抗震工程学

1. 建筑工程抗震设防类别有哪些。

答:抗震设防分类是指根据建筑遭遇地震破坏后,可能造成人员伤亡、直接和间接经济

损失、社会影响的程度及其在抗震救灾中的作用等因素,对各类建筑所做的设防类别划分。 我国《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50011—2010)明确规定,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:指大量的除特殊设防类、重点设防类、适度设防类以外按标准要求

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。

2. 建筑工程抗震设防目标及抗震设计方法是什么,请简述。 答:抗震设防目标是指建筑结构遭遇不同水准的地震影响时,对结构、构件、使用功能、设备的损坏程度及人身安全的总要求。建筑设防目标要求建筑物在使用期间,对不同频率和强度的地震,应具有不同的抵抗能力,对一般较小的地震,发生的可能性大,故又称多遇地震,这时要求结构不受损坏,在技术上和经济上都可以做到;而对于罕遇的强烈地震,由于发生的可能性小,但地震作用大,在此强震作用下要保证结构完全不损坏,技术难度大,经济投入也大,是不合算的,这时若允许有所损坏,但不倒塌,则将是经济合理的。因此,中国的《建筑抗震设计规范》中根据这些原则将抗震目标与三种烈度相应,分为三个水准,具体描述为:

第一水准:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震(或称小震)影响时,建筑物—般不受损坏或不需修理仍可继续使用;第二水准:当遭受本地区规定设防烈度的地震(或称中震)影响时,建筑物可能产生一定的损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用。第三水准:当遭受高于本地区规定设防烈度的预估的罕遇地震(或称大震)影响时,建筑可能产生重大破坏,但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。通常将其概括为:“小震不坏,中震可修、大震不倒”。

结构物在强烈地震中不损坏是不可能的,抗震设防的底线是建筑物不倒塌,只要不倒塌就可以大大减少生命财产的损失,减轻灾害。一般,在设防烈度小于6度地区,地震作用对建筑物的损坏程度较小,可不予考虑抗震设防,在9度以上地区,即使采取很多措施,仍难以保证安全,故在抗震设防烈度大于9度地区的抗震设计应按有关专门规定执行。所以《建筑抗震设计规范》适用于6~9度地区。

抗震设计方法一:基于承载力设计方法

基于承载力设计方法又可分为静力法和反应谱法。静力法产生于二十世纪初期,是最早的结构抗震设计方法。上世纪初前后日本浓尾、美国旧金山和意大利Messina 的几次大地震中,人们注意到地震产生的水平惯性力对结构的破坏作用,提出把地震作用看成作用在建筑物上的一个总水平力,该水平力取为建筑物总重量乘以一个地震系数。意大利都灵大学应用力学教授M.Panetti 建议,1层建筑物取设计地震水平力为上部重量的1/10,2层和3层取上部重量的1/12。这是最早的将水平地震力定量化的建筑抗震设计方法。日本关东大地震后,1924年日本都市建筑规范" 首次增设的抗震设计规定,取地震系数为0.1。1927年美国UBC 规范第一版也采用静力法,地震系数也是取0.1。用现在的结构抗震知识来考察,静力法没有考虑结构的动力效应,即认为结构在地震作用下,随地基作整体水平刚体移动,其运动加速度等于地面运动加速度,由此产生的水平惯性力,即建筑物重量与地震系数的乘积,并沿建筑高度均匀分布。考虑到不同地区地震强度的差别,设计中取用的地面运动加速度按不同地震烈度分区给出。根据结构动力学的观点,地震作用下结构的动力效应,即结构上质点的地震反应加速度不同于地面运动加速度,而是与结构自振周期和阻尼比有关。采用动力学的方法可以求得不同周期单自由度弹性体系质点的加速度反应。以地震加速度反应为竖坐标,以体系的自振周期为横坐标,所得到的关系曲线称为地震加速度反应谱,以此来计算地震作用引起的结构上的水平惯性力更为合理,这即是反应谱法。对于多自由度体系,可以采用振型分解组合方法来确定地震作用。反应谱法的发展与地震地面运动的记录直接相关。1923年,美国研制出第一台强震地震地面运动记录仪,并在随后的几十年间成功地记录到许多强震记录,其中包括1940年的ElCentro 和1952年的Taft 等多条著名的强震地面运动记录。1943年M.A.Biot 发表了以实际地震纪录求得的加速度反应谱。二十世纪50到70年代,以美国的G.W.Housner 、N.M.Newmark 和R.W.Clough 为代表的一批学者在此基础上又进行了大量的研究工作。对结构动力学和地震工程学的发展作出了重要贡献,奠定了现代反应谱抗震设计理论的基础。然而,静力法和早期的反应谱法都是以惯性力的形式来反映地震作用,并按弹性方法来计算结构地震作用效应。当遭遇超过设计烈度的地震作用,结构进入弹塑性状

态,这种方法显然无法应用。同时,在由静力法向反应谱法过渡的过程中,人们发现短周期结构加速度谱值比静力法中的地震系数大1倍以上。这使得地震工程师无法解释以前按静力法设计的建筑物如何能够经受得住强烈地震作用。

