线由椭圆逐渐变饱满。通过改变活塞的大小、阻尼孔的直径和油缸的长度，能够自由设定一个循环的能量吸收性能。

3.4TMD减振设置方案

由人行结构工程人致振动仿真分析结果可知，侧向振动的最大加速度响应超过了舒适性指标，需要采取合适的减振措施。本文采用TMD减振装置，以控制侧向第1阶模态的TMD减振装置为例，说明TMD参数设计方法。根据模态分析结果，第1阶侧

向振动模态的频率f=1.15Hz，相应的模态质量m*=51吨，TMD安装于侧向模态位移最大处即在主跨跨中，TMD的运动方向为横工程向。TMD的质量与第一阶侧向振动模态的广义质量比值取为6.0%。

4结语

随着现在的公路工程不断采用高强材料，新的结构体系，施工工艺，工程也得到了很大的发展，重量越来越小，跨度越来越大，外形也越来越轻巧，但是同时也由于工程梁的刚度和质量以及阻尼的降低而带来了工程人致振动问题也越发明显，现在建立的许多工程也都面临着比较严重的人致振动问题，通过基于结构工程性能的计算研究，发现侧向振动更为明显，并针对工程人致振动问题提出几种可行的解决方案，认为在工程设计中以及成工程以后均可采取安装阻尼系统的措施。

[参考文献]

[1]刘永华，张耀春.钢框架高等分析研究综述[J].哈尔滨工业大学学报.2005（09）

[2]庄和星，宋启根，吕令毅.钢框架梁柱非线性分析中的一种新单元[J].建筑结构.2005（08）

抗震设计方法范文1篇9

关键词抗震设计；概念设计；抗震计算；构造措施

中图分类号TU691文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)041-0221-01

多年来，人们对建筑结构抗震设计理论不断探索和研究，更多、更适用的抗震设计方法相继被提出。从最初的弹性理论到现在的非线性理论，从单一的保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，同时还经历了结构非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。目前，结构抗震设计主要涉及三个方面：结构的概念设计、结构的抗震计算及构造措施。

1抗震概念设计

1.1概念设计的含义

1）一般指不通过数值计算，只根据结构体系震害、力学关系、结构破坏机理、试验现象与工程经验，对一些比较复杂、难以做出精确、理性的分析或规范中难以规定的工程问题，而获得的基本设计构思。

2）从宏观的角度来看，概念设计是运用一定的手段宏观控制建筑结构的总体布置与抗震细部构造。

3）有了概念设计的初步估算，在设计阶段，设计师能够更快速有效地对结构体系进行构思、对比与选择，大大降低了手算的难度，降低了成本，增强了设计方案的可靠性。

1.2概念设计的重要性

1）地震的无法预知性与随机性以及地面运动的随机性与复杂性，对结构的影响十分复杂。这种情况下，概念设计就显得尤为重要了。

2）结构地震计算的相关理论并不能充分反映地震中结构破坏复杂的过程。于是，概念设计在抗震设计中便起到了决定性的作用。

3）抗震设计仅根据抗震计算来确定，往往是不够准确的，甚至是偏于不安全的。

1.3概念设计的发展现状

社会经济快速发展及人们生活水平不断提高，建筑结构设计的要求随之提高。为了适应这种发展的要求，概念设计应运而生。当前，概念设计已成为工程设计必不可少的组成部分。于是，探索先进的理论计算，提高计算机水平，探索新型、轻质、高强、环保的建材，已成为当前做好结构概念设计的首要任务。

在传统的抗震设计中，单纯地通过配置钢筋来减少结构震害，这种做法加强了结构的刚度，但是，根据结构刚度与地震作用效应的相关性，结构刚度的增强反而加强了地震作用效应。为了纠正这种错误的抗震设计理论，专家利用结构的概念设计提出了隔震消能的思想。现有的隔震消能装置就是在基础和主体之间设置柔性层或增加消能支撑（相当于阻尼器），或在建筑物顶部装一个“反摆”（地震时，其位移方向和建筑物顶部的位移相反，形成附加阻尼，大大减少了结构的动力反应）。这种装置可以将地震作用效应可降低至60%，且屋内物品安全性也提高了。隔震耗能装置的研究在国内外已经引起了高度重视，而在日本，相关研究成果已广泛应用于工程实践中，并取得了较好的工程

