简述结构抗震设计原则范文

导语：如何才能写好一篇简述结构抗震设计原则，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词: 建筑 抗震, 设计,

Abstract: This paper introduces the concept of buildings aseismic design of meaning, and analyzes the concrete structure design top more attention should be paid to the cause of the concept design, and expounds the construction of the basic content of conceptual earthquake-resistant design, and points out that the concept design problems should be paid attention to perfect the high-rise building structural design, improve the design personnel design level.

Keywords: building aseismic, design

中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：

地震作用影响因素非常的复杂,它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用,目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法,要进行精确的抗震计算还有一定的困难,因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。

1 抗震概念设计

“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程实际经验等所形成的基本设计原则及设计思想,依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌握了抗震概念设计,有助于明确抗震设计思想,灵活、恰当地运用抗震设计原则,使设计人员不至于陷入盲目的计算工作,从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层结构设计更应该重视概念设计

高层建筑设计尤其是在高层建筑抗震设计中,应当非常重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素。在设计中,虽然分析计算是必须的,也是设计的重要依据,但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求,不能达到预期的设计目标,因此必须非常重视概念设计。

3 建筑抗震概念设计的基本内容

3. 1 应重视建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的,提倡平、立面简单对称。 “建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,承载力分布等诸多因素的综合要求。

3. 2 抗震概念设计应坚持的原则

1) 刚柔相济原则。在抗震设计中,不能一味地提高结构的抗力,一般是根据初定的尺寸和混凝土等级算出结构的刚度,再由结构刚度算出地震力,然后计算配筋。如果结构刚度太大,地震作用效应就很大,这样为抵御地震而需配更多的钢筋,因此,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。在较大的地震力瞬间袭来时,极易造成局部受损,最后导致各个击破;而太柔的结构虽然有很好的延性,可以消减外力,但容易造成变形过大而无法使用,甚至整体倾覆。在抗震设计中,为了实现刚柔相济的原则,既满足变形要求,又能减小地震力,最主要的方法是进行隔震消能设计。在抗震设计中“, 刚柔相济”可以通过合理控制设计总信息来实现。比如周期、位移、地震力应满足GB 5001122001 建筑抗震设计规范限值要求或者不超规范太多。

2) 多道设防原则。强烈地震后往往伴随多次余震,如果只有一道设防,在首次破坏后再遭余震,结构将会因损伤积累而导致倒塌。因此,一个抗震结构体系,应由若干个延生较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接起来协同工作,如框架―剪力体系是由延性框架和抗震墙两个分体系组成。

3. 3 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。

在“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设计原则下,结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时,由于塑性变形可以耗散地震能量,结构变形加大,但结构承受的地震作用不会直线上升,延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱杆件,强底层柱”原则,承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3. 4 应有意识地加强薄弱环节

1) 结构在强烈地震下不存在强度安全储备,构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析) 是判断薄弱层的基础。

2) 要使楼层(部位) 的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化,一旦楼层(部位) 的这个比例有突变时,会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

3) 要防止在局部上加强而忽视整个结构各位刚度、承载力的协调。

4) 在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位) ,使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移,这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

3. 5 应采用合理的建筑结构体系

建筑布局除考虑功能要求外,结构单元抗侧力结构的布置宜规则、对称,受力明确,传力合理,传力途径不间断,并应具有良好的整体性。

1) 抗侧力构件应布置合理。如在框架―剪力墙结构中,剪力墙宜均增布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大;平面形状凹凸较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;纵、横剪力墙宜组成L型、T 型和[型等形式;剪力墙宜贯通建筑物的全高,避免刚度突变;剪力墙开洞口宜上下对齐;抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

2) 结构的整体性要好。高层建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力的子结构,而且要使这些子结构能协同承受地震作用,特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时,整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和抗力,并与竖向各子结构有效连接。所以房屋的顶层、结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼层、作为上部结构嵌固部分的地下室楼层应采用现浇楼盖结构。一般楼层现浇楼板厚度不应小于80 mm , 顶层楼板厚度不宜小于120 mm ,普通地下室顶板厚不宜小于160 mm;作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构,楼板厚度不宜小于180 mm。

4 做好概念设计应注意的问题

1) 结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

2) 不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

3) 风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

4) 结构破坏的机制和过程,以加强结构的关键部位和薄弱环节。

5) 建筑结构的整体性、承载力和刚度在平面内及沿高度均匀分布,避免突变和应力集中。

6) 预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

7) 地基变形对上部结构及其受温度变化的影响。

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关键词：抗震设计的要点

中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：

前言：为了使多高层建筑有足够的抗震能力，达到小震不坏，中震可修，大震不倒的要求，更好的保护人民的生命安全，抗震设计必须注意以下几点：

一、抗震设计的基本原则：

1.合理选择结构体系。

对于钢筋混凝土结构，一般来说纯框架结构抗震能力较差；框架-剪力墙结构性能较好；剪力墙结构和筒体结构具有良好的空间整体性，刚度也较大，历次地震中震害都较小。

2.平面布置力求简单、规则、对称。

避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置，以免产生扭转的影响。

3.竖向体型的要求

竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急，力求刚度均匀渐变，避免产生变形集中。

4.结构的承载力、变形能力和刚度要均匀连续分布，适应结构的地震反应要求。

某一部位过强，过刚也会使其他楼层形成相对薄弱环节而导致破坏。顶层、中间楼层取消部分墙柱形成大空间层后，要调整刚度并采取构造加强措施。底层部分剪力墙变为框支柱或取消部分柱子后，比上层刚度度消弱更为不利，应专门考虑抗震措施。

不仅主体结构，而且非结构墙体（特别是砖砌体填充墙）的不规则、不连续布置也可能引起刚度的突变。

5.高层建筑突出屋面的塔楼必须有足够的承载力和延性，以承受高阵型产生的边梢效应影响。必要时可以采用钢结构或型钢混凝土结构。

6.在设计上和构造上实现多道设防。如框架结哦顾采用强柱弱梁设计，梁屈服后柱仍能保持稳定；框架-剪力墙结构设计成连梁先屈服，然后是墙肢，框架作为第三道防线；剪力墙结构通过构造措施保证连梁先屈服，并通过空间整体性形成高次超静定等。

7.合理设置防震缝。一般情况下宜采取调整平面形状和尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。必须设缝时必须保证有足够的宽度。

8.节点的承载力和刚度要与构件的承载力和刚度相适应。节点的承载力应大于构件的承载力。要从构造上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化。装配式框架和大板结构必须加强节点的连接结构。

9.保证结构有足够的刚度，限制顶点和层间位移。在小震时，应防止过大位移使结构开裂，影响正常使用；中震时，应保证结构不致于严重破坏，可以修复；在强震时，结构不应发生倒塌，也不能因为位移过大而使主体失去稳定或基础转动过大而倾覆。

10.构件设计应采取有效措施防止脆性破坏，保证构件有足够的延性。脆性破坏指剪切、锚固和压碎等突然而无事先报警的破坏形式。设计时应保证抗剪承载力大于抗弯承载力，按“强剪弱弯”的方针进行配筋。为提高构件的抗剪和抗压能力，加强约束箍筋是有效措施。