抗震设计方法二:基于承载力和构造保证延性设计方法

为解决由静力法向反应谱法的过渡问题,以美国UBC 规范为代表,通过地震力降低系 数R 将反应谱法得到的加速度反应值am 降低到与静力法水平地震相当的设计地震加速度ad ,ad=am/R地震力降低系数R 对延性较差的结构取值较小,对延性较好的结构取值较高。尽管最初利用地震力降低系数R 将加速度反应降下来只是经验性的,但人们已经意识到应根据结构的延性性质不同来取不同的地震力降低系数。这是考虑结构延性对结构抗震能力贡献的最早形式。然而对延性重要性的认识却经历了一个长期的过程。在确定和研究地震力降低系数R 的过程中,G.W.Housner 和N.M.Newmark 分别从两个角度提出了各自的看法。G.W.Housner 认为考虑地震力降低系数R 的原因有:每一次地震中可能包括若干次大小不等的较大反应,较小的反应可能出现多次,而较大的地震反应可能只出现一次。此外,某些地震峰值反应的时间可能很短,震害表明这种脉冲式地震作用带来的震害相对较小。基于这一观点,形成了现在考虑地震重现期的抗震设防目标。随着研究的深入,N.M.Newmark 认识到结构的非弹性变形能力可使结构在较小的屈服承载力的情况下经受更大的地震作用。由于结构进入非弹性状态即意味着结构的损伤和遭受一定程度的破坏,基于这一观点,形成了现在的基于损伤的抗震设计方法,并促使人们对结构的非弹性地震反应的研究。而进一步采用能量观点对此进行研究的结果,则形成现在的基于能量的抗震设计方法。然而由于结构非弹性地震反应分析的困难,因此只能根据震害经验采取必要的构造措施来保证结构自身的非弹性变形能力,以适应和满足结构非弹性地震反应的需求。而结构的抗震设计方法仍采用小震下按弹性反应谱计算的地震力来确定结构的承载力。与考虑地震重现期的抗震设防目标相结合,采用反应谱的基于承载力和构造保证延性的设计方法成为目前各国抗震设计规范的主要方法。应该说这种设计方法是在对结构非弹性地震反应尚无法准确预知情况下的一种以承载力设计为主方法。

抗震设计方法三:基于损伤和能量的设计方法

在超过设防地震作用下,虽然非弹性变形对结构抗震和防止结构倒塌有着重要作用, 但结构自身将因此产生一定程度的损伤。而当非弹性变形超过结构自身非弹性变形能力时,则会导致结构的倒塌。因此,对结构在地震作用下非弹性变形以及由此引起的结构损伤就成为结构抗震研究的一个重要方面,并由此形成基于结构损伤的抗震设计方法。在该设计方法中,

人们试图引入反映结构损伤程度的某种指标来作为设计指标。许多研究者根据地震作用下结构损伤机理的理解,提出了多种不同的结构损伤指标计算模型[3,4]。这些研究加深了人们对结构抗震机理的认识深度,尤其是将能量耗散能力引入损伤指标的计算。但由于涉及结构损伤机理较为复杂,如需要确定结构非弹性变形以及累积滞回耗能等指标,同时结构达到破坏极限状态时的阈值与结构自身设计参数关系的也有许多问题未得到很好的解决。从能量观点来看,结构能否抵御地震作用而不产生破坏,主要在于结构能否以某种形式耗散地震输入到结构中的能量。地震作用对体系输入的能量由弹性变形能EE 、塑性变形能EP 和滞回耗能EH 三部分组成。地震结束后,质点的速度为0,体系弹性变形恢复,故动能EK 和弹性应变能EE 等于零,地震对体系的输入能量EEQ 最终由体系的阻尼、体系的塑性变形和滞回耗能所耗散。因此,从能量观点来看,只要结构的阻尼耗能与体系的塑性变形耗能和滞回耗能能力大于地震输入能量,结构即可有效抵抗地震作用,不产生倒塌。由此形成了基于能量平衡的极限设计方法。基于能量平衡概念来理解结构的抗震原理简洁明了,但将其作为实用抗震设计方法仍有许多问题尚待解决,如地震输入能量谱、体系耗能能力、阻尼耗能和塑性滞回耗能的分配,以及塑性滞回耗能体系内的分布规律。尽管基于损伤和能量的抗震设计方法在理论上有其合理之处,但直接采用损伤和能量作为设计指标不易为一般工程设计人员所采用,因此一直未得到实际应用。但关于损伤和基于能量概念的研究对实用抗震设计方法中保证结构抗震能力提供了理论依据和重要的指导作用。最近,作者基于能量概念提出了结构非弹性变形的计算方法,为将能量概念引入结构抗震设计方法中作了有益的尝试。 抗震设计方法四:能力设计方法

二十世纪70年代后期,新西兰的T.Paulay 和R.Park 提出了保证钢筋混凝土结构具有足够弹塑性变形能力的能力设计方法。该方法是基于对非弹性性能对结构抗震能力贡献的理解和超静定结构在地震作用下实现具有延性破坏机制的控制思想提出的,可有效保证和达到结构抗震设防目标,同时又使设计做到经济合理。能力设计方法的核心是:

(1)引导框架结构或框架-剪力墙(核心筒)结构在地震作用下形成梁铰机构,即控制塑性变形能力大的梁端先于柱出现塑性铰,即所谓“强柱弱梁”;

(2)避免构件(梁、柱、墙)剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏,即控制脆性破坏形式的发生,即所谓“强剪弱弯”;

(3)通过各类构造措施保证将出现较大塑性变形的部位确实具有所需要的非弹性变形能力。

到二十实际80年代,各国规范均在不同程度上采用了能力设计方法的思路。能力设计方法

的关键在于将控制概念引入结构抗震设计,有目的的引导结构破坏机制,避免不合理的破坏形态。该方法不仅使得结构抗震性能和能力更易于掌握,同时也使得抗震设计变得更为简便明确,即后来在抗震概念设计中提出的主动抗震设计思想。

