提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法

近年来,我国部分地区地震现象频繁发生,我国的高层建筑设计在地震频发的现代面临愈加高难度的需求和挑战。地震灾害的发生要求我国高层建筑的设计在抗地震能力及抗倒塌能力方面具备更高设计水准,从而较大程度延长高层建筑的寿命和稳固性,达到极佳的抗震效果,确保居民安全。本文主要围绕提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法展开分析,提出优化设计方法,旨为我国建筑结构设计提供新思路。     

提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想和方法

地震灾害的频发,看到了建筑结构抗地震倒塌能力提升的重要性。文章从建筑结构抗地震倒塌能力的设计视角出发,探析了提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想,希望给予现代建筑结构设计一些意见。     

加强建筑结构抗地震倒塌能力的设计思考与措施

房屋建筑不仅是人们日常生活的重要基础,也是保护人类的一道重要防线。建筑工程结构的抗地震倒塌能力是评价建筑结构质量高低的一个重要指标。近年来,频繁发生的地震灾害,致使加强建筑结构的抗震倒塌能力成为建筑工程建设的一个重要课题。本文对加强建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与措施进行了深入的分析与探讨。     

我国首部《建筑结构抗倒塌设计规范》颁布实施

<正>近年来,房屋建筑在地震、火灾、爆炸等不可预估的非常规荷载和偶然事件作用下的倒塌事故屡有发生,造成严重人员伤亡和财产损失。目前,我国已经建立了比较完整的建筑结构抗地震倒塌设计技术标准体系,有关规范、规程对建筑结构抗连续倒塌设计规定了基本要求。为了进一步提高发生偶然事件时房屋建筑的抗倒塌能力,中国工程建设标准化协会(CECS)批准,由清华大学和中国建筑科学研究院共同负责编制的《建筑结构抗倒塌设计规范》CECS392∶2014将于2015年5月1日起开始实施。本规范以建筑结     

从汶川地震震害谈建筑结构抗连续倒塌设计方法

在5·12汶川特大地震中,许多建筑物发生了连续倒塌。本文结合该次地震造成的建筑物连续倒塌震害,介绍分析了建筑结构连续倒塌的定义、原因以及抗连续倒塌主要设计方法,并对我国抗连续倒塌设计研究提出建议,为我国深入研究和尽快完善建筑结构抗连续倒塌设计提供参考。     

基于一致倒塌风险的建筑抗震评价方法研究

建筑结构的抗震能力、尤其是抗倒塌能力设计目标应根据其所在场地未来一定设计使用年限内可能遭遇的地震危险性来设定。首先介绍了基于动力增量分析（IDA）的结构倒塌易损性分析方法,随后结合地震危险性分析,分别给出了结构抗倒塌能力和结构所面临地震危险性的概率模型,进而根据结构在未来一定设计使用年限内的倒塌概率,对建筑结构的抗地震倒塌风险进行定量评价,并给出了相应的计算方法。以一座7度抗震设防的RC框架结构为例,计算了该RC框架结构在3个同为7度抗震设防而地震危险性不同地区的地震倒塌风险,指出仅以抗震设防烈度作为建筑结构抗震设计的依据所存在的不足,建议应基于一致倒塌风险进行结构抗震设计,并提出了相关结构抗震设计方法需开展的研究工作。     

钢框架抗连续倒塌方法研究

近年来,建筑结构的抗连续倒塌正日益受到重视,所谓抗连续倒塌,即指结构遭遇意外事故(如冲击、爆炸、地震等情况)导致某根构件失效后结构能否继续使用而不发生大范围或者局部倒塌的能力,结构的抗连续倒塌已逐渐成为结构研究的热点。文章从钢框架结构抗连续倒塌这一角度出发,详细探讨如何提高钢框架抗连续倒塌能力,从而为结构设计做出一定的参考和借鉴意义。     

基于局部谱形状指标调整结构抗地震倒塌能力的预测结果

选择合适的地震动记录是结构抗地震倒塌性能评估中很有挑战性的一个课题。如果对每个工程结构都根据其场地特点和结构特点选取一组地震动进行地震抗倒塌能力分析,则选波工作量和难度太大,难以在工程中广泛应用。因此,本文提出了局部反应谱形状指标SSI(spectral shape index),并给出了基于SSI的结构抗地震倒塌能力预测结果的调整方法,即通过一组标准的地震动记录对建筑进行倒塌分析,再将抗倒塌能力的结果根据建筑的目标反应谱进行调整,用调整后的结果来评价该建筑的抗倒塌能力。最后,通过3个典型的多层钢筋混凝土框架结构验证了该方法的可行性。     