11.保证地基基础的承载力、刚度、和足够的抗滑移、抗转动能力，使整个高层建筑成为一个稳定的体系，防止产生过大的差异沉降和倾覆。

12.减轻结构自重，最大限度的降低地震的作用。

二、抗震设计对场地和地基的要求：

1.选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。

2.建筑场地为一类时，对甲、乙类的建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；对丙类的建筑应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。

3.同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上。同一结构单元不宜部分采用桩基；当采用不同基础类型或基础埋深显著不同时，应根据地震时两部分地基基础的沉降差异，在基础、上部结构的相关部位采取相应措施。

三、抗震设计对建筑形体及其构件布置的要求：

1.建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。

2.建筑设计应重视其平面、立面、和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少、避免侧向刚度和承载力突变。

3.体型复杂、平立面不规则的建筑，应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝，当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。

四、抗震设计对结构体系的要求：

1.结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。

2.应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

3.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。

4.应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震的能力。

5.对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。

6.宜有合理的刚度和承载力分布，避免因局部消弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变成集中。

7.结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。

五、抗震设计对结构分析的要求：

1.计算模型的建立、必要的简化计算和处理，应符合结构的实际工作状况，计算中应考虑楼梯构件的影响。

2.计算软件的技术条件应符合规范及有关标准的规定，并应阐明其特殊处理的内容和依据。

3.复杂结构在多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个合适的力学模型，并对其计算结果进行分析比较。

4.所有计算机计算结果，应经分析判断确认其合理性、有效后方可用于工程设计。

六、抗震设计对结构材料和施工的要求：

1.混凝土的强度等级，框支梁、柱及抗震等级一级的框架梁、柱、节点核心区不应低于C30，构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20。

2.抗震等级为一二三级的框架，其纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

3.钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

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【关键词】 抗震设计； 概念设计；建筑结构

中图分类号：TU2

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计 。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震慨念设计”是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌揖了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运州抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视慨念设计。从某种意义上讲，慨念设计至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证．高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计算结果(尤其是经过实刚简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3．1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震慨念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案．合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称， 为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多闪素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单；抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀；平面布置基本对称。

3．2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之问寻找一种较好的匹配关系。

3．3 设计多道设防结构

3．3．1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则足允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3．3．2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作片用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3．3．3 总结构体系与基本分结构体系

1972年12月23日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1万多栋楼房倒塌。林同炎公司1963年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构同有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小；反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由4个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系(柔性筒)之间的联接构件(钢筋混凝土连梁)的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，粱中有明显裂缝。但4个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3．4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3．5 应有意识地加强薄弱环节

(1)结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层的基础。

(2)要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性

变形的集中。

(3)要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

(4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

(1)结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

(2)不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

(3)风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

(4)结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

(5)预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

(6)场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。

(7)各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

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关键词：抗震建筑设计　建筑结构　建筑选址　建筑材料

中图分类号：TU7　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)006-019-02

1　前言

日本位于环太平洋火山地震带，板块运动活跃，是世界上发生地震最多的国家之一。在过去的一百年里，造成1000人以上死亡的地震次数就高达十次。2011年3・11特大地震又是日本历史上强度最大的一次地震。在这种多震的地理条件下，日本积累了许多避震、抗震及震后救灾等方面的经验。日本可以说是抗震设计的倡导者与先进者。

日本对于抗震设计的先进不仅仅体现在思路上的先进，我国的抗震设计采用“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，而日本抗震设计则是要求“中震不坏，大震不倒”，同时也体现在具体建筑技术的发展，较高的设防标准必然对建筑结构提出了较高的要求，本文将依次介绍日本抗震建筑结构形式选用，建筑选址以及建筑材料等值得我们借鉴之处。

2　日本抗震设计思路简述

2.1　免震建筑介绍及其在日本抗震中的应用

日本大力发展新的结构建筑技术，其中有“阻震建筑”，“隔震建筑”以及“抑震建筑”等，本文着重介绍隔震建筑，即免震建筑，日本的房屋建筑较多采用了免震建筑形式，所谓免震建筑是指将建筑物的上部结构和地基基础用免震层分开，在免震层中加入积层橡胶及阻尼器用于吸收和减缓地震所产生的能量，使得建筑物在地震中免遭破坏，达到抗震的目的。

免震层是指设置有免震器和阻尼器的区域。免震层是免震建筑的关键组成部分，地震时起到吸收地震能量，减小建筑物水平位移的作用。

2.1.1　免震层的组成

(1)免震器免震器起到将地震产生的能量和建筑物隔离开，从而减小上部建筑在地震中的水平位移，同时又对上部结构起到支撑作用。

(2)阻尼器阻尼器能伴随地震的振幅和振动频率吸收地震能量以达到抑制振动的目的。

2.1.2　免震建筑的类型

根据免震层位置的不同，可以把免震建筑的结构形式分成基础免震和中间层免震两类。

(1)基础免震。基础免震是最基本的免震形式，是在建筑物的基础部分和上部结构之间设置免震层。

(2)中间层免震。中间层免震顾名思义是指在建筑物的中间层设置免震层的建筑。

日本的大阪西梅田大楼和南崛江大楼两栋超高层建筑均采用隔震建筑形式，位于大阪城之西梅田超高层计划，地下1层，地上50层，屋突2层，基础隔震，楼高177.4m，高宽比5.8：1，隔震型式有滑动支承、积层橡胶垫及U型钢板消能器。

2.2　有效抗震对免震建筑选址的要求

对于地震灾害频发地区的建筑选址，在有关建设法规和设计规范的要求下，应当根据当地地质勘测资料，尽量选择地震发生时对建筑物本身产生较小影响的地区，具体来说，要避开地震时地基失效的地区，比如说靠近河道的地方，距离山坡较近的地方等，因为这些地方在地震时易产生次生灾害，如果不得不在地质条件较差的地方进行建筑，应该对地基进行处理，避免上部结构不均匀沉降，同时应当考虑地基与上部结构的共振效应。

日本的免震建筑对地基没有特殊要求，一般的，能建造普通建筑物的地方就可以建造免震建筑。但是免震层中的积层橡胶具有水平刚度随温度下降增加的特性，故在寒冷地区建造免震建筑时，应该注意对免震层的温度管理。由于地震时免震层会发生较大的水平位移，所以在选址时要注意建筑物周围的净空，以免地震时免震建筑和周围建筑物发生碰撞而毁坏建筑物。

2.3　建筑材料选用在日本抗震中的作用

除了在建筑结构上进行抗震设计，在建筑材料的使用上，也应满足抗震的需要。在建筑物中使用的材料统称为建筑材料。日本在大量使用传统建筑材料的同时也在积极开发新的建筑材料比如说碳纤维材料，本文介绍日本的免震设计主要有以下几种传统建筑材料：木材、钢材和钢筋混凝土等。