抗震设计方法五:基于性能/位移设计方法

应该说通过多年的研究和实践,人们基本掌握了结构抗震设计方法,并到达原来所预定的抗震设防目标。然而九十年代发生在一些发达国家现代化大城市的地震,人员伤亡虽然很少,一些设备和装修投资很高的建筑物虽然并没有倒塌,但因结构损伤过大,所造成的经济损失却十分巨大。如1994年1月美国西海岸洛杉矶地区的地震,震级仅为6.7级,死亡57人,而由于建筑物损坏造成1.5万人无家可归,经济损失达170亿美元。1995年1月日本阪神地震,7.2级,死亡6430人(大多是旧建筑物倒塌造成),但经济却高达960亿美元。因此在现代化充分发展的今天,研究人员意识到再单纯强调结构在地震下不严重破坏和不倒塌,已不是一种完善的抗震思想,不能适应现代工程结构抗震需求。在这样的背景下,美、日学者提出了基于性能(PerformanceBasedDesign,PBD )的抗震设计思想。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。应该说,基于性能抗震设计是比传统单一抗震设防目标推广了的新理念,或者说是它给了设计人员一定" 自主选择" 抗震设防标准的空间。然而问题是对结构性能状态的具体描述和计算、以及设计标准目前尚未明确,因此可以说基于性能抗震设计目前仅停留概念阶段。

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。基于性能设计要求能够给出结构在不同强度地震作用下,这些结构性能指标的反应值(需求值),以及结构自身的能力值,尤其当结构进入非弹性阶段时。由于用力(承载力)作为单独的指标难以全面描述结构的非弹性性能及破损状态,而用能量和损伤指标又难以实际应用,因此目前基于性能抗震设计方法的研究主要用位移指标对结构的抗震性能进行控制,称为基于位移抗震设计方法(DisplacementBasedDesign,DBD )。无论是基于性能还是基于位移,抗震设计的难点仍然是结构进入非弹性阶段后结构性态的分析。这一点与以往抗震设计方法一样,只是基于性能/位移抗震设计理念的提出,使研究人员更加注重对结构非弹性地震反应分析和计算的研究。在基于位移抗震设计方法研究中,值得推荐的是能力谱法。该方法由Freeman 于1975年提出。近几年研究人员对能力谱曲线以及需求谱曲线的确定方法做了进一步的改进,使得该方法成为各国推进基于位移设计方法的

一种主要方法。结构的能力曲线是由结构的等效单自由度体系的力-位移关系曲线转化为加速度-位移关系曲线来表示。

3. 请简述建筑场地类别划分的依据和原因。 答:根据建筑场地覆盖层厚度和土层等效剪切波速等因素,按有关规定对建设场地所做的分类。用以反映不同场地条件对基岩地震震动的综合放大效应。

场地的类别分为四类,分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类,其中Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类。具体的分法可以参照《建筑抗震设计规范》4.1.6条规定。

Ⅰ类场地土:岩石,紧密的碎石土。

Ⅱ类场地土:中密、松散的碎石土,密实、中密的砾、粗、中砂;地基土容许承载力[σ0]〉250kPa 的粘性土。

Ⅲ类场地土:松散的砾、粗、中砂,密实、中密的细、粉砂,地基土容许承载力[σ0] ≤250kPa的粘性土和[σ0]≥130kPa的填土。

Ⅳ类场地土:淤泥质土,松散的细、粉砂,新近沉积的粘性土;地基土容许承载力[σ0]

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010年版4.1.6条:建筑场地的类别划分,应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。同时4.1.6条具体规定了根据“土层等效剪切波速”和“场地覆盖层厚度”双参数划分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类等四个类别的定值范围(其中Ⅰ类可分为Ⅰo 、Ⅰ1两个亚类)。这是与GBJ11-89规范的一个明显区别(GBJ11-89第3.1.5条规定:建设场地的类别,应根据建筑场地土类型和场地覆盖层厚度划分为四类)。

建筑场地覆盖层厚度的确定,应符合下列要求:

1 一般情况下,应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。

2 当地面5m 以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5倍的土层,且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时,可按地面至该土层顶面的距离确定。 3 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体,应视同周围土层。

4 土层中的火山岩硬夹层,应视为刚体,其厚度应从覆盖土层中扣除。

4. 如何进行结构地震作用计算?有哪些方法,说明各种方法的适用范围。

答:地震作用计算是结构抗震设计首先要解决的问题. 我国自89抗震规范开始采用按多遇地震(小震)计算地震作用. 国际上主要抗震国家和我国78抗震规范都采用按设防烈度地震(中震)计算地震作用. 随着抗震规范在修订、发展和使用中不断暴露出来的各种问题, 学术界和工程界多次提出恢复到按中震计算地震作用, 以解决现行抗震规范及其它结构设计规范中存在的一系列问题. 近年来, 随着基于性能抗震设计方法的发展, 这一问题又再次被提出.2004年编制出版的《建筑工程抗震性态设计通则》采用的是按中震计算地震作用. 在介绍两种地震作用计算方法的基础上, 讨论了两种方法的优缺点, 并基于性能抗震设计的发展, 提出了我国地震作用计算方法的研究方向。

