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建筑结构减震设计研究
摘要:本文主要探讨建筑结构减震设计的一些实用的方法,研究国内外的一下消能减震设计方法与优化设计,结合工程项目的具体情况选择组合方式进行建筑结构减震设计,望能抛砖引玉,引出同行更优的方法与思想。
关键词: 建筑结构, 减震设计, 结构控制理论
中图分类号: TU3 文献标识码: A

地震灾害对人类的各种建筑的破坏,使人们意识到,建筑应具有足够抵抗地震灾害破坏的能力。近百年来,各国建筑抵抗地震灾害打击破坏的方式,基本都是大大提高建筑物结构的强度与刚度,以此来对抗地震作用的打击,然而地震――这种不可抗拒的自然灾害,仍然严重的破坏和毁灭人类的各种建筑,给人类的生命和财产造成巨大的伤害和损失。
世界各国的专业人士对建筑结构抵抗地震破坏的研究进行了几十年,现在终于意识到,人类自己设计建造的各种建筑,对地球自身释放能量产生的地震破坏是无法对抗的。因而,许多专家学者又都在寻求一种与地球自然规律不产生对抗或抗拒的减震设计方法,去适应“地震”这种不可抗拒的自然现象,这是人类对客观规律――地震释放地球内力的正确认识。建筑结构减震的设计的主要目的,是通过一种减震的装置(或构件),将不可抗拒的地震力与建筑物隔离开来,从而达到减少地震冲击力的破坏,使建筑物可以继续安全使用,这不是一件简单的设计工作。它需要既减小地震力的大小,又不能造成建筑变形过大、不稳定,甚至倾覆的危险。
建筑结构减震设计的理论和试验研究及震害实践表明, 如果要求建筑结构在遭受地震作用下不破坏或不倒塌, 至少应具备下列两个条件之一: 结构的主要部位有足够的强度储备;结构的主要部位对地震作用下的强迫变形有充分的适应能力。如果只是单纯满足前者, 往往需要耗用过多的材料,而且若遭受更强烈地震作用,结构仍可能破坏或倒塌。
从而提出结构抗震设计按两阶段设计,一是在弹性阶段按强度控制, 二是在弹塑性阶段按变形控制。这样设计出来的建筑结构, 既有足够的强度,又具有较大的延性及耗能能力, 能一定程度地适应强烈地震对结构产生的强迫变形。
一、建筑的延性设计
1、对建筑破坏构件的控制
在分析框架和抗震剪力墙结构倒塌模式的基础上,提出对破坏构件进行控制,使之发生期望的破坏形式,达到破坏影响在可控的范围内,使建筑结构既具有足够强度, 又具有足够延性的目的。实现途径是在结构的特定位置设置一定数量的人工塑性铰,对塑性程度及区域进行控制, 使得结构在强震时能形成最佳耗能机构。
2、对梁的延性设计
当连续梁的跨高比为5时,梁的延性和耗能性能都很好, 连续梁两端相对竖向位移的延性系数都在8以上,而且滞回曲线也相当饱满。当连续梁的跨高比降到1时,连续梁两端相对竖向位移的延性系数则降至3左右,而滞回曲线严重干扁,耗能很小,延性很低,最后在弯剪作用下破坏。抗震剪力墙的刚性连续梁,其跨高比往往仅为1左右,若要使其工作在弹塑性阶段作耗能构件,则需要对它的构造采取一定措施,以适应延性和耗能的要求。措施之一:是在0
.5倍梁高的中心面上留一水平通缝;然后,在水平通缝的上下两侧各埋置钢板,;再后,在钢板上开有椭圆形的螺栓孔;最后,用高强螺栓把这两块钢板联结。
在竖向荷载、风荷载和小震作用下,高强螺栓把水平通缝分开的两部分连续梁联结成整体而共同工作,使刚性连续梁整体刚度不变,以保