2.3.1　以木材为主的免震建筑

木材本身弹塑性很好，变形性能好，自重轻，是一种韧性很好的建筑材料。由于木材的抗冲击性能较好，所以在抗震建筑中有较多的应用。

同时为了提高传统木结构房屋的抗震能力，日本最普通的民宅是箱体设计，地震灾害发生时房屋可以整体翻滚而不会损毁。民居屋顶五彩缤纷的“瓦片”其实是塑料制成的，墙体多是“整体结构”，是一种类似石棉的填充物做的，墙面很轻，地震发生后即使倒塌也不会砸烂屋内家具和将人砸伤。

2.3.2　以钢材为主的免震建筑

钢材的塑性和韧性好，对动荷载的适应性较好。良好的吸能能力和延性使其具有良好的抗震性能。在高烈度地震区，若自重减轻一半，相当于降低抗震设防烈度一度。钢结构普遍用于大跨度桥梁结构，多、高层建筑建构和高耸结构中。

在本次地震中东京的地标性建筑一东京塔，其高333公尺，是全世界最高的自立式铁塔。在此次大地震中夜只是顶部天线发生弯曲，结构没有遭到破坏，足见钢结构在抗震性能上的优越。

2.3.3　以钢筋混凝土为主的免震建筑

钢筋抗拉性能好，混凝土的抗压性能好，钢筋混凝土材料将两者结合起来，使它们的力学性能得到合理的应用。钢筋混凝土结构具有良好的整体性，使其具有较好的抗震性能。

钢筋混凝土多见于多层和高层建筑物中。东京都都厅由设计师丹下健三语1986年设计，耗资1569亿日元。其主要结构形式为：铁骨构造、铁骨钢筋混凝土构造、钢筋混凝土构造结合体，在总层数达到51层之高的前提下，地上48层，地下3层，总高度：243.4m，经历了二十几年的风风雨雨至今还屹立在日本首都东京。

3　总结

日本免震建筑的核心是将地基与上部结构进行隔离，地震时将上部结构和地基基础用免震层分开，在免震层中加入积层橡胶及阻尼器等来吸收和减缓地震所产生的能量，使得建筑物在地震中免遭破坏，继而起到抗震的效果。

日本的免震建筑主要采用钢材，木材和钢筋混凝土材料，并且不断有新的材料被开发处理，钢结构的抗震性能最好，其次是木结构，最后是钢筋混凝土结构。

随着免震技术的发展，免震建筑广泛应用于各种新建的住宅、学校、医院、科研单位等，从超高层建筑物到别墅，免震技术均有应用，且范围不断得到扩大。同时免震建筑还用于对旧时的建筑物进行加固，可以将其基础加固后，设置免震层，使得老建筑焕发新生。

与此同时，除了日本建筑具有较高的抗震能力外，日本国民在面对地震面前举要很高的抗震素质和心态。每个日本人一生中都要经历数次大大小小的地震，因此这个民族有着强烈的防灾意识。在每年3月初的日本消防周，每所中小学都会对学生进行一次防灾演习。相比之下，作者感觉我国对于地震紧急避险训练相对较少，国内针对地震如何避险方面的国民训练有所欠缺。

政府的作用也不可忽视，日本政府十分重视抗震工作，自1996年以后，日本政府连续四次修改《建筑基准法》，把各类建筑的抗震基准提高到最高水准，除木结构住宅外，尤其是商务楼要求能够8级地震不倒，普遍高于我国建筑的抗震要求。日本政府还特意修建地震体验馆，让人们感受地震来临时的感觉，好让人们在真正的灾难来临时有心理准备。

罗马城不是一天就能建成的，日本今天所具有的抗震能力也是在多年抗震中积累起来的，希望文章谈到的日本的避震、抗震和救灾思路对我国的抗震建筑事业有所启发。

参考文献：

[1]日本免震构造协会编，免震建筑[M]，北京：中国电力出版社，2009

[2]易勇，浅谈对日本工程抗震的认识[J]，四川建筑，2010(03)

篇5

[关键词]延性结构塑性铰 强柱弱梁 强剪弱弯

中图分类号：TU37文献标识码： A

前言：如果一个建筑结构在承载力基本保持不变的情形下，仍能有较大塑性变形能力，则称此结构为延性结构。延性结构在地震作用下进入弹塑性状态时，能吸收耗散大量地震能量，此时虽然变形较大但不会出现超出抗震要求的严重破坏或倒塌，故结构都应按照延性要求进行抗震设计。

具备一定经验的结构设计师都知道，延性钢筋混凝土结构即使在大震下结构构件达到屈服，仍然可以通过屈服截面的塑性变形来耗散地震能，避免发生脆性破坏。下面分别对钢筋混凝土框架结构和剪力墙结构的延性设计做一简述。

框架结构的延性设计要点

强柱弱梁

从抗弯角度讲，要求柱端截面的屈服弯矩要大于梁端截面的屈服弯矩，使塑性铰尽可能首先出现在梁的端部，不会引起结构局部或整体破坏耗能的梁塑性铰早出多出，结构仍能继续承受外荷载而只有当柱根也出现塑性铰时结构才达到破坏，从而形成强柱弱梁，但不允许在梁的跨中出角。底层柱柱根的塑性铰应较晚出现，各层柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层。

2)强剪弱弯

强剪弱弯的设计要点实质是控制梁柱构件的破坏形态，使其发生延性较好的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏。适筋梁或大偏压柱具有较好的延性，可耗散地震能量，使内力重分布得以充分发展，而钢筋混凝土梁柱在受到较大的剪力时，往往呈现脆性破坏。故应使构件的受剪承载力大于受弯承载力，且保证构件在塑性铰出现之后也不过早剪切破坏。下面根据国家抗震规范中与此相关的具体设计指标逐一阐述。

梁柱的剪跨比λ限制

λ=M/(Vh0)，

M为计算截面上与剪力设计值对应的弯矩设计值；

h0为截面计算高度

剪跨比λ反映了构件截面承受的弯矩与剪力的相对大小，是影响梁柱变形能力的主要因素之一。

对于柱，λ≥2的属于长柱，只要设计构造合理，通常会发生延性的弯曲破坏；

1.5≤λ

λ

因在一般框架结构中，柱弯矩以水平地震作用产生的弯矩为主，可以

近似认为反弯点在柱高的中点，故柱端弯矩M=VHn/2,即有λ=Hn/2h0，因此在抗震设计时应保证柱净高与截面长边尺寸之比大于4；否则应在柱全高范围内加密其箍筋。

同样在设计框架梁时，应保证其净跨Ln与截面高度hb之比≥4。

梁柱的剪压比限制

在设计中应使梁柱的剪压比即，V/(fcbh0)不超过规范允许的限值，它实质上是对构件最小截面尺寸的规定。规范对不同情况下的剪压比规定了最大值。梁柱满足剪压比要求，可以有效地防止斜裂缝的较早出现，减轻混凝土破坏程度，这是因为如构件截面尺寸过小或混凝土强度过低，按抗剪承载力公式算出的箍筋面积会很大，则箍筋还未充分发挥作用之前，构件就会过早地出现脆性斜压破坏。