效果。

2抗震计算

结构抗震计算包括地震作用计算和结构抗震变形验算。

2.1地震作用计算

底部剪力法和时程分析法是结构抗震计算的基本方法。

1）底部剪力法。适用于高度不超过40m、以剪切变形为主、质量与刚度在竖直方向分布均匀的结构，以及可简化成单质点体系的结构。

2）时程分析方法。适用于不规则的建筑（如扭转、凹凸、楼板不连续和竖向形体不规则等)、甲类建筑与烈度、限定高度的高层建筑；多遇地震作用的计算也可采用时程分析法，计算时，将多条时程曲线计算结果的平均值作为计算结果。

采用上述两种方法计算地震作用设计时，须满足以下计算要点。

1）因为建筑结构两个主轴方向的构件抗侧力是地震变形验算的主要对象，所以，这两个方向要分别进行水平地震作用的

计算。

2）对质量与刚度的分布明显不对称的结构，需考虑双向水平地震作用下的扭转效应。其他结构的扭转效应可以通过对地震作用修正得到。

3）8、9级地震中的大跨度结构和长悬臂结构，9级地震中的高层建筑，都要进行竖直方向地震作用的计算。

4）对于结构中相交角度大于15°的斜交构件，需对有抗侧力的该种构件进行水平各向地震作用计算。

2.2结构抗震变形验算

结构抗震变形验算包括遇地震下的抗震变形验算和罕遇地震下的抗震变形验算两部分。

1）多遇地震下的抗震变形验算。各种结构都要进行多遇地震下的抗震变形验算，楼层最大层间位移需满足规范中规定的限制。

2）罕遇地震下的抗震变形验算。与多遇地震下的抗震变形验算不同，罕遇地震下的抗震变形验算只需对一些特定的结构进行。①必须进行弹塑性变形验算的结构：7～9度且屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；8度Ⅲ、Ⅳ类场地与9度较高单层钢筋混凝土柱厂房的排架结构（横向）；重要建筑或抗震要求较高的建筑，且结构类型是钢筋混凝土结构或钢结构；采用隔震消能设计的结构；高度大于150m的钢结构；②建议进行弹塑性变形验算的结构：抗震烈度、场地内有高度限定，且竖向形体不规则的结构；板柱、抗震墙结构和底部框架的砌体结构；7度Ⅲ、Ⅳ类场地、8度乙类建筑，且其建筑结构是钢筋混凝土结构或钢结构；不高于150m的高层钢结构。

3抗震构造措施

3.1砖混结构

砖混结构的抗震构造要求包括：加设圈梁、加设构造柱、对墙体加固构造。

1）圈梁用于增强房屋的整体性，可以提高房屋的整体抗震

能力。

2）构造柱与圈梁配合适用，二者形成封闭骨架，可以提高砌

体结构的抗震能力。一般来说，在内外墙交接处、外墙转角处以及楼梯间的四角处，都应加设构造柱。

3）墙体加固构造可以有效提高砌体结构的水平承载力，一般做法是用高标号水泥砂浆或布钢筋网砂浆代替原墙体的粉刷

抹灰。

3.2混凝土结构

混凝土结构的抗震构造要点包括：①构件截面的高宽比要满足规定的限值；②满足最小配筋率要求；③将承重柱的轴压比控制一定的范围内；④一般填充墙中应设置拉结筋，较长的填充墙还应设置构造柱、芯柱、角柱并要求短柱箍筋全高加密。

4结束语

建筑结构的抗震设计是一个复杂、综合、系统且整体性很强的过程，它包括建筑结构的概念设计、抗震计算及构造措施，三方面缺一不可。如今，随着地球的生态环境的破坏越来越严重，地震灾害也日趋频繁，建筑结构的抗震设计成了衡量建筑结构设计是否有效的一向重要指标。因此，对各种结构进行更准确、合理的抗震设计，将成为建筑工程中尤为重要的研究方向。

参考文献

[1]张映超.浅谈房屋建筑结构的抗震设计[J].科技风,2011.