5. 什么是概念设计?谈谈你对概念设计的看法。

答:我个人的主要理解是,概念设计是相对于数值设计提出来的。有些可以理解对建筑物有利或者有害但无法用数值精确计算,只好通过结构布局,高度要求等利用或限制的,这就是所谓的概念设计。

设计首先是为设计对象服务,就是一套满足设计对象需求的解决方案(你要知道,任何脱离对象的设计都是没有生命的,任何不是以人为本为出发点的设计都只是设计师一厢情愿的意淫。)

你提出一个概念,这个概念必然服务于问题(何谓问题,这里主要指服务对象的诉求以及自然环境及社会环境的限制),所以在提出概念之前,详尽的调查研究是必不可少的。当然一个概念只是表示一个方向,解决的也应该是主要问题。

根据你的概念,延伸到你设计方案的具体特性,这是策略阶段,比如你要在一个古镇设计一个文化中心,然后根据这里的社会环境(宗教,历史文化,人口组成等等),自然环境(比如地理位置啦,景观绿化啦,水系啦等等) ,主要服务对象的诉求(了解主要服务对象及其诉求是调查研究的意义)从而提出你的特性,比如亲密性,开放性,向心性等。

你掌握了方案的几个主要特性之后,然后根据每个特性,可以有对应特性的空间设计手法,比如亲密性你可以赋予建筑亲密尺度,增强空间的围合感。开放性你可以在布局上花心思,比如引入广场等等,往往一个特性可以引出多种设计手法。

当你有了很多设计手法,然后最难的步骤,就是如何将众多设计手法运用于你的方案,设计手法的数量和结合的巧妙与否一定程度上决定了你设计的深度,你的建筑就不会是放之四海皆准的没特色建筑。

6. 钢筋混凝土框架结构设计中,在截面设计和构造方面采取了哪些抗震措施,请简述。 答:钢筋混凝土框架结构抗震设计的基本原则是:强柱弱梁,强减弱弯,强节点弱构件。 强柱弱梁指的是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下倒塌。

强剪弱弯:使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求。使结构构件在发生受弯破坏前不先发生剪切破坏。用以改善构件自身的抗震性能。

强节电弱杆件:即要满足《抗震设计规范》GB50011中6.2节的计算调整和其它一些构造措施。

7. 目前,有哪些结构抗震的新方法、新技术。

答:1. 悬浮结构

绝大多数建筑物都不是你所见到的样子,为了稳固,在表面之下还有地基以及利用地基建设的地下室。然而,地基/地表建筑一体化的结构在抗震方面并不理想,当发生足够强大的地震时,地基被挤压和振动造成的形变足以对地表以上的建筑带来灾难性的破坏。

工程师入场了,带来了一种充满创造力的新结构——悬浮结构:将地表建筑和地基分离开来,中间加上由培林(bearing)组成的“悬浮层”,当地震袭来时,地基发生的剧烈晃动对地表建筑造成的影响将被极大地减小。

2. 减震器

建筑工程师将减震器应用到了建筑当中。和汽车当中大部分垂直放置的减震器不同,建筑物当中的减震器水平或倾斜放置在每一楼层当中,当地震发生时建筑物的扭动使得楼层之间产生水平方向的动能,而减震器将动能的一部分呢吸收转化为热能,从而降低了这种动能对建筑物带来的撕裂效应。

3. 摇摆墙

高科技往往意味着高造价。对于抗震要求不太高的建筑物来说,在有限的造价内实现足够的抗震等级,建筑师往往会采用core-wall(核心墙) 技术:在建筑物的中心位置(通常是电梯井的四周) 砌筑强化钢筋混凝土墙。 摇摆墙则是在核心墙上继续加装前面提到的一些弹性强化装置,比如可调节的钢筋等。结果就是在较低的造价上实现了建筑的核心结构具有足够的震动耐受性。

8. 请结合你的工作谈谈你对《抗震工程学》的理解。

答:通过学习《抗震工程学》,可以指导我更好的理解地勘资料的相关问题。

1. 建筑工程抗震设防类别有哪些。

答:抗震设防分类是指根据建筑遭遇地震破坏后,可能造成人员伤亡、直接和间接经济

损失、社会影响的程度及其在抗震救灾中的作用等因素,对各类建筑所做的设防类别划分。 我国《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50011—2010)明确规定,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:指大量的除特殊设防类、重点设防类、适度设防类以外按标准要求

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。

2. 建筑工程抗震设防目标及抗震设计方法是什么,请简述。 答:抗震设防目标是指建筑结构遭遇不同水准的地震影响时,对结构、构件、使用功能、设备的损坏程度及人身安全的总要求。建筑设防目标要求建筑物在使用期间,对不同频率和强度的地震,应具有不同的抵抗能力,对一般较小的地震,发生的可能性大,故又称多遇地震,这时要求结构不受损坏,在技术上和经济上都可以做到;而对于罕遇的强烈地震,由于发生的可能性小,但地震作用大,在此强震作用下要保证结构完全不损坏,技术难度大,经济投入也大,是不合算的,这时若允许有所损坏,但不倒塌,则将是经济合理的。因此,中国的《建筑抗震设计规范》中根据这些原则将抗震目标与三种烈度相应,分为三个水准,具体描述为:

第一水准:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震(或称小震)影响时,建筑物—般不受损坏或不需修理仍可继续使用;第二水准:当遭受本地区规定设防烈度的地震(或称中震)影响时,建筑物可能产生一定的损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用。第三水准:当遭受高于本地区规定设防烈度的预估的罕遇地震(或称大震)影响时,建筑可能产生重大破坏,但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。通常将其概括为:“小震不坏,中震可修、大震不倒”。