框架柱的最大轴压比μN和最小体积配箍率ρV

轴压比μN=N/(fCA),其中

N为包含地震作用组合的柱轴压力设计值；

fC为混凝土轴心抗压强度设计值；

A为柱的全截面面积。

试验研究表明，轴压比大小与柱的破坏形态和变形能力密切相关。轴压比过大时，柱会出现受拉钢筋并不屈服的小偏心受压破坏；而轴压比适中时，柱可出现受拉钢筋首先屈服的大偏心受压破坏，受拉钢筋可以较好地耗散地震能量。且轴压比是影响柱的延性的重要因素之一，

柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低，尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱的变形能力作用并不明显。因此在设计中应按规范的最大轴压比限值要求，严格限制不可过大，以使框架柱在地震作用下仍能实现大偏心受压下的弯曲破坏，使柱具有足够的延性变形能力。

体积配箍率ρV

箍筋对核心混凝土具有约束作用，对柱的延性非常有利，这已被震害实例和结构试验所证明。一般用体积配箍率ρV来衡量箍筋对核心混凝土所具有约束程度：

ρV=AvLv/bhs,其中

Av为箍筋的截面积，Lv为箍筋的总长度，则AvLv为箍筋的总体积，

bh为构件核心混凝土的截面积，s为箍筋的间距，则bhs为在箍筋分布间距内的构件核心混凝土总体积。

规范对框架柱的体积配箍率ρV最小值，根据不同的轴压比规定了不同的数值，在设计箍筋时应严格遵守。

同时箍筋对核心混凝土具有的约束作用，不仅与箍筋的配置量有关，还与箍筋的配置形式密切相关。单个矩形箍筋对核心混凝土的约束作用较弱，螺旋箍筋的约束作用最好，复式箍筋对核心混凝土具有的约束作用大大好于单个矩形箍筋。故在设计时，应采用复式箍筋，最好为螺旋箍。

随柱轴压比的升高，通过箍筋约束混凝土提高延性的效果会逐渐减弱，故只有在中等轴压比的情况下，才可通过提高箍筋用量的办法改善柱子延性。但在高层建筑的设计中，底层柱子要承担很大的轴向压力，很难把其轴压比控制在较低水平。大量的试验研究表明，在柱中设置矩形核心柱（规范对于核心柱的截面尺寸和箍筋配置量均有相关规定），不仅可以提高柱子的受压承载力，也可提高柱子的延性变形能力，尤其对于轴压比很大的短柱。

梁柱应设置箍筋加密区

大量震害表明，框架梁端部和柱端部破坏严重，是框架梁柱的薄弱部位，故按照强剪弱弯原则箍筋应加密布置在梁柱端部的塑性铰区，规范称其为箍筋加密区。规范对加密区长度和箍筋间距,直径, 体积或面积配箍率有具体规定。

在梁柱端部的箍筋加密区配置足够的箍筋，可以约束核心混凝土，提高塑性铰区混凝土的极限应变值，提高抗压强度，防止斜裂缝的开展，这样塑性铰能充分变形和耗能，提高延性。

梁柱的最大和最小纵筋配筋率

试验表明：钢筋混凝土单筋梁的变形能力，随截面混凝土受压区相对高度x/ h0的增大而减小，而x/ h0随着配筋率的增大，钢筋屈服强度的提高和混凝土强度等级的降低而增大，梁的延性性能就会降低。故国家《抗震规范》对框架梁的相对受压区高度x/ h0和最大配筋率ρmax作出了具体规定；同时框架梁也应满足最小配筋率要求。

国家《抗震规范》对不同等级的框架柱最小配筋率ρmin也作出了具体规定,设计时应严格满足要求。这是为了避免地震作用下框架柱过早进入屈服阶段，增大屈服时柱的变形能力，提高柱的延性和耗能能力。

3)强节点及强锚固

因为梁柱节点区的受力情况非常复杂，故在设计时必须保证各节点不出现脆性剪切破坏，才可使梁柱承载力和变形能力得以发挥，即在梁柱塑性铰出现完成之前，节点区必须不能过早破坏。同时还要具有良好的延性，则其钢筋的锚固须足够强，不可失效，设计中应按规范的构造要求执行。

剪力墙结构的延性设计要点

剪力墙结构的延性设计要点与框架类似又不同，因为剪力墙的抗侧和抗扭刚度大，承载能力大，小震下变形小，但也应使其具有良好的延性和耗能能力。现简述如下：

1）强墙肢，弱连梁

除小开口墙和弱连梁连接的独立墙肢外，剪力墙大多为联肢墙;联肢墙的延性设计可通过“强墙肢弱连梁”来实现，使连梁先于墙肢屈服（可能是剪切或弯曲破坏），使变形和耗能分散于连梁中，墙肢之后屈服，并通过构造措施使墙肢具有良好延性和耗能能力。抗震规范通过弹性计算时把连梁刚度折减，从而减小连梁的内力来实现“强墙弱梁”。

2)强剪弱弯

抗震规范采用剪力增大系数来调整墙肢底部加强部位截面的剪力设计值和连梁端截面的组合剪力设计值，来实现墙肢和连梁的强剪弱弯。

3）墙肢和连梁的剪压比限制

为避免墙肢或连梁发生脆性的斜压破坏，抗震规范对二者截面的平均剪应力和混凝土抗压强度的比值加以限制，即设计时应限制墙肢和连梁的剪压比。

4）墙肢的轴压比限制

墙肢的轴压比是影响其延性的主要因素之一，为使墙肢具有一定的延性，应限制墙肢截面的相对受压区高度，该点可转换为限制墙肢的轴压比，故规范对不同抗震等级的墙肢的轴压比最大值做了详细规定。

篇6

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前言 概念设计是结构设计的核心和灵魂，它贯穿于结构设计的全过程。概念设计运用得合理，能使结构满足建筑要求并以最快的方式将荷载传递到基础、地基中，创造更为安全、舒适的工作和生活环境。并节约材料和资金，概念设计是一名设计工作者进行创新设计的基础。

1、概念设计简述 概念设计就是运用清晰的结构概念，依据整个结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、地震灾害、实验现象和工程经验等对结构及计算结果进行正确的分析，并考虑到结构实际受力状况与计算假设之间的差异，对结构及构造进行设计，使建筑物受力更加合理、安全、协调。概念设计主要从以下两个方面对结构设计进行宏观控制。

一是在方案设计满足建筑要求的情况下，从宏观的角度考虑结构的整体性及主要分体系的相互关系，来确定建筑结构的总体布置方案。 二是在理论设计过程中综合考虑各方面因素对结果的影响，以判断理论设计的准确性，并对一些工程中难以作出精确分析或在规范中未精确规定的问题，根据实际经验采用一些结构构造措施进行处理。概念设计的目的是力求使设计方案安全、可靠、经济、合理，是一个优化的过程。

2、结构设计中概念设计的体现

2．1 概念设计在结构设计流程中的体现 结构设计的流程一般分为三个部分： 前期的方案选择阶段、中期的结构计算阶段及后期的施工图绘制阶段，这三个阶段都发挥着重要的作用。

(1)合理选择结构方案。一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，在此基础上进行结构选型，确定最优结构方案。概念设计在工程设计一开始就应把握好场地选择、能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