抗震设计方法范文1篇10

关键词:性能;建筑结构;抗震设计

随着我国建筑行业的发展，建筑结构方面提出抗震的设计要求。我国传统的建筑结构，在抗震性能上有不同程度的缺陷，不利于建筑结构的可靠性及稳定性，为了提高建筑结构抗震的水平与性能，应该在性能的基础上，按照建筑结构抗震功能的需求，完善抗震结构的设计，保证抗震结构在建筑工程中的效果，以此来延长建筑结构的使用寿命。

一、基于性能的建筑结构抗震设计

1、结构抗震基于性能的建筑结构抗震，不论是结构体系还是非结构体系，都比较注重参数的设计，所以建筑结构性能抗震方面，将结构抗震作为核心的内容，细化建筑结构的构造，保证建筑结构的抗震性能，可以满足整体结构的安全目标，规避地震作用对建筑结构抗震性的干扰［1］。站在性能的角度上，探讨建筑结构的抗震构造。建筑构件或构造方面，抗震设计时要重点考虑变形与能量，基于性能的建筑构造抗震设计，此两项内容是具有特征的项目。结构抗震方面，首先设计过程中，要明确抗震计算的方式，充分考虑结构抗震性能目标的多样化，合理分配线性或者是非线性的计算方法，确保结构抗震性能的合理性，进而保证结构抗震达到性能的规范标准;然后是结构抗震的直观性与多变性，结构抗震的设计人员，采用直观性和多变性的方法，解决建筑结构抗震中的各项问题，尤其是目标参数的数值计算，促使各项参数数据，均能具备适用性;最后是结构抗震中的概念设计，全面完善结构抗震的概念设计，保障后期结构抗震设计工作的顺利进行。2、抗震设计建筑结构抗震设计中，以性能为基础的设计方法，需注重抗震安全的运用，全方位的评估建筑结构的抗震能力，明确抗震设计在建筑结构性能中的安全程度，有效分配好强度、刚度、最大变形、累积变形等内容，体现出建筑结构抗震设计的高效性［2］。不同的建筑结构性能体系，抗震设计的方法不同，按照性能方面的相关准则，在建筑结构抗震研究的现场，随机选择地震的发生点，明确地震的发生地点、震级以及相应的时间，考虑到各项因素不是固定不变的，就要研究抗震设计中的地震发生概率，利用概念提高抗震性能设计的可靠度。抗震设计先在要在理论上达到标准的适用性，才能应用到实际的建筑施工中。基于性能的抗震设计指标，在建筑结构中起到重要的作用，而且和地震随机性，存在密切的关联。抗震设计中，应该采用统一的执行标准，综合研究抗震设计的整体性能，由此才能保证建筑结构的抗震设计，达到最佳的施工状态。

二、基于性能的建筑结构抗震评价

1、安全评价安全评价是基于性能建筑结构抗震评价的指标，也是抗震设计中的重要评价方式。安全评价时，应该确定地震动性能指标，估计抗震性能中的刚度、强度等，促使抗震安全性能，可以最大程度的保护建筑结构。我国近几年的建筑结构抗震性能方面，经过评价得出结论，安全评价下的建筑结构抗震性能，适用于建筑工程，需要按照不同的结构体系，选择出建筑抗震结构，采用概率可靠度性能评价的方式，辅助对建筑结构抗震性能设计进行安全评价，同时还要对性能评价中的能量、变形等，实行标准性的控制。2、效益评价建筑结构抗震性能设计的效益评价，是指社会经济效益。社会、业主等，对建筑结构抗震的社会经济效益，均有最佳的评价方案，目的是站在社会效益、经济效益的指标基础上，对建筑结构的抗震性能设计，实行标准的效益评价，估计出地震后，建筑结构的损耗、相关费用等，进而实行科学的抗震设计，优化建筑结构抗震性能的设计过程，遵守效益评价的原则，降低地震对建筑结构的破坏力度。