群落生土建筑的抗地震倒塌加固措施

目前我国仍存在大量生土建筑房屋,其中不乏以群落形式存在的民居。为了保护居民的生命安全和历史文化遗产,亟需提高该类房屋的抗地震倒塌能力。针对群落生土建筑的特点,本文提出了采用薄壁型钢条带加固生土墙体并采用角钢加固屋盖和独立柱的加固方案,该方案便于施工且节约成本。为验证加固方案的有效性,选取一典型生土建筑,通过数值仿真动力计算方法进行地震倒塌过程分析,对比分析其在加固前后的响应,结果表明,采用本文提出的加固措施能显著提高生土建筑的抗地震倒塌能力。     

提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法

工程结构的抗震能力是社会抗震防灾系统的第一道防线。建筑物的倒塌是造成地震灾害的主要原因。建筑物在地震中的破坏程度,大体决定了震害的严重程度。因此,建筑结构的抗震能力,特别是抗地震倒塌能力,是地震区抗震防灾能力的最重要组成部分。文中运用系统科学的思想,介绍了提高建筑结构整体抗震能力的设计思想,结合汶川地震中建筑震害的教训,重点针对建筑结构抗地震倒塌能力,讨论了建筑结构抗震设计中应注意的问题和改进建议。研究结果表明:建筑结构系统的安全储备分为基本安全储备、整体安全储备与意外安全储备三个层次。结构的整体抗震能力和抗地震倒塌能力取决于整体安全储备和意外安全储备,意外安全储备不足是汶川地震建筑结构震害严重的主要原因。结构系统的意外安全储备主要来自其鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性。目前对于结构系统的整体安全储备和意外安全储备的研究很不够,结构设计规范的相关规定和要求也有待进一步完善。     

三维地震动输入对IDA倒塌易损性分析的影响

地震作用下建筑结构抗倒塌能力是性能化抗震设计的核心目标,基于IDA的倒塌易损性分析能够定量评价结构的抗地震倒塌安全性.本文通过一个8层RC框架结构和一个20层RC框架-核心筒结构的算例,指出仅考虑地震动单一水平分量的IDA分析会高估结构抗地震倒塌安全性;而三维地震动输入下结构可能出现更多的倒塌模式,可更全面地体现整体结...     

单自由度结构体系抗地震倒塌能力研究

首先介绍了结构倒塌分析的单自由度模型。然后,基于结构抗倒塌能力谱,研究了结构周期、结构延性、屈服后刚度和软化段刚度、滞回捏拢、承载力和刚度退化以及P-Δ效应对单自由度结构体系抗地震倒塌能力的影响。最后通过远场、近场有速度脉冲和近场无速度脉冲3组地震动输入下抗地震倒塌能力谱的比较,研究了地震动特性对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:结构的自振周期、延性和P-Δ效应是抗地震倒塌能力的主要影响因素;自振周期为0.4~1.8 s的单自由度结构在近场有速度脉冲的地震动作用下更易发生倒塌破坏,而自振周期为2.6~5.0 s的单自由度结构在远场地震动作用下更易发生倒塌破坏。     

钢筋混凝土框架-核心筒结构在超设防烈度罕遇地震下的抗倒塌能力

高层建筑的主要竖向构件为剪力墙、框架柱、核心筒等,其中框架-核心筒结构是目前大量采用的超高层结构体系。超高层建筑,竖向构件的数量少,结构的冗余度低,关键构件的破坏更容易造成结构的连续倒塌。超高层建筑中集中了大量的人员及财产,一旦发生破坏倒塌,将会造成严重的人员伤亡及财产损失,社会影响巨大。本文以一个框筒结构工程实例,从超设防烈度地震工况来分析其抗连续倒塌能力,结果证明设计合理的筒体结构超高层建筑具有良好的抗倒塌能力。     

翼缘框架柱框架结构抗震性能初探

单跨框架结构教学楼在采光和通风等方面有较好优势,在以往中小学建筑中较多采用。单跨结构体系由于冗余度较低,在罕遇地震作用下极易发生破坏,甚至整体倒塌。文章考虑在纯框架结构的柱侧面增加一定长度和宽度的翼墙,形成翼缘框架柱框架结构,以此来改变结构的破坏机制,提高结构的整体抗倒塌能力。借助有限元分析软件Midas/Building,以某中学教学楼为例,对单跨纯框架结构和翼缘框架柱框架结构进行弹塑性分析,评价两种结构的受力性能、屈服破坏机制和整体抗倒塌能力。结果表明:在罕遇地震作用下,翼缘框架柱框架结构能够实现“强柱弱梁”破坏机制,达到改善结构抗震性能和抗倒塌能力的目的,为该类结构在教学楼建筑中的应用提供借鉴。     