结构物在强烈地震中不损坏是不可能的,抗震设防的底线是建筑物不倒塌,只要不倒塌就可以大大减少生命财产的损失,减轻灾害。一般,在设防烈度小于6度地区,地震作用对建筑物的损坏程度较小,可不予考虑抗震设防,在9度以上地区,即使采取很多措施,仍难以保证安全,故在抗震设防烈度大于9度地区的抗震设计应按有关专门规定执行。所以《建筑抗震设计规范》适用于6~9度地区。

抗震设计方法一:基于承载力设计方法

基于承载力设计方法又可分为静力法和反应谱法。静力法产生于二十世纪初期,是最早的结构抗震设计方法。上世纪初前后日本浓尾、美国旧金山和意大利Messina 的几次大地震中,人们注意到地震产生的水平惯性力对结构的破坏作用,提出把地震作用看成作用在建筑物上的一个总水平力,该水平力取为建筑物总重量乘以一个地震系数。意大利都灵大学应用力学教授M.Panetti 建议,1层建筑物取设计地震水平力为上部重量的1/10,2层和3层取上部重量的1/12。这是最早的将水平地震力定量化的建筑抗震设计方法。日本关东大地震后,1924年日本都市建筑规范" 首次增设的抗震设计规定,取地震系数为0.1。1927年美国UBC 规范第一版也采用静力法,地震系数也是取0.1。用现在的结构抗震知识来考察,静力法没有考虑结构的动力效应,即认为结构在地震作用下,随地基作整体水平刚体移动,其运动加速度等于地面运动加速度,由此产生的水平惯性力,即建筑物重量与地震系数的乘积,并沿建筑高度均匀分布。考虑到不同地区地震强度的差别,设计中取用的地面运动加速度按不同地震烈度分区给出。根据结构动力学的观点,地震作用下结构的动力效应,即结构上质点的地震反应加速度不同于地面运动加速度,而是与结构自振周期和阻尼比有关。采用动力学的方法可以求得不同周期单自由度弹性体系质点的加速度反应。以地震加速度反应为竖坐标,以体系的自振周期为横坐标,所得到的关系曲线称为地震加速度反应谱,以此来计算地震作用引起的结构上的水平惯性力更为合理,这即是反应谱法。对于多自由度体系,可以采用振型分解组合方法来确定地震作用。反应谱法的发展与地震地面运动的记录直接相关。1923年,美国研制出第一台强震地震地面运动记录仪,并在随后的几十年间成功地记录到许多强震记录,其中包括1940年的ElCentro 和1952年的Taft 等多条著名的强震地面运动记录。1943年M.A.Biot 发表了以实际地震纪录求得的加速度反应谱。二十世纪50到70年代,以美国的G.W.Housner 、N.M.Newmark 和R.W.Clough 为代表的一批学者在此基础上又进行了大量的研究工作。对结构动力学和地震工程学的发展作出了重要贡献,奠定了现代反应谱抗震设计理论的基础。然而,静力法和早期的反应谱法都是以惯性力的形式来反映地震作用,并按弹性方法来计算结构地震作用效应。当遭遇超过设计烈度的地震作用,结构进入弹塑性状

态,这种方法显然无法应用。同时,在由静力法向反应谱法过渡的过程中,人们发现短周期结构加速度谱值比静力法中的地震系数大1倍以上。这使得地震工程师无法解释以前按静力法设计的建筑物如何能够经受得住强烈地震作用。

抗震设计方法二:基于承载力和构造保证延性设计方法

为解决由静力法向反应谱法的过渡问题,以美国UBC 规范为代表,通过地震力降低系 数R 将反应谱法得到的加速度反应值am 降低到与静力法水平地震相当的设计地震加速度ad ,ad=am/R地震力降低系数R 对延性较差的结构取值较小,对延性较好的结构取值较高。尽管最初利用地震力降低系数R 将加速度反应降下来只是经验性的,但人们已经意识到应根据结构的延性性质不同来取不同的地震力降低系数。这是考虑结构延性对结构抗震能力贡献的最早形式。然而对延性重要性的认识却经历了一个长期的过程。在确定和研究地震力降低系数R 的过程中,G.W.Housner 和N.M.Newmark 分别从两个角度提出了各自的看法。G.W.Housner 认为考虑地震力降低系数R 的原因有:每一次地震中可能包括若干次大小不等的较大反应,较小的反应可能出现多次,而较大的地震反应可能只出现一次。此外,某些地震峰值反应的时间可能很短,震害表明这种脉冲式地震作用带来的震害相对较小。基于这一观点,形成了现在考虑地震重现期的抗震设防目标。随着研究的深入,N.M.Newmark 认识到结构的非弹性变形能力可使结构在较小的屈服承载力的情况下经受更大的地震作用。由于结构进入非弹性状态即意味着结构的损伤和遭受一定程度的破坏,基于这一观点,形成了现在的基于损伤的抗震设计方法,并促使人们对结构的非弹性地震反应的研究。而进一步采用能量观点对此进行研究的结果,则形成现在的基于能量的抗震设计方法。然而由于结构非弹性地震反应分析的困难,因此只能根据震害经验采取必要的构造措施来保证结构自身的非弹性变形能力,以适应和满足结构非弹性地震反应的需求。而结构的抗震设计方法仍采用小震下按弹性反应谱计算的地震力来确定结构的承载力。与考虑地震重现期的抗震设防目标相结合,采用反应谱的基于承载力和构造保证延性的设计方法成为目前各国抗震设计规范的主要方法。应该说这种设计方法是在对结构非弹性地震反应尚无法准确预知情况下的一种以承载力设计为主方法。