三、基于性能的建筑结构抗震控制

首先基于性能的建筑结构抗震设计控制，遵循地震是随机性的原则，站在安全、保护的角度上，通过科学的结构抗震设计，完善建筑结构的性能及施工，站在专业的角度考虑，建筑结构抗震性能的控制方面，可以分配结构自控、设备控制的形式方法，在建筑结构性能的应用层上，控制好抗震结构的自适应能力，强调建筑结构的自控性能，促使建筑结构抗震性能，具有自我保护、自我控制的优势，避免增加建筑结构抗震性能的运行压力，加强建筑结构抗震性能的控制能力。然后是基于性能考虑中，建筑结构抗震设计的构件控制。例如:现代高层建筑的抗震结构性能方面，耗能装置上取消了剪力墙构件，将抗震设计的重点放在加固、修复的方面，此类的构件中，耗能装置如果有破损、损坏的情况，基本是来源于小型的建筑，中型或大型的建筑，抗震构件就会失去保护的性能，导致现场呈现无法修理的局面，我国高层建筑行业中，应该积极控制抗震性能设计中的构件，促使构件可以满足建筑结构的根本需求，以免干扰建筑结构抗震设计的效果。最后在抗震设计控制中，积极推进新型耗能结构的应用，常见的有钢梁－混凝土柱，充分发挥抗震控制结构的有效作用，体现出基于性能的建筑结构抗震控制的作用和运用价值。建筑结构抗震性能设计的未来发展中，将新型耗能结构作为一项重点，考虑到建筑行业的专业化、多元化发展，需要充分发挥新型耗能结构的价值，以免影响建筑抗震设计的效果，体现出新型耗能结构在抗震设计控制中的必要性。

结束语

建筑结构的抗震设计，要以实际的性能为主，根据建筑工程抗震设计的社会、经济等要求，规范好建筑结构抗震性能的设计过程，在性能的基础上，评价建筑结构的抗震性能，加强建筑结构抗震性能的控制力度，完善相关的设计内容，避免影响建筑结构抗震性能的稳定性及可靠性，进而确保建筑结构抗震性能的安全度，消除潜在的抗震风险。

参考文献

［1］汪梦甫，周锡元．基于性能的建筑结构抗震设计［J］．建筑结构，2003，03:59－61．

抗震设计方法范文篇11

关键词：高层建筑；抗地震；防倒塌

一、问题提出

建筑物在地震中是否会被损害，不能简单依据设计时的抗震级别和抗震烈度，设计时的受力大小、角度与实际地震中的受力大小、角度是否吻合，也是一个很重要的因素。但是，回想当年汶川重建人员“责任重于泰山，半点不敢马虎”的誓言，按照“8级抗震、9度设防”标准重建的建筑物，却有不少都抵不住7级地震，这就不能不令人质疑了，高层建筑结构设计上如何做到有效防震呢？本文就该话题谈几点笔者的看法。

二、我国高层建筑结构设计的难点

1、抗震结构设计

抗震结构一直以来都是高层建筑结构设计的难点之一，由于地震的发生具有不可预测性，加之高层建筑结构十分复杂，往往在高层建筑中，结构设计人员无法全面的将抗震原理融入建筑结构设计之中[2]。同时地震具有非常发性，高层建筑往往在结构设计上抗震数据分析简便，抗震系数难以得到保障。如若高层建筑在结构设计中不能够将地区地震特点融入总体规划布局之中，并合理设计结构局部，建筑物必将难以抵御地震危害，这对建筑物使用者造成的伤害也是巨大和难以挽回的。

2、抗风结构设计

高层建筑对风振十分敏感，因此抗风压成为了高层建筑结构设计的重点任务之一[3]。由于高层建筑本身楼层建筑较高，其对上层风的阻隔作用也就变得十分明显，风由于高层建筑的阻挡，其空气动力效应也将随之改变，会产生对高层建筑的动力荷载。因此，风压对高层建筑具有较高的危害性，如若风压过大，也可能会直接导致高层建筑的主体结构承受过大的动力荷载，而遭到损坏，甚至发生墙体裂缝、内外装饰物脱落等现象。