(2)选用恰当的计算简图。结构计算是在计算简图的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其更加接近实际状态。现在的建筑物功能复杂多样，手算已经无法满足要求，结构计算需通过计算机来完成。所以，要将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型，并保证有足够的准确性就成为结构设计的关键问题。而达到这一目的就需要设计人员在结构计算的过程中利用概念设计进行分析与控制。

(3)正确分析计算结果。现在有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会得出不同的计算结果。所以，设计人员在进行结构计算前，首先要全面了解该软件的适用范围和计算原理，其次使用时要避免人为失误，并利用概念设计对电算结果进行科学分析，以做出正确、合理的判断。

2．2 抗震设计中应注意的概念设计问题 抗震设计是结构设计的重要组成部分。地震是一种随机振动，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性及参数，目前尚难做到。现在所采用的地震参数只是概率意义上的估计值，而结构在地震作用下所表现出的性能也具有许多不确定性，因此，抗震设计不能过分依赖理论计算，此时概念设计在抗震设计中就显得尤为重要。

(1)选择合适的场地。地震造成建筑物的破坏情况是各不相同的。一是由于地震时地面强烈运动，使建筑物在震动过程中，因丧失整体性或结构强度不足、构件变形过大而遭受破坏；二是由水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害造成；三是由断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。前两种可以通过工程措施加以防治，而后一种情况，单靠工程措施很难达到预防的目的。因此，选择工程场址时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，选择对建筑物抗震有利、尽可能避开对建筑物抗震不利的地段。任何情况下均不得在抗震危险地段建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。

(2)选择合适的基础方案。基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型、荷载分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素确定，从而选择经济合理的基础方案。基础设计应参照详尽的地质勘察报告，一般情况下同一结构单元不宜采用两种不同的基础类型。

(3)采取相应的构造措施。遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”的设计原则，注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是直线段钢筋的锚固长度，考虑温度对应力的影响。除此之外还应根据均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置。设置多道抗震防线从而尽量避免出现薄弱层。

3、结构设计中概念设计的应用 某工程为商住楼，主体平面形状为凹字形，不规则的平面结构体系。工程设有一层地下室，一至三层为商场，上部为三个联体单元的住宅，建筑功能较复杂。由于该地区为六度抗震设防区且风压值较高，为确保结构的经济与安全，概念设计主要通过以下几个方面来体现：

(1)根据建筑物现有状况及自然条件进行结构选型，采用框剪结构，以满足《高层建筑混凝土结构技术规程》对六度抗震设防区建筑物高度及高厚比的要求。

(2)在结构抗侧力构件布置时，应与建筑专业密切配合，在建筑每部楼梯间及外周边转折处布置水平抗侧力构件(剪力墙)，以加强结构抗侧移和扭转刚度，并尽可能考虑刚心与质心的重合，以减少水平力作用下由于结构偏心而引起的空间扭转效应 。

(3)合理考虑楼层的平面布置，增大外周边枢架梁、连梁截面，增大竖向刚度变化较大的楼层平面刚度(增加板厚)，以加强周边抗侧力构件的联系，增强结构整体性及空间协同工作的能力。

(4)在结构计算过程中，首先根据经验预设较合理的自振周期，并根据初算结果，调整平面中剪力墙相对刚度，以减少结构偏心，注意控制框架柱及小墙肢的轴压比，以增强结构延性。同时根据规范限值调整剪力墙沿竖向的厚度变化，控制层间位移量及顶点侧移值，以求经济与安全的统一。

(5)在构造设计时，有针对性地对转折部位、连接部位以及由于水平力作用引起结构受力复杂部位或相对薄弱部位的结构构件进行构造及配筋的加强，使主要受力构件具有良好的变形能力及耗能能力，以提高结构的抗侧力变形性能。

(6)尽量采用轻质墙体，以减轻楼层自重，同时要求提高地下室外回填土的压实系数，通过人防地下室高强度的侧壁与周边回填土的共同作用，增强对结构的约束，以提高结构抗侧力的整体稳定性，减少地震能量的放大。

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【关键词】高层建筑；安全；经济；复合地基

引言

随着城市用地日益紧张，多高层建筑得到广泛应用。高层建筑也越来越多，其中高层建筑结构的设计过程是不容忽视的。这是个相对复杂、需要长期处理的过程，在这一过程中，任何微小的遗漏、失误都会使整个建筑的结构设计工作变得复杂，甚至还会让高层建筑存在一些安全隐患。所以说，在高层建筑结构设计的每项活动中都注重每一个细节，不断优化每一个设计环节。让城市中的高层建筑都能达到安全、合理、经济、耐久的设计要求。

一、高层建筑物安全性设计要从多个方面来保证结构的安全性

结构设计的首要任务是选用经济合理的结构方案.其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠指标以保证结构的安全性。结构的安全度通常指安全系数或可靠指标，实际上只是对结构截面强度安全的一种度量，与此相关的还有荷载和材料强度标准值的取值，影响结构安全性的因素大多，安全度是保证结构安全性的重要方面但不是全部。有些设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系，结构构造，结构材料、结构维护、结构耐久性、以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安伞性。有的结构整体性和延性小足，抗偶然作用和防倒塌能力差；或者计算图形和受力路线不明确。造成局部受力过大或者混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄，削弱了结构耐久性。甚至有些在梁配筋的时候只是机械的把计算值翻译成钢筋标注，而不考虑钢筋连接对抗震设计的影响。这些都会影响甚至严重影响结构的安全性；设汁时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性.并要对施工单位提出具体要求。

二、简单论述高层建筑结构体系的技术经济分析

仅以框架结构房屋的结构体系为说明

在房屋的纵向，一般可设置连系梁与框架相连。这样，这些连系梁与柱实际上也形成了几榀纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平荷载。有时，也可利用柱网纵向轴线上的卡口板替代连系梁。若楼板为现浇，则一般应布置次梁。在纵向尺寸较横向尺寸大得多时，采用框架横向布置较为经济合理。在框架纵向布置的房屋中，框架不但承受竖向荷载，而且还承受平行于房屋纵向的水平荷载。为了承受平行于房屋横向的水平荷载，在房屋的横向应设置连系梁，与立柱也形成横向的框架。这时楼板的布置方向与框架横向布置的方向相垂直。这种布置方式，从技术经济的角度看不太合理，应用较少。在框架纵横双向布置的房屋中，两个方向的框架都同时承受竖向荷载和水平荷载。这时，楼面常采用现浇双向板楼面或井字梁楼面。当柱网平面为正方形或接近于正方形、或当楼面上的活荷载较大时，框架采用这种布置方式较为经济合理。框架可分为现浇式、装配式及装配整体式三种。框架结构用以承受竖向荷载是经济合理的。当房屋层数不多时，风荷载的影响较小，在非地震区框架结构一般可建至15 层，最高可达20 层左右。如果层数更多时，则由水平荷载所引起的柱中弯矩将很大，可能使柱截面尺寸大到不合理的地步，而且也会给建筑设计带来困难，经济效益状况较差。框架结构在水平荷载作用下，屋的抗侧移刚度小，水平位移大，故一般称它为柔性结构体系。