抗地震倒塌能力谱研究

应用基于IDA的倒塌易损性分析方法,定量评估了单自由度结构体系的抗地震倒塌能力,提出了结构抗地震倒塌能力谱的概念。抗地震倒塌能力谱由抗倒塌能力均值谱和离散度谱两部分构成,不仅可用于估计结构在不同超越概率地震作用下的倒塌率,还可根据罕遇地震/特大地震作用下的倒塌率目标,建立基于倒塌率目标的抗震设计方法。由于传统抗震设计的R-μ-T谱未考虑结构的倒塌状态,因此,建议采用R-μ-T谱和抗地震倒塌能力谱分别折减设防地震和罕遇地震/特大地震作用下的弹性地震作用需求,以实现"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设计目标。     

丙类与乙类设防RC框架结构抗地震倒塌能力对比

按照GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》6～8.5度的丙类与乙类设防要求分别设计了10个典型RC框架结构算例,采用基于动力增量时程分析(IDA)地震倒塌易损性分析方法得到了各算例结构在遭遇罕遇地震和特大地震时的倒塌率,据此对不同设防烈度的丙类和乙类RC框架结构的抗地震倒塌能力进行了评价分析。研究指出,结构的抗倒塌能力需根据结构的绝对抗震能力和相对地震动强度来进行评价。分析结果表明,对于6～7.5度抗震设防的结构,因其绝对抗震能力偏低,抗震设防烈度仅由丙类提高到乙类,其在遭遇特大地震时的抗地震倒塌能力仍较差,需采取进一步的措施增强其抗震能力。     

钢筋混凝土框架结构教学建筑抗倒塌性能研究

三柱式(大小跨)单廊教学建筑以其良好的自然通风、采光性能,应用广泛。该类结构侧向刚度小,罕遇地震作用下抗倒塌性能差,应采取可靠工程措施改善其抗倒塌性能。本文结合某些中学教学楼的抗震设计工程实践,简要介绍改善三柱式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下抗倒塌性能的工程措施。在高烈度地震区,采用钢筋混凝土框架——钢支撑结构,或钢筋混凝土框架-抗震墙结构,可改善其抗倒塌性能。由于教学建筑抗倒塌性能的重要性和该类结构的特殊性,在设计的过程中,除了按现行建筑抗震设计规范要求满足结构的承载力和极限能力之外,用基于性能评估的Pushover方法对结构在设防烈度的罕遇地震作用下的性能进行分析和评估,以实现大震不倒的抗震设计目标。     

基于破坏准则的钢筋混凝土结构抗倒塌研究进展

为了进一步研究钢筋混凝土结构抗倒塌性能,全面总结了各国钢筋混凝土结构抗倒塌性能试验研究与理论分析的现状,重点介绍了抗震结构破坏准则在建筑结构抗地震倒塌研究中的应用情况;在归纳总结的基础上,指出了基于破坏准则的钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌研究存在的问题,建议应在构件破坏准则的基础上确定钢筋混凝土框架结构的倒塌准则和损伤评估指标。研究成果为钢筋混凝土结构抗地震倒塌的定量设计及计算分析提供了理论依据。     

多层钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌研究进展

多层钢筋混凝土(RC)框架结构占我国建筑总量的30%以上.传统意义上普遍认为其具有较好的抗震性能,但近年来发生的破坏性地震中,极震区RC框架结构大量倒塌,其倒塌率甚至超过了砖混结构,造成了大量人员伤亡和财产损失.这说明RC框架结构在大震作用下抗倒塌冗余度不足.针对多层RC框架结构的地震倒塌破坏问题,国内外学者进行了诸多研究.从结构地震倒塌机理和抗地震倒塌措施两方面对多层RC框架结构抗地震倒塌问题的研究现状进行了综述和讨论.     

基于增量动力分析方法的空间掉层框架结构的抗地震倒塌能力研究

参照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》设计了7度(0. 10g)区非掉层框架以及掉层框架原型结构,并采用PERFORM-3D软件对相应的平面和空间模型10个算例进行对比分析。基于增量动力分析方法对非掉层框架和掉层框架结构进行了抗地震倒塌能力研究。按照FEMA 350倒塌判定准则对比了两种模型的倒塌易损性曲线规律,同时考察了各算例的抗倒塌安全储备系数,统计了结构的各层间峰值位移角、倒塌模式及倒塌概率。分析结果表明:1)对于第一种倒塌极限状态,在平面模型中,非掉层框架结构安全储备系数值小于掉层框架结构,而在空间模型中则相反; 2)在第二种倒塌极限状态下,非掉层框架结构的抗地震倒塌能力远远弱于掉层框架结构,而且在此极限状态下结构的抗地震倒塌能力、倒塌概率以及倒塌模式都与地震动的输入方向有关; 3)地震动方向对掉层框架结构的抗地震倒塌能力及相应的安全储备影响较大,双向地震作用下,结构可能出现不同于平面模型和单向地震作用下的新倒塌模式,抗地震倒塌安全储备更小。