三、高层建筑抗震结构设计的方法

1、应重视建筑结构的规则性

结构的平面布置不规则、平面布局的刚度不均都会对抗震效果产生不利影响。因此，在高层建筑物的结构抗震设计中，不应采用严重不规则的设计方案。在高层建筑中抗震设计中，提倡平、立面布置规整、对称、减少偏心，建筑的质量分布和刚度变化均匀。以往震害经历表明，此种类型的建筑在地震时比较不容易受到破坏，容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震措施。

2、对地基的选择

高层建筑在地震中的破坏主要来源与地基沉降，如果高层建筑地基出现沉降，其结构必然受到破坏。因此，高层建筑结构设计中，首先要对地基抗震进行针对性的设计。选择坚硬的场地土建造高层建筑，可以明显地减少地震能量输入，从而减轻地震的破坏程度。高层建筑宜避开对抗震不利的地段，当条件不允许时应采取可靠措施，使建筑在地震时不致由于地基失稳而遭受破坏，或者产生过度下沉、倾斜。为了保证高层建筑的稳定性，要求基础要有一定的埋置深度。埋深基础四周土壤的被动土压力，能够抵抗高层建筑承受水平载荷所产生的倾覆和滑移。天然地基基础埋深为建筑高度的1/15，桩基基础埋深为建筑高度的1/18。高层建筑宜设地下室。

3、多道设防

多道设防，就是设有多道抗震防线，避免因部分结构的破坏而导致整个体系丧失抗震能力。框架结构应使梁的屈服先于柱的屈服，利用梁的变形来耗能，从而使框架柱退居第二道防线。其措施就是梁端调幅。框剪结构应使剪力墙连梁首先屈服，然后是墙肢；要使墙肢易屈服，必须是墙肢稍短、洞口较多的联肢墙，因此规范规定限制墙肢过长。最后框架作为第三道防线。对剪力墙结构，通过构造措施，保证连梁先屈服，如连梁折减刚度，少配纵筋、配交叉抗剪筋，并通过空间整体性形成高次超静定等。

4、运用高延性设计

结构构件除应具有必要的承载能力，还应具有良好的延性和较多的耗能潜力，防止过早的剪切、锚固和受压等脆性破坏。所谓延性，就是结构受地震屈服后进入塑性变形阶段，其变形能力的大小。变形越大，就是延性越大，因为地震耗能是靠强度和塑性变形能力的综合，即充分变形而不倒，促使地震给高层建筑带来的破坏被有效地减弱，避免重大损失的发生。

5、结构构件设计合理性

框架设计应符合：刚梁柔柱，强柱弱梁，强剪弱弯，节点更强。框架作为主要受力构件，对结构安全至关重要。框架设计应避免剪切先于弯曲破坏，避免混凝土的压脆先于钢筋的屈服，避免钢筋锚固粘结先于构件破坏。目的就是使塑性变形开裂耗能而不致遭受脆性破坏。刚梁柔柱，就是让节点弯矩多分配一点给梁端；强柱弱梁，就是在配筋方面让柱多配一点，梁配筋恰当；强剪弱弯，就是梁顶弯矩可以调幅，而剪力不能调幅，剪力还可按实际弯矩配筋调大，剪力配筋强于弯矩配筋；节点更强，是加强节点配箍及纵筋锚固，施工中应注意钢筋间距，以便施工易于振密，保证节点稳固。

四、高层建筑结构抗震设计应用的体系

1、框架-剪力墙体系

框架-剪力墙体系不仅框架结构布置灵活，使用方便，又有较大的刚度和较好的抗震性能。在承受水平力时，剪力墙和框架通过的连梁和楼板共同组成的一种结构体系。在该体系中，框架的主要作用就是承受垂直方向的载荷，剪力墙的主要作用就是承受水平方向的剪力。框架-剪力墙的结构体系中剪力墙在地震作用下呈弯剪破坏，且塑性屈服尽量产生在墙体的底部。连梁宜在梁端塑性屈服，且有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前不失效。按照“强墙弱梁”的原则加强墙肢的承载力，避免墙肢的剪切破坏，提高其抗震能力。

