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1、结构抗震设计的新概念分析结构抗震设计的新概念分析 - 结构理论结构理论摘要：自从新中国建立之后，我们陆陆续续受到大大小小的地震灾害影响不计其数，其中最为巨大的两次地震灾害当属 1976 年的唐山大地震和 2008 年的汶川大地震。在众多的地震自然灾害中，人民的人身财产安全都受到了巨大的威胁，因此不断改进结构抗震设计的观念以及坚持不懈创造建筑结构抗震设计的新概念是一个持久的话题。本文就结构抗震设计的基本理论以及开发的新概念做出一些研究和归纳总结，为今后的结构抗震设计工作铺设道路。关键词：结构抗震；基于性能的抗震设计；可恢复功能结构；新理论地震是由于地壳运动造成底下岩层破裂、塌陷而导致的地面颠簸和
2、摇晃。其中小型地震即不被人们所察觉或者不会对人们的人身财产安全造成较大损伤的地震数不胜数，其中像唐山、汶川之类的大地震自建国以来也发生过几次，这就要求我国的建筑的抗震结构设计要相当过硬，而且要把它作为一个长期重要问题来抓。一、结构抗震设计的新理论基于性能的结构抗震设计1.基于性能的结构抗震设计新理念基本介绍基于性能的结构抗震设计思想首先于 1992 年由美国科学家提出，一经出场就被认为是未来抗震设计的主要发展方向。它主要指的是根据建筑物的具体情况来具体对待，提出不同的抗震设防水准。例如建筑物的重要性不同、用途不同、业主使用者的要求不同、规模和所处地理位置不同，就要各自根据实际情况来提出不同的抗
3、震设防水准，使情况不同的建筑物在未来的抗震工作中达到极好的预期目标。所以，基于性能的抗震设计理念最终目标还是要把地震造成的损失最小化，成为业主及相关部门接受范围内的损失。2.基于性能的结构抗震设计新理念思想理论特点基于性能的抗震设计是一总体设计思想，主要要求建筑结构在其寿命内一定的条件下，所花抗震费用最少，即性价比最高，其理论框架包括地震设防水准、结构抗震性能目标和结构抗震设计方法三方面。基于性能的抗震设计理论特点主要包括：采用多级设防目标、引入投资效益法则、更大自由度三方面。因为地震的大小级数各不相同，所以要对结构抗震设定多级设防目标，针对不同情况下的地震采取不同设防水准，这样能够有效控制建
4、筑物的破坏状态从而实现不同性能水平，而同时又使总体费用降到最小。3.基于性能的结构抗震设计新理念的主要内容目前阶段我国的抗震基本思想是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。因此我国的地震设防就要分为三个水准，分别对应以上三个内容。基于性能的抗震设计为了实现多级设防标准，控制不同建筑物在不同级数地震作用下的毁坏程度，还需要在以上划分的三个大内容下细分设防水平。除了基于烈度，还要很好地了解到地震的移动速度、移动方向、移动位置、持续时间和振动频率，并对以上数据进行更进一步的总结分析和判断，这样才能够真正很好地实现基于性能的抗震设计。过去单纯以人们生命安全为标准的设防理念指导设计的建筑，在实际地震灾害中虽
5、然可以有效防止倒塌造成人员伤亡，但随之而来的间接财产损失却是无法预估到的。为了尽量避免这种情况，基于性能的结构抗震设计新理念就要求不仅保障人民生命的安全，同时还要把地震带来的损失最小化，控制在一个人们可以接受的范围内，所以根据地震烈度来设计相应结构的性能水平就势在必行。于是鉴于目前研究水平，专家学者们就提出以地震位移为基准来划分结构性能水平，这样可以有效反映出建筑物的结构破坏情况和地震的烈度。通常我们为了便于工程设计和性能评估，往往把一些只能主观看到和意识到的场面形成硬性指标，从而来更直观准确地分析数据来总结规律。而在基于性能的结构抗震设计中，我们也需要用合理的结构模型、适当的分析方法来对建筑