三、地基基础：复合地基优化设计方法的简述

（1）复合地基褥垫层作用分析

褥垫层是复合地基的核心技术，复合地基的许多性质都与褥垫层有关。在上部荷载作用下，基底附加应力通过褥垫层传递给桩和桩间土，有利于复合地基的应力分布，使得桩间强度充分发挥。褥垫层能够调整桩土荷载分配，充分发挥桩间土体的承载能力。可见，无论桩体自身的刚性如何，褥垫层的有无对复合地基的荷载分配都有一定的影响。无论桩体垫层材料采用何种土质，桩土应力比随垫层厚度的增加而减少。通过对桩土应力比与褥垫层模量的关系。试验（图1）可知：桩土应力比随褥垫层模量的增大而增大。由以上分析可得，为了更好地调节桩土应力，充分调动桩间土的承载力，必须尽量降低褥垫层模量，同时增加褥垫层厚度。

（2）复合地基的优化设计方法

复合地基的优化设计问题本质就是桩同作用问题，桩体复合地基设计中采用各类增强体的材料强度、刚度要远大于基体一桩问土体的强度和刚度。因而，应力一应变关系也不同，即在相同荷载作用下，其产生的变形大小也不同。通过对桩体和桩间土的无侧限压缩试验结果（图2）可知：相应桩体达到峰值强度时，其应变小；当天然土达到峰值强度时，其应变则大得多。因此，复合地基设计的关键问题就是桩土变形协调问题。研究表明，桩土应力比n是不同模量的桩体和桩间土在上部力作用下两者应变协调的结果，主要反映复合地基中应力分担的状况。

四、结束语

对于目前设计人员按传统设计法造成财产大量浪费的现状，推行能实现资源合理分配，利用，节约建筑造价的结构优化设计方法是势在必行的，同时也是刻不容缓的。建筑发展是一个高效化、集约化的综合系统工程，建筑设计者必须从当今经济现状和发展趋势出发，建立一个宏观的，合理的结构设计理念，合理确定建筑设计标准、经济性措施和原则，这样不仅满足设计各类需求，同时改善人类的居住环境。

参考文献：

[1]杨高尚. 建筑结构型式的优化设计与经济选择[J]. 中外建筑

[2]王浙浦.宁波园林美在月湖——记月湖景区规划设计.《中国勘察设计》，2006年8期

[3]《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002），中国建筑工业出版社， 2002

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关键词：埋入式柱脚； 有限元分析

Abstract: embedded steel column to steel column feet into reinforced concrete base, the base is the foundation beams, independent can based and piece of raft foundation, columns axial force, feet relay shear and moment. Combining with the shenzhen baoan international airport's ground traffic center (GTC) projects, and the embedded column footing finite element analysis.

Keywords: embedded column footing; Finite element analysis

中图分类号：C913.32文献标识码：A 文章编号：

1 埋入式柱脚埋入深度的规定

《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）第8.6.2条规定，对大截面钢柱，埋深不得小于截面高度的3倍，《钢结构设计规范》GB50017-2003第8.4.16条条文说明指出，该高钢规程中规定的埋入深度取柱脚高度的2~3倍，是引用日本的经验，对抗震有利。

《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS230:2008第8.1.1的第3款规定，对于圆形埋入式柱脚的埋

入深度不小于外径的2.5倍，其条文说明中同样指明是参考日本最新《钢结构连接设计指南》中的相应条款。

对插入式柱脚，《钢结构设计规范》GB50017-2003表8.4.15中规定，实腹柱的插入深度为1.5倍截面高度；《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28:90）第6.5.1条规定，插入深度不小于2倍钢管直径。

按国家标准图集《钢管混凝土结构构造》（06SG524）P21的规定，对单层插入式柱脚，直径为800mm时，插入深度取2D。

根据上述规定可知，我国规范规定的埋入式柱脚的埋入深度在1.5~3.0倍截面高度之间，插入式柱脚不小于1.5h。

本工程钢管柱为插入式构造。由于条件限制，插埋深度为1400/800=1.75，介于1.5与2.0之间，考虑到所支承的结构为轻屋盖，且为单层建筑，因此本工程钢管柱插入深度属基本满足规范的要求。

为确保钢管柱柱脚有较好的抗震性能，对柱脚节点采用ANSYS软件进行有限元分析。

2 有限元计算

2.1 基本数据

按混凝土柱编号，二、三柱脚脚包罗内力如下：

Kz1柱最大节点设计内力

模型实际加载为按KZ1输入，其等效弯矩M=(10992+7392)0.5+(882+1312)0.5*1=1482

混凝土柱和梁的截面按施工图尺寸取值，即砼框架柱为Φ1200，加腋混凝土梁为700x1000~1600。

计算假定：

忽略钢柱与混凝土之间的滑动，即混凝土和钢共用节点；

忽略梁的应力对节点的影响；

忽略混凝土梁和柱中钢筋对节点的影响。

2.2 材料属性

材料常数按规范取值。材料常数表

3 单元选取及划分

混凝土单元采用ANSYS软件中的solid65,钢材采用solid45号单元。其中solid65能够模拟混凝土的开裂与压碎。

2.4 荷载及约束

3 有限元分析结果简述

3.1 设计荷载下的节点性能

(1) KZ1

钢管最大应力为133MPa

混凝土的最大等效应力为17.9Mpa小于19.1Mpa

由于混凝土抗拉强度低，且属非线性材料，在正常使用状态下，混凝土受拉时是带裂缝工作的，计算结果与实际情况基本相符。

设计荷载下的位移/mm

设计荷载下节点的最大位移为0.35mm。属于小变形。

(2) KZ4

N=2948/1482=1.99倍

Kz4在设计荷载下局部区域达到了设计强度，但是仅时个别区域，即受压取高度比较小。

Kz4在设计荷载下裂缝分布，拉区大部分出现了裂缝。

Kz4在设计荷载下位移，局部最大位移为1.48mm.

其他节点在设计荷载下的界于KZ1与KZ4之间。

3.2 极限荷载下的节点性能

钢柱的极限承载力为.