2、剪力墙体系

剪力墙体系的结构刚度大、空间整体性好。在剪力墙结构体系中，剪力墙担负了所有的垂直方向的载荷和水平方向的力。剪力墙结构体系的刚度和强度都很高，有延性，传力整体性好、直接均匀，抗倒塌的能力很强，它是一种良好的结构体系，能建的高度大于框架或者框架-剪力墙结构体系。

3、钢结构体系

钢结构具有良好抗震性，工业化生产程度较高，钢结构施工周期较短，并且具有节能环保、延展性好等优点，特别对于钢结构建筑具有的延展性可以对地震波产生衰减作用，减少地震对建筑的破坏，具有良好的优势。但由于经济和技术方面的要求，钢结构体系的高层建筑未能普及，这是未来高层建筑结构的发展方向。

提高高层建筑结构设计的规则性，合理设计各个抗侧力构建的布局，从而形成合理的系统化的承载布局，同时在垂直方向采用抗侧力构建提升建筑物整体的强度和刚度，满足建筑物的承载稳定性和连续性要求，也是高层建筑结构设计中抗震优化设计的重要方式。

五、总结

高层建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。自20世纪90年代后，高层建筑结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的日程，特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务。

参考文献：

[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].

[2]吕西林・复杂高层建筑结构抗震理论与应用[M]・2007・

抗震设计方法范文

关键词：桥梁；基于性能；建模；地震；有限元模型

中图分类号：U442.55文献标识码：A

桥梁抗震设计中所采用的建模方法常常过于简化，诸多对结构动力特性影响很大的因素（边界非线性、材料弹塑性等）都难以得到真实的体现，也就无法计算出足够精确的桥梁地震响应结果[1].近年来，随着高性能计算技术和有限元分析技术的迅速发展，桥梁结构分析的计算效率和精确性得以大幅提高，进而促进了抗震设计理念和方法的新发展.精确的结构动力分析也日益被广大工程师所接受，尤其是基于性能的桥梁抗震设计理念[2]被提出以后，多阶段设计多水准设防的理念已经得到了实际应用和推广，对桥梁整体进行复杂的非线性分析显得越来越重要.

另一方面，AASHTO桥梁抗震设计指南[3]和我国桥梁抗震细则[4]都明确规定：桥梁抗震设计所采用的分析模型应准确地模拟各构件、耗能装置和连接装置的受力性能.然而，规范中对究竟该如何模拟桥梁的各构件并没有给出详细的说明，如此一来，桥梁工程师在做设计时采用不同的方法进行建模计算得到的结果差异往往很大.多年前著名的结构动力学专家李国豪院士也曾经说过：规范条文只使人知其然，而不知其所以然.由此可见，对桥梁抗震模型的建模方法进行研究是有意义的.

目前，国外在桥梁抗震建模方法方面做了很多研究工作，Ali和AbdelGhaffar[5-6]对橡胶支座和铅芯橡胶支座在地震作用下的力学模型进行详细的探讨，并且对采用被动控制的斜拉桥的整体有限元精确建模方法进行了研究.Légeron等[7]研究了混凝土构件在地震作用下的非线性力学现象并利用试验数据对其提出的损伤模型进行了验证.Aviram[8]等结合美国加州抗震规范，以规则梁桥为基础，提出了适用于加州桥梁抗震非线性分析的精确建模指导方针.总的来说，目前针对我国桥梁精确建模方法的研究工作还很少，因此，有必要在这方面进行探讨和研究.

本文将以我国常见的规则三跨连续梁桥为例，分析讨论其不同组成构件及非线性边界在桥梁抗震设计时常用的模拟方法.然后，分别采用3种方法建立结构的有限元动力分析模型，并输入相同的地震波进行非线性时程分析，通过其响应结果的比较分析得到适用于我国规则桥梁抗震设计的精确建模方法.