6、物进行受力分析，从而找出它对不同水平地震作用的相应反应。目前国内外常用于确定结构性能硬性指标比较成熟的方法有弹性静力或弹性动力分析手段，然后辅助以三维弹塑性分析就能很好地控制结构在不同水平的地震作用下的结构反应性能。二、结构抗震设计的新概念可恢复功能结构1.何为可恢复功能结构上文提到过我国在目前来说基本抗震思想是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，这一思想就要求许多建筑物结构在遭遇超过其承受能力范围的大型地震不应倒塌而造成人员伤亡。但地震具有不确定性，其所产生的余震以及过后给建筑物结构带来的内部结构损害作用不可估量。一旦建筑物的部分结构因受到地震损害造成严重破坏而难以修复，那么整个建筑物都要推到
7、重修，浪费了极多的人力物力财力资源。所以，一种新的建筑结构就在行业的迫切要求下应运而生可恢复功能结构。可恢复功能结构，顾名思义就有可恢复性这一最大的好处，它是地震后不需修复或稍微修复就能再次投入使用的结构，这一优势弥补了很多建筑物结构的不足，是现代我国结构抗震设计发展的新概念，也是未来行业发展的大方向。2.可恢复功能结构的大致种类可恢复功能结构形式大致有三种实现方法：更换结构构件震后迅速投入使用；自复位结构自动回复正常，减少地震影响变形；摇摆墙或摇摆框架减少结构破坏。这三种方式是相辅相成的，并不能独立使用，往往视情况而定综合使用，可以两个或三个方式结合进行设计来达到抗震设计的要求。在很长的一段
8、时期内，技术人员通过对各种震后建筑的观察测试总结发现，一些在地震中结构相对比较摇摆的房屋并没有受到较大的破坏。因此，结构工程界开始研究发现摇摆结构体系能够通过构建摇摆来将地震变形压力集中在摇摆面上。2009 年日本学者Kishiki 和 Wada 就把上述理念运用到木墙中，设计出了可控摇摆的“木墙体系”。这样设计的木墙由带支撑的框架、竖向张拉的预应力钢绞线以及可更换的耗能构件组成，并对其进行抗震试验。试验证明，当输入的地震波峰值加速度达到 166cm/s2 时，木结构出现摇摆振动。与传统木墙相比，摇摆后墙体与固端的破坏，以及结构的变形都明显减少。同时钢线也起到了一定的自复位作用。从另一个角度来
9、说，很多摇摆结构也可视为一种自复位结构，因为一些摇摆框架能够在震后自己恢复到原来的位置，可以说是自复位摇摆墙。其自复位功能可以消除结构的永久性变形，使结构在震后继续投入使用，节约了重建的时间和金钱。无论是摇摆结构还是自复位结构的应用，都不能保证它们能完全消除地震压力或者自我修复，同时也要进行构件的更换，只不过这些构件的更换更加快捷方便，不必劳民伤财地大兴土木进行重建工作。如 21 世纪初，林同炎国际公司设计旧金山至奥克兰海湾大桥东跨时，就曾提出一个新的抗震概念并投入使用，即在悬索桥的并列双塔杆间加入一种可更换的钢塑性链连接构件，这样就能使其在小震中提供一定刚度，中震时保持弹性，大震时进入塑性，
10、以确保塔杆主体在地震时能保持弹性。华盛顿州立大学和雅克布斯工程学校的学者也对这一构件进行研究，发现加上了钢塑性链之后能够有效减小地震位移反应和弯矩反应，同时耗散地震能量，再进一步指出，把钢塑性链放在塔杆中央位置对于减震更为有效。结语：本文介绍现代我国在结构抗震设计中的新理论基于性能的理论和新的形式可恢复功能结构，较为全面地一一进行了分析设计，但是目前行业对这些部分还不是很熟悉，其相关设计和方法也需要进行更进一步的理论分析和实践证明。希望我国的结构抗震设计方式方法早日完善，让人们的人身财产安全得到更有力的保障！参考文献:1地震工程概论，科学出版社，20082李刚，程耿东.基于性能的结构抗震设计.理论.方法与应用.科学出版社，20073马宏旺，吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题J.同济大学学报，20104杨溥，李英明，王亚勇.结构静力弹塑性分析方法的改进J.建筑结构学报，20085龚思礼，建筑抗震设计规范修订中的几个问题， 工程抗震研究报告 ，20086建筑结构抗震设计规范GB50011-2010