按《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》8.1.2第4款第3项得

Mpc= Mp=12.17E6*345=4198 kN.m

设计荷载为M=(10992+7392)0.5+(882+1312)0.5*1=1482 kN.m

n=4198/1482=2.8倍设计荷载

极限荷载下混凝土应力/Mpa

在极限荷载（2.8倍设计荷载）作用时，混凝土等效压应力在局部区域达到了其抗压强度标准值，约27N/mm2，此时受压区的大部分区域的压应力均低于其抗压强度标准值。

极限荷载下混凝土位移/mm

极限荷载下的位移，发生在受压区，最大位移为2.24mm，属小变形。

在极限荷载下，混凝土大部分区域开裂。

结束语：

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【关键词】高层建筑；钢管混凝土；结构设计

一、工程概况

某大厦由一栋30层写字楼、2层商业附楼和3层地下室组成，占地面积13800 m2，总建筑面积45146m2，屋面结构高度达97m。

二、结构设计总体构思

（一）结构类型

本工程采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差，但避免了结构坚向抗侧力构件的转换，满足了建筑立面效果和使用要求。为解决建筑首层层高8m及减小柱截面等问题，下部若干层采用钢管混凝土组合柱，楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。

承载力和水平位移计算时，基本风压均按重现期为50年的1.1倍取值。由于结构侧向位移不满足限值要求，在第30层利用建筑避难层，设置了钢筋混凝土桁架的结构加强层，结构加强层是一把利刃剑，虽然可提高结构抗侧移刚度，也使得结构竖向刚度突变，所以结构加强层及相邻层按《高层建筑混凝土结构技术规程》要求进行了加强处理。

（二）层高加强措施

本工程结构平面形状规则、刚度和承载力分布均匀，竖向体型也规则和均匀、结构抗侧力构件上下连续贯通，计算结果各项指标通过调整后均达到规范要求。

由于首层层高8m，应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点：1～15层框架柱采用钢管混凝土组合柱（钢管混凝土叠合柱结构技术规程CECS188：2005）、1～2层核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱、首层抗震等级提高一级。钢管混凝土有着卓越的承载能力和变形能力，但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性，需考虑今后的维修保养，钢管混凝土叠加合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，以解决由于首层层高较大，使得剪力墙端部应力集中的问题，并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。

（三）钢管混凝土组合柱的梁柱节点设计

在建筑工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土，而框架梁则采用普通钢筋混凝土，钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。目前常用的连接点有：钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等，本工程采用在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点，为连接节点的设计提供多一种选择。

1.钢管开小孔的连接节点构造（见图示2）

钢管上开穿钢筋小孔的连接节点做法要点如下：

（1）钢管开小孔：小孔直径D=钢筋直径+10mm，小孔水平间距×D，小孔垂直间距=2×D。

（2）钢管水平加强环：梁顶面和梁底面各设置一道，环板宽度：钢管混凝土柱时，取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时，取65～100mm；环板厚度=0.5t且≥16mm（t为钢管壁厚）。

（3）钢管竖向短加劲肋：紧贴水平加强环，肋宽=环板宽-15mm，肋厚=环厚，长度为200mm，布置在梁开孔部位的两侧和中间。

（4）梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋，以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时，部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。

2.钢管开小孔连接节点的优点

（1）钢管开小孔后对钢管截面削弱不大，梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小，钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少，不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力。

（2）梁钢筋直接穿过钢管后，梁可以可靠的传递内力，梁长范围内的刚度保持不变，结构受力分析与实际相同。（钢牛腿法和钢管开大洞后补强法，在梁端范围内有相当长度的型钢，使得梁刚度急剧变化）。

（3）在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后，钢管在节点区是连续的，节点的刚性不受影响，满足“强节点弱构件”的要求。

（4）现场施工较方便，即使圆弧梁钢筋也可顺利穿过。

（5）节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多，造价较低。为进行钢管开小孔后分析研究，1996年中国钢结构协会钢-混凝土组合结构协会做了1：5模型的四组共九个试件模型试验，并通过多个工程实践证实该方法的可靠性和可行性。

四、剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析

1.对于框架-核心筒结构，部分框架梁要支撑在剪力墙平面外方向，剪力墙平面外对梁端嵌固作用空间如何，其研究文献较少，设计标准和规范也没有涉及。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度、墙线风度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙平面外刚度分析功能，但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度，当遇到墙肢很长或筒子体墙肢空间风度很大情况时，计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，使得梁端负弯矩计算值要大于实际值，本工程应对措施如下：

2.采用梁端增加水平腋方法，用以直接增加墙平面外对梁端嵌固作用有效长度。

3.采用增加墙边框梁方法，用以增加平面外对梁端嵌固的局部刚度。墙边框梁截面宽度应不小于0.4倍梁纵筋锚固长度，墙边框架梁截面高度应大于楼面截面高度，为保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙上，墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡。

为保证梁正截面设计更加条例实际受力情况，梁端计算弯矩可以采用“调幅再调幅”方法，即分析计算时设定梁端负弯矩调幅系数后，配筋时再局部手算调幅。“调幅再调幅”时，应考虑构件的刚度、内力重分布的充分性、裂缝的开展及变形满足使用要求。

五、核心筒外墙的连梁设计

核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋是非常普遍的情况，《高规》对连梁超筋有专门的处理措施，而且研究文献也不少，但计算模型的选取也是重要因素之一。

《高规》规定，跨高比小于5时按连梁考虑，即连梁属于深弯梁和深梁的范畴，其正截面承载力计算时，已不能按杆系考虑，也就是已不符合平截假定，但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算，其计算偏差当然是很大了。

按“强墙弱梁”和“强剪弱弯”原则进行连梁设计时，虽然《高规》对连梁设计有具体要求，但这个“弱”要到什么程度，还是取决于设计者的理解和经验。

本工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计，除连梁均配置了交叉暗撑外，对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求。

参考文献：

[1] 高层建筑混凝土结构技术规范JGJ3-2010.北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2] 高层建筑结构设计建议.上海科学技术出版社，2003.

[3] 建筑地基基础设计规范GB50007-2011.北京：中国建筑工业出版社，2011.

篇10

关键词：玻璃幕墙；建筑；设计

Abstract：In this paper, it will simply introduce the glass curtain wall structure and character, put forward to the design principle, combine with the construction example, and analyze the curtain wall application in the construction design for references.

Key Words: glass curtain wall; construction; design

中图分类号： TU2文献标识码：A文章编号：

玻璃幕墙将建筑物护的防风、遮雨、采光、隔热保温等使用功能与建筑外墙装饰相结合，形成融建筑技术、建筑艺术为一体的建筑护结构，已在我国高层和超高层建筑中广泛应用。但幕墙结构的设计不像传统结构专业那样，有很多成熟的资料可参考学习，所以难免会出现这样或那样的疏漏。因此，控制其设计质量就成为广大幕墙建设和设计单位共同关注的问题。

一、玻璃幕墙概述

（1）玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑护结构或装饰结构。

玻璃幕墙主要部分由饰面玻璃和固定玻璃的骨架组成。有将玻璃与骨架连接，玻璃能成幕墙。骨架支撑玻璃并固定玻璃，然后通过连接件与主体结构相连，将玻璃的自重及墙体所受的荷载及其他荷载传递给主体结构，使之与主体结构融为一体。

(2)玻璃幕墙的结构形式较多，常用结构如下图所示：

（3）玻璃幕墙的优点有：可吸收红外线；减少进入室内的太阳辐射；降低室内温度；轻巧美观；不易污染；节约能源；在光线的反射下，室内不受强光照射，视觉柔和等。

另外，在现代化高层建筑的玻璃幕墙中，还采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合，隔层充入干燥空气的中空玻璃。中空玻璃是一种良好的隔热、隔音、防结霜、防潮、抗风压强度大、美观适用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料，它是用两片(或三片)玻璃，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制作成的高效能隔音隔热玻璃。据实验检测，在冬天，当室外温度为一10℃时，室内单层玻璃窗前的温度为一2℃，而中空玻璃窗前的温度是13℃；而在夏天，双层中空玻璃可以挡住90％的太阳辐射热；虽然阳光依然可以透过玻璃幕墙，但晒在身上不会感到炎热。因此，使用中空玻璃幕墙的房间可以做到冬暖夏凉，极大地改善了生活环境。