1桥梁整体模型

结构建模就是从结构体系的角度，根据结构几何形状对各构件进行单元划分并精确模拟其力学特性，使数值分析结果尽可能准确地反映结构的真实响应.传统的集中参数模型对于弹性反应谱分析以及以一阶振型为主的静力弹塑性分析能够起到较好的效果.然而，为了更好地体现基于性能的桥梁抗震设计思想，需要建立起全桥系统的精确动力分析模型（图1）.

对桥梁整体而言，上部结构在地震作用下出现塑性的可能性很小，可用弹性单元模拟.普通桥梁的长宽比（L/B）、跨高比（L/h）较大，在抗震设计和分析中没有必要用三维实体或板壳单元模拟，而只需用包含有刚度、质量分布和截面特性参数的单梁模拟即可.同时，考虑到能力保护设计原则，承台、基础、盖梁等也可用弹性梁单元模拟.桥墩一般用弹塑性梁柱单元模拟，其它边界条件可用各种线性或非线性连接单元来进行模拟.值得注意的是对桥墩基础的处理，非液化地基（岩石）和易液化地基（软土）要区别对待，如图1中1#墩和2#墩的边界模拟情况有所不同.

2墩柱非线性模拟

桥梁结构“头重脚轻”的特点导致墩柱成为桥梁抗震设计中的关键部位.在基于位移的桥梁抗震设计中，墩柱均按延性构件进行设计[3]，我国抗震规范[4]明确指出：在E1地震作用下，结构在弹性范围内工作，基本不损伤；在E2地震作用下，延性构件（墩柱）可以发生损伤，产生弹塑性变形，消耗地震能量，但延性构件的塑性铰区域应具有足够的塑性变形能力.尽管全墩采用弹塑性纤维单元效果最佳，但从工程实用的角度，只需在预期塑性铰部位采用纤维单元模拟，而其它部位仍采用弹性单元处理，这样可大大提高计算效率且保证足够的精度，图2给出了规范[4]规定的预期塑性铰部位.

3.2桩土作用模拟

结构振动能量主要通过地基向周围土壤扩散，同时土与结构间的相互作用反过来又将影响结构的动力响应.桩土相互作用要根据持力层的地质情况来模拟：①岩石层上的基础：持力层的竖向刚度可取很大的值，侧向弹性刚度可参考相关规范计算；②土层上的基础：要根据地质勘察报告计算基底竖向刚度和基身侧向刚度.

值得注意的是，由于某些地区地质条件较差，桥梁选址无法避免液化土层区.处于液化土层区的桥梁基础，基础的柔性更大，桩土相互作用的精确模拟会更加困难，如图1中2#墩柱下的基础土层相互作用机制，由于该类情况的桩土相互作用十分复杂，本文暂不做深入研究.一般情况下的规则桥梁，可采用图5所示的三种模型来模拟桩土相作用，图中不同的刚度（K）值可参考相应的桥梁抗震设计规范计算.

3.3伸缩缝和挡块模拟

伸缩缝是一种在桥头能够开启和闭合的连接装置，平时能提供相邻梁端因温度变化和混凝土收缩、

徐变等因素引起的纵向自由伸缩位移.地震作用下相邻梁端在纵向可能会发生碰撞接触而产生相互作用力，因此，在实际抗震分析中，伸缩缝常用Gap单元模拟，其力位移关系如图6（a）所示.

横向挡块则是防止上部结构横向位移过大而设置的阻挡构件.横向挡块由弹塑性材料制作，在桥梁抗震建模时可用图7（b）所示的理想弹塑性滞回模型模拟.