抗震设计方法三:基于损伤和能量的设计方法

在超过设防地震作用下,虽然非弹性变形对结构抗震和防止结构倒塌有着重要作用, 但结构自身将因此产生一定程度的损伤。而当非弹性变形超过结构自身非弹性变形能力时,则会导致结构的倒塌。因此,对结构在地震作用下非弹性变形以及由此引起的结构损伤就成为结构抗震研究的一个重要方面,并由此形成基于结构损伤的抗震设计方法。在该设计方法中,

人们试图引入反映结构损伤程度的某种指标来作为设计指标。许多研究者根据地震作用下结构损伤机理的理解,提出了多种不同的结构损伤指标计算模型[3,4]。这些研究加深了人们对结构抗震机理的认识深度,尤其是将能量耗散能力引入损伤指标的计算。但由于涉及结构损伤机理较为复杂,如需要确定结构非弹性变形以及累积滞回耗能等指标,同时结构达到破坏极限状态时的阈值与结构自身设计参数关系的也有许多问题未得到很好的解决。从能量观点来看,结构能否抵御地震作用而不产生破坏,主要在于结构能否以某种形式耗散地震输入到结构中的能量。地震作用对体系输入的能量由弹性变形能EE 、塑性变形能EP 和滞回耗能EH 三部分组成。地震结束后,质点的速度为0,体系弹性变形恢复,故动能EK 和弹性应变能EE 等于零,地震对体系的输入能量EEQ 最终由体系的阻尼、体系的塑性变形和滞回耗能所耗散。因此,从能量观点来看,只要结构的阻尼耗能与体系的塑性变形耗能和滞回耗能能力大于地震输入能量,结构即可有效抵抗地震作用,不产生倒塌。由此形成了基于能量平衡的极限设计方法。基于能量平衡概念来理解结构的抗震原理简洁明了,但将其作为实用抗震设计方法仍有许多问题尚待解决,如地震输入能量谱、体系耗能能力、阻尼耗能和塑性滞回耗能的分配,以及塑性滞回耗能体系内的分布规律。尽管基于损伤和能量的抗震设计方法在理论上有其合理之处,但直接采用损伤和能量作为设计指标不易为一般工程设计人员所采用,因此一直未得到实际应用。但关于损伤和基于能量概念的研究对实用抗震设计方法中保证结构抗震能力提供了理论依据和重要的指导作用。最近,作者基于能量概念提出了结构非弹性变形的计算方法,为将能量概念引入结构抗震设计方法中作了有益的尝试。 抗震设计方法四:能力设计方法

二十世纪70年代后期,新西兰的T.Paulay 和R.Park 提出了保证钢筋混凝土结构具有足够弹塑性变形能力的能力设计方法。该方法是基于对非弹性性能对结构抗震能力贡献的理解和超静定结构在地震作用下实现具有延性破坏机制的控制思想提出的,可有效保证和达到结构抗震设防目标,同时又使设计做到经济合理。能力设计方法的核心是:

(1)引导框架结构或框架-剪力墙(核心筒)结构在地震作用下形成梁铰机构,即控制塑性变形能力大的梁端先于柱出现塑性铰,即所谓“强柱弱梁”;

(2)避免构件(梁、柱、墙)剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏,即控制脆性破坏形式的发生,即所谓“强剪弱弯”;

(3)通过各类构造措施保证将出现较大塑性变形的部位确实具有所需要的非弹性变形能力。

到二十实际80年代,各国规范均在不同程度上采用了能力设计方法的思路。能力设计方法

的关键在于将控制概念引入结构抗震设计,有目的的引导结构破坏机制,避免不合理的破坏形态。该方法不仅使得结构抗震性能和能力更易于掌握,同时也使得抗震设计变得更为简便明确,即后来在抗震概念设计中提出的主动抗震设计思想。

抗震设计方法五:基于性能/位移设计方法

应该说通过多年的研究和实践,人们基本掌握了结构抗震设计方法,并到达原来所预定的抗震设防目标。然而九十年代发生在一些发达国家现代化大城市的地震,人员伤亡虽然很少,一些设备和装修投资很高的建筑物虽然并没有倒塌,但因结构损伤过大,所造成的经济损失却十分巨大。如1994年1月美国西海岸洛杉矶地区的地震,震级仅为6.7级,死亡57人,而由于建筑物损坏造成1.5万人无家可归,经济损失达170亿美元。1995年1月日本阪神地震,7.2级,死亡6430人(大多是旧建筑物倒塌造成),但经济却高达960亿美元。因此在现代化充分发展的今天,研究人员意识到再单纯强调结构在地震下不严重破坏和不倒塌,已不是一种完善的抗震思想,不能适应现代工程结构抗震需求。在这样的背景下,美、日学者提出了基于性能(PerformanceBasedDesign,PBD )的抗震设计思想。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。应该说,基于性能抗震设计是比传统单一抗震设防目标推广了的新理念,或者说是它给了设计人员一定" 自主选择" 抗震设防标准的空间。然而问题是对结构性能状态的具体描述和计算、以及设计标准目前尚未明确,因此可以说基于性能抗震设计目前仅停留概念阶段。