二、幕墙的结构设计原则

（1）幕墙的主要构件应悬挂或支承在主体结构上，幕墙应按围护结构设计，不承受主体结构的荷载和地震作用。

（2）幕墙及其连接件应有足够的承载力，刚度和相对于主体结构的位移能力，避免在荷载、地震和温度的作用下产生过大的变形及破坏。

（3）非抗震设计的幕墙，在风力作用下，其玻璃不应破碎，且连接件应有足够的位移能力使幕墙不破损，不脱落。

（4）抗震设计的幕墙，在常遇地震作用下玻璃不应破损，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。

（5）幕墙构件设计时，应考虑在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下的完全性。

三、玻璃幕墙的建筑设计

（一）选用合适的玻璃幕墙型式

采用玻璃幕墙的建筑，外观的效果非常重要。玻璃幕墙的选型是建筑设计的重要内容，设计者不仅要考虑立面的新颖、美观，而且要考虑建筑的使用功能、造价、环境、能耗、施工条件等诸多因素。如果仅从围护功能来说，不同类型的幕墙形式都是一样的，但要表达建筑师所追求的建筑手法、建筑风格来讲，不同形式的玻璃幕墙在外观上的效果相差非常大，往往不只是线条上的差别，更重要的是质感、体量感的差别。对于外立面的幕墙效果来说基本上有三种。一种是追求坚向线条，主要体现建筑挺拔向上的，第二种是追求横向线条，主要体现建筑宽广、水平延伸的建筑思路，第三种是追求空间轮廓线条，主要体现建筑异形、多维空间变换思路。

（二）选用合适的玻璃幕墙材料

幕墙材料选择是幕墙工程中极为重要的一环。它不仅决定整个工程的总造价，而且关系到整个工程的档次、使用寿命、外观效果。合理地使用材料至关重要，好的材料堆砌在一起并不一定能产生好的效果，只有巧妙地、合理地发挥各种材料的特性，才能产生极佳地效益。

（三）幕墙的换气和通风

过去在幕墙建筑设计中，强调以人工换气、通风为主，不主张开启或尽量少设开启扇，以降低能牦，防止启扇破损，也使立面较为美观，因此CJ102-96规定开启扇面积不大于幕墙面积的15％。2003年SARS之后，许多幕墙界人士进行了反思，形成了加强幕墙通风、换气的共识，甚至许多业主要求将部分固定玻璃更改为开启扇。所以在JCJ102―2003新修订版本中，取消了开启扇面积不大于15％的规定。采用双层通风幕墙时，室内可以从热通道取得新风，外幕墙有进风口进风，可不必设开启扇，从而在保证自然通风的同时，使幕墙保持美观和安全。

（四）防火防烟设计

(1)防火玻璃在幕墙中的应用

幕墙采用的防火玻璃应为单片防火玻璃及其制品。防火玻璃可以在下列情况时采用：防火墙两侧的玻璃面板；楼层间水平隔烟层；楼层结构高度小于800mm，未设实体窗下墙时，楼板上的面板；楼层中的透明防火隔断。支承防火玻璃的金属骨架应采用钢结构，不宜采用铝型材。

(2)双层通风幕墙的防火问题

双层通风幕墙通过热通道中的气流调节热通道的温度，减少室内温度与外界的温差，达到节能的要求。但目前国内消防规范要求层间设置封闭隔烟层。为避免本层排风口排出的空气又被上层进风口吸入。形成气流短路，可以在满足防火隔烟要求的前提下，采用下列通风方式之一：加大排风口与上层进风口的竖向距离；采用本跨进风后，在邻跨排风的S形通风路线方式。当外幕墙采用透明玻璃、要求高度通透明，层间隔烟层可采用单片铯钾防火玻璃。高度很大的内天井、内庭，为防止火灾和烟雾在层间扩散蔓延，在天井周边可采用单层铯钾防火玻璃围成井筒，并采用型钢骨架。

四、实例分析

（一）工程概况

某工程为高校图书馆，工程建筑面积为365220m2，檐高为48．2m，为9层框架结构，整体建筑为圆弧型。南、北主立面采用铝方管装饰线条。基于U型玻璃在透光、隔热、保温、隔音方面性能良好。其机械强度较高，施工简便，有着独特的建筑与装饰效果，并能节约大量金属材料。本工程东、西立面及一层部分墙体采用U型玻璃幕墙结构，幕墙颜色为淡绿色，墙体为银灰氟碳漆，色彩新颖柔和，整体造型典雅流畅。

（二）玻璃幕墙节点设计

该工程的U型玻璃幕墙采用双排安装方式，翼在接缝处成对排列，U型玻璃垂直安装。外层U型玻璃承担一半风荷载和全部风量。U玻型号为SQ4型，其底面宽为260mm，翼高为60mm，厚度为7mm，重量为24．61kg／m2。最大设计长度为7m。当U型玻璃高度超过4．5m时应核算墙身的稳定性，采取相应的措施，满足下框料随着结构的变形绝对值≤15mm，否则考虑中间增加固定措施。由于本工程幕墙总高度大于48m，因此在每分层处增加一道钢梁以支撑U玻幕墙荷载。U型玻璃单片长度根据现场放样，定制长度为4．2m，U型幕墙上安装固定窗与开启窗，固定窗与开启窗采用Low―E双层中空玻璃，在U型幕墙中安装窗，其横框和竖框都不能有接槎，应一通到底，开启窗要带两层密封条，具体节点见图1、图2、图3。

图1U型玻璃与开启窗立面

图2U型幕墙固定窗节点

图3U型玻璃节点

各独立U玻构件应支撑在具有均匀弹性的衬垫上；玻璃与邻近的金属、混凝土结构之间不能有硬性接触。U玻上端与邻近的上部结构之间的空气缝隙约为25mm，该缝隙主要应付温度变形、蠕变变形及收缩。U玻的底端与框的接触部位应能适应由于温度的变化而引起的玻璃长度的伸缩。为避免长期受雨水冲刷对边框，尤其是下框的影响。框的下部应装成能把雨水向外排出的形式。玻璃与框的接缝处不能透水、不能透气，在玻璃与型材的接缝处装上用作胀缝的材料或型件，将接缝盖严。

结束语

随着材料的不断创新和技术的不断发展，玻璃幕墙在结构和外观上都将更加灵活和具有创意，是现代主义建筑的主要特征，也是现代化都市的标志，更是城市经济、技术发展水平的代表。因此，设计时我们不仅要考虑建筑本身的特点，同时涉及了幕墙的设计、材料的选用、制作安装的全过程，创造出更多协调、美观，并富有中国建筑特点的现代化建筑。

参考文献：

[1]甘尚琼.玻璃幕墙设计技术关键要点[J].中外建筑，2011（2）.

[2]黎婉齐.玻璃幕墙设计之外观设计[J].建材与装饰：上旬，2011(10).