3.4支座模拟

支座作为连接上部结构和桥墩（桥台）的重要构件，是有效传递地震力的重要部位.桥梁精确建模时要准确模拟支座的几何特性及力学性能，包括支座高度、三个平动方向线性或非线性刚度以及三个转动方向的线性或非线性的转动刚度等.在实际桥梁抗震设计中，常会用到以下三种类型的支座：①板式橡胶支座；②聚四氟乙烯滑板支座（活动盆式支座）；③铅芯橡胶支座.三种支座的力与位移的滞回关系如图7所示.

5结构响应分析

根据算例桥址处地质条件，从PEER强震数据库中选取合适的地震波记录，该地震波在两个正交方向的PGA分别为0.32g和0.33g.

5.1模态响应

桥梁的特征值分析采用Ritz向量法，即通过假定多自由度的振型形状来计算特征值.该方法可以避免计算不必要的振型且能够包含更多的高阶振型，因此，相比传统的特征向量法计算效率要高得多.为获得足够的计算精度，在本文中可使结构在横、纵两个方向的振型质量参与系数都达95%以上.3种模型的主要模态及其在两个方向的质量参与系数汇总如下表2所示.

由表2可知，3种模型的基本振动模态均为纵飘，对应的基本周期分别为1.871s，1.91s和1.967s.且随着模型复杂程度的提高，结构基本模态的质量参与系数逐渐降低.3种模型的纵向（横向）的动力响应主要取决于第1（2）阶模态，集中质量模型仅需5阶模态便能使两个方向的质量参与系数达95%以上，而简化模型和精细化模型分别需18和50阶模态才能满足质量参与要求.这表明桥梁结构实际上是一个非常复杂的系统，存在着多种振动模态，过于简化的模型可能会忽略掉一些重要的模态而导致分析结果不够精确.

值得指出的是，精细化模型由于建立了桩基模型且由场地类型决定土弹簧刚度很大，导致了直到49和50阶才出现桩基参与的模态形式.

由图8可知，不同的建模方法在完全相同的地震动输入下的位移响应结果差异很大.并且随着结构建模复杂程度提高，墩顶最大位移逐渐减小.特别是简化后的集中参数模型，在纵桥向和横桥向的位移都偏大，这是由于当模型过于简化时，实际参与地震耗能的构件也相应减少了，进而导致由墩柱承担的地震力过大.由图9还可以发现，对于精细化模型而言，横向位移比纵向位移要小很多，这是由于该桥墩顶设置了横向弹塑性挡块，挡块破坏时的滞回耗能对墩柱横向响应起了保护作用.

5.3边界非线性响应

基于性能的桥梁抗震设计要求对不同构件的抗震能力进行验算，美国AASHTO[3]提出了合理抗震体系（RES）的概念，外国很多桥梁抗震设计已不仅仅局限于墩柱构件，而开始考虑对支座、挡块、限位装置等进行抗震设计，集中参数模型和传统的简化模型不能反映这类非线性构件的实际地震响应，然而，精细化建模方法则能充分发挥这方面的优势，如图9为从精细化模型中得到的边界非线性响应结果.

由图9可以看出，在大震作用下，板式橡胶支座在纵向表现出明显的滑动（图9（a）），正是由于板式支座的滑动耗能，使得精细化模型的墩顶纵向位移比两种简化模型要小得多.另外，无论是桥台处还是墩顶的横向挡块都发挥了其良好抗震性能（图9（c），（d）），墩顶处挡块的滞回耗能作用很好地保护了支座横桥向的弹性（9（b）），同时也在横桥向保护了墩柱的变形，这也正好解释了图8中墩顶横桥的位移小于纵桥向位移.

6总结

本文系统地论述了规则桥梁抗震设计中实用的3种建模方法，并通过这些方法的对比研究得到如下结论：

1）集中参数模型和简化模型不足以准确反映桥梁结构在地震作用下的真实响应，可能使得墩柱的设计过于保守.而忽略支座等构件的非线性影响将无法有效地对连接单元（保险丝单元）进行抗震设计，往往会导致结构体系上的不合理.

2）在计算机性能大大提高的前提下，精细化的桥梁抗震模型能够较准确地反映桥梁在强震作用下的各类非线性响应，能更加适合于基于性能的桥梁抗震设计.

参考文献

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