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。基于性能设计要求能够给出结构在不同强度地震作用下,这些结构性能指标的反应值(需求值),以及结构自身的能力值,尤其当结构进入非弹性阶段时。由于用力(承载力)作为单独的指标难以全面描述结构的非弹性性能及破损状态,而用能量和损伤指标又难以实际应用,因此目前基于性能抗震设计方法的研究主要用位移指标对结构的抗震性能进行控制,称为基于位移抗震设计方法(DisplacementBasedDesign,DBD )。无论是基于性能还是基于位移,抗震设计的难点仍然是结构进入非弹性阶段后结构性态的分析。这一点与以往抗震设计方法一样,只是基于性能/位移抗震设计理念的提出,使研究人员更加注重对结构非弹性地震反应分析和计算的研究。在基于位移抗震设计方法研究中,值得推荐的是能力谱法。该方法由Freeman 于1975年提出。近几年研究人员对能力谱曲线以及需求谱曲线的确定方法做了进一步的改进,使得该方法成为各国推进基于位移设计方法的

一种主要方法。结构的能力曲线是由结构的等效单自由度体系的力-位移关系曲线转化为加速度-位移关系曲线来表示。

3. 请简述建筑场地类别划分的依据和原因。 答:根据建筑场地覆盖层厚度和土层等效剪切波速等因素,按有关规定对建设场地所做的分类。用以反映不同场地条件对基岩地震震动的综合放大效应。

场地的类别分为四类,分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类,其中Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类。具体的分法可以参照《建筑抗震设计规范》4.1.6条规定。

Ⅰ类场地土:岩石,紧密的碎石土。

Ⅱ类场地土:中密、松散的碎石土,密实、中密的砾、粗、中砂;地基土容许承载力[σ0]〉250kPa 的粘性土。

Ⅲ类场地土:松散的砾、粗、中砂,密实、中密的细、粉砂,地基土容许承载力[σ0] ≤250kPa的粘性土和[σ0]≥130kPa的填土。

Ⅳ类场地土:淤泥质土,松散的细、粉砂,新近沉积的粘性土;地基土容许承载力[σ0]

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010年版4.1.6条:建筑场地的类别划分,应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。同时4.1.6条具体规定了根据“土层等效剪切波速”和“场地覆盖层厚度”双参数划分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类等四个类别的定值范围(其中Ⅰ类可分为Ⅰo 、Ⅰ1两个亚类)。这是与GBJ11-89规范的一个明显区别(GBJ11-89第3.1.5条规定:建设场地的类别,应根据建筑场地土类型和场地覆盖层厚度划分为四类)。

建筑场地覆盖层厚度的确定,应符合下列要求:

1 一般情况下,应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。

2 当地面5m 以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5倍的土层,且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时,可按地面至该土层顶面的距离确定。 3 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体,应视同周围土层。

4 土层中的火山岩硬夹层,应视为刚体,其厚度应从覆盖土层中扣除。

4. 如何进行结构地震作用计算?有哪些方法,说明各种方法的适用范围。

答:地震作用计算是结构抗震设计首先要解决的问题. 我国自89抗震规范开始采用按多遇地震(小震)计算地震作用. 国际上主要抗震国家和我国78抗震规范都采用按设防烈度地震(中震)计算地震作用. 随着抗震规范在修订、发展和使用中不断暴露出来的各种问题, 学术界和工程界多次提出恢复到按中震计算地震作用, 以解决现行抗震规范及其它结构设计规范中存在的一系列问题. 近年来, 随着基于性能抗震设计方法的发展, 这一问题又再次被提出.2004年编制出版的《建筑工程抗震性态设计通则》采用的是按中震计算地震作用. 在介绍两种地震作用计算方法的基础上, 讨论了两种方法的优缺点, 并基于性能抗震设计的发展, 提出了我国地震作用计算方法的研究方向。

5. 什么是概念设计?谈谈你对概念设计的看法。

答:我个人的主要理解是,概念设计是相对于数值设计提出来的。有些可以理解对建筑物有利或者有害但无法用数值精确计算,只好通过结构布局,高度要求等利用或限制的,这就是所谓的概念设计。

设计首先是为设计对象服务,就是一套满足设计对象需求的解决方案(你要知道,任何脱离对象的设计都是没有生命的,任何不是以人为本为出发点的设计都只是设计师一厢情愿的意淫。)

你提出一个概念,这个概念必然服务于问题(何谓问题,这里主要指服务对象的诉求以及自然环境及社会环境的限制),所以在提出概念之前,详尽的调查研究是必不可少的。当然一个概念只是表示一个方向,解决的也应该是主要问题。

根据你的概念,延伸到你设计方案的具体特性,这是策略阶段,比如你要在一个古镇设计一个文化中心,然后根据这里的社会环境(宗教,历史文化,人口组成等等),自然环境(比如地理位置啦,景观绿化啦,水系啦等等) ,主要服务对象的诉求(了解主要服务对象及其诉求是调查研究的意义)从而提出你的特性,比如亲密性,开放性,向心性等。

你掌握了方案的几个主要特性之后,然后根据每个特性,可以有对应特性的空间设计手法,比如亲密性你可以赋予建筑亲密尺度,增强空间的围合感。开放性你可以在布局上花心思,比如引入广场等等,往往一个特性可以引出多种设计手法。

当你有了很多设计手法,然后最难的步骤,就是如何将众多设计手法运用于你的方案,设计手法的数量和结合的巧妙与否一定程度上决定了你设计的深度,你的建筑就不会是放之四海皆准的没特色建筑。

6. 钢筋混凝土框架结构设计中,在截面设计和构造方面采取了哪些抗震措施,请简述。 答:钢筋混凝土框架结构抗震设计的基本原则是:强柱弱梁,强减弱弯,强节点弱构件。 强柱弱梁指的是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下倒塌。

强剪弱弯:使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求。使结构构件在发生受弯破坏前不先发生剪切破坏。用以改善构件自身的抗震性能。

强节电弱杆件:即要满足《抗震设计规范》GB50011中6.2节的计算调整和其它一些构造措施。

7. 目前,有哪些结构抗震的新方法、新技术。

答:1. 悬浮结构

绝大多数建筑物都不是你所见到的样子,为了稳固,在表面之下还有地基以及利用地基建设的地下室。然而,地基/地表建筑一体化的结构在抗震方面并不理想,当发生足够强大的地震时,地基被挤压和振动造成的形变足以对地表以上的建筑带来灾难性的破坏。

工程师入场了,带来了一种充满创造力的新结构——悬浮结构:将地表建筑和地基分离开来,中间加上由培林(bearing)组成的“悬浮层”,当地震袭来时,地基发生的剧烈晃动对地表建筑造成的影响将被极大地减小。

2. 减震器

建筑工程师将减震器应用到了建筑当中。和汽车当中大部分垂直放置的减震器不同,建筑物当中的减震器水平或倾斜放置在每一楼层当中,当地震发生时建筑物的扭动使得楼层之间产生水平方向的动能,而减震器将动能的一部分呢吸收转化为热能,从而降低了这种动能对建筑物带来的撕裂效应。

3. 摇摆墙

高科技往往意味着高造价。对于抗震要求不太高的建筑物来说,在有限的造价内实现足够的抗震等级,建筑师往往会采用core-wall(核心墙) 技术:在建筑物的中心位置(通常是电梯井的四周) 砌筑强化钢筋混凝土墙。 摇摆墙则是在核心墙上继续加装前面提到的一些弹性强化装置,比如可调节的钢筋等。结果就是在较低的造价上实现了建筑的核心结构具有足够的震动耐受性。

8. 请结合你的工作谈谈你对《抗震工程学》的理解。

答:通过学习《抗震工程学》,可以指导我更好的理解地勘资料的相关问题。


相关文章

  • 房屋建筑工程抗震设防管理规定
  • 房屋建筑工程抗震设防管理规定 第一条 为了加强对房屋建筑工程抗震设防的监督管理,保护人民生命和财产安全,根据<中华人民共和国防震减灾法>.<中华人民共和国建筑法>.<建设工程质量管理条例>.<建设工 ...查看


  • 水电工程防震抗震设计规范(征求意见稿)20110713
  • ICS 中国标准文献分类号 Vesion2.0 Version 8.0 DL 水电工程防震抗震设计规范 Code for Design of Seismic of Hydropower Projects 2011- - 发布 2011- - ...查看


  • 富民安居先进典型材料个人
  • 全面抓好抗震安居工程 真心实意为群众谋福利 ――记×××××镇党委书记 ×××× ×××××,男,汉族,现任×××××党委书记.作为全镇抗震安居工程建设第一责任人,他始终坚持以"三个代表"重要思想和十六届五中全会精神为指 ...查看


  • 建筑工程场地地震安全性评价报告的设计应用
  • 建筑工程场地地震安全性评价报告的设计应用 林功丁(福州市建筑设计院 350001) [提 要] 对具有重大价值或重大影响的建筑工程进行工程场地地震安全性评价是工程抗震设防工作的一个重要环节,提供的安全性评价报告是重大建筑工程抗震设计的重要依 ...查看


  • 工程结构抗震论文报告
  • 工程结构抗震方法课程报告 刘 兴 顺 (昆明理工大学 建筑工程学院,云南 昆明 650093) 摘 要:路线是一种线状工程构造物,所经过的自然地理环境复杂多变,经常遭受自然灾害的破坏.其中地震对公路工程具有极大的破坏作用,常常造成严重的交通 ...查看


  • 探究建筑工程结构设计中的抗震设计
  • [摘 要]抗震设计是建筑工程结构设计的重要内容,直接影响居民生命及财产安全.因此建筑工程结构设计中必须根据实际情况,将抗震设计放在重要位置,依据"抗"和"放"相结合的原则,严格遵守规范要求,采取科学有 ...查看


  • 大坝的抗震设防水准及相应性能目标
  • 第27卷增刊 2005年12月 工程抗震与加固改造 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting V ol. 27,Supplement Dec. 2005 [文章编号] 1002284 ...查看


  • 屈曲约束支撑在抗震加固改造工程中的应用(改)
  • 屈曲约束支撑在抗震加固改造工程中的应用 李文军 中煤建设集团工程有限公司 100013 摘要:在老旧建筑抗震加固改造中采用屈曲约束支撑,可为框架或排架结构提供很大的抗侧刚度和承载力,既能满足结构设计的各项指标,又能满足规范及功能要求.在抗震 ...查看


  • 工程抗震鉴定报告1
  • 建 筑 工 程 抗 震 鉴 定 报 告 工程项目名称:新阳路壮锦社区服务公司单身楼鉴 定 内 容 :抗震鉴定 桂建科鉴(总)[2009] 第1号 广西建筑科学研究设计院 2009年12月21日 工程名称:新阳路壮锦社区服务公司单身楼 委托单 ...查看


热门内容