建筑结构抗震设计作业论文-从地震破坏形式与机理看结构抗震设计(文库)

建筑结构抗震设计论文

从地震破坏形式与机理看结构抗震设计

XXX

(中南大学土木工程学院土木11级XXX)

摘要

本文以近年来发生的大地震中的常见房屋结构破坏方式作为出发点，通过介绍地震中钢结构和混凝土、砌体结构房屋破坏形态和机理，从细微处着手，以大三年纪课堂所学的最基础专业课知识，浅析各抗震结构设计的破坏原因和优劣，作为文章深入分析的理论准备；而后，以汶川地震中部分学校的破坏情况为例，从身边关系最密切的建筑更进一步说明结构设计对抗震的重要性，力求使读者对结构抗震设计有一个最初步的认识；最后，浅谈作为一名土木建筑工程专业学生对抗震结构设计的感受和理解，达到增强对建筑结构抗震设计认识的目的。

Abstract

This paper the recent earthquake in the common house structural damage as a starting point the way through the steel and concrete, masonry structure failure modes and mechanisms introduced earthquake, the most basic knowledge of specialized courses in junior year old classroom learning, shallow seismic analysis of the various causes of the destruction of the structural design and the merits of the theory as the article ready-depth analysis; then to the earthquake destruction in some schools, for example, from the side of the building closest relationship to further illustrate the importance of seismic design sex, and strive to make the reader has one of the most seismic design preliminary understanding; Finally, Talking as a civil construction engineering students for seismic design of feelings and understanding, to enhance the understanding of the seismic design of building structures purpose.

关键词：抗震结构设计；钢结构；混凝土结构；砌体结构；破坏机理；

一、引言

地震，作为一种极其罕见且破坏力强大的自然灾害，对房屋、桥梁等土木工程危害格外严重，自然成为土木工程技术人员极其重视的设计因素。在地震发生的过程中，地面摇晃促使地面建筑物随之颠簸摇晃，而对于一些高层建筑物来说，当强大的地震波袭来的时候，楼体会自动顺着地震波的方向摇摆，如果这些建筑在设计上达不到标准的抗震要求，就会在剧烈的摇晃中大面积的坍塌，造成更大的人员伤亡以及经济损失。因此，明确不同类型的房屋在地震中的破坏形式和机理，并针对性的在抗震设计中重点关注和加强，对建筑结构抗震能力的提升有着重要的意义，从而在危难关头起到挽救生命、降低损失的作用。

二、房屋破坏形态和机理的归纳、分析

（一）钢结构建筑结构

由于钢结构的构造相对制式化，质量保证率相对较高，故其破坏特征比较明显，根据钢结构房屋在历次地震中的破坏形态，归纳为以下几类：

1.结构倒塌。结构倒塌是地震中高层钢结构房屋破坏最为严重的形式。其中，结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度分布不均匀所形成的结构薄弱层是引发结构坍塌最主要原因，这就要求在设计过程中应该尽量做到结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度的合理分布。

2.节点破坏。节点破坏是高层钢结构房屋在地震中发生最多的一种破坏形式。由于钢结构连接一般采用铆接或者焊接形式连接，如果在节点设计和施工中，结构或者焊缝存在缺陷，节点可能存在受力过于集中，一旦发生地震，很容易出现节点破坏。由地震引发的梁柱节点破坏现象主要表现为铆接以及焊接部位断裂、腹板断裂或者加劲肋变形等。

3.构件破坏。高层建筑钢结构构件破坏的形式主要有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种。支撑的破坏与失稳是指当遇到强度较大的地震时，支撑构件由于承受反复拉压的作用力，一旦作用力超过构件承载临界力时，就会出现破坏或者失稳；对于梁柱局部破坏来说，框架柱主要有翼缘屈服，翼缝撕裂甚至框架柱出现水平裂缝或者断裂。框架梁，主要由翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态。

4.基础锚固破坏。钢构件与基础的锚固破坏主要表现为脚处的地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂等，在地震的作用下这种破坏形式也经常发生。

（二）钢筋混凝土、砌体结构房屋

钢筋混凝土、砌体结构房屋形式多样，故其破话形态也十分多样，根据钢筋混凝土、砌体房屋在历次地震中的破坏形态归纳为以下几类：

1.砖混结构破坏特征：交叉裂缝墙体破坏，墙体水平竖向机制破坏；门窗洞口上下的斜裂缝；整体水平剪断整体水平裂缝，丧失水抵抗力，存在竖向承载力不均匀沉降房屋倾斜。

2.梁柱节点框架破坏特征：（1）填充墙破坏严重；（2）节点破坏严重；

框架结构一般为轻微损伤，主要是填充墙与框架连接的薄弱的材料之间出现

裂缝。二层以上的砌体结构多数达到中等以上的破坏程度，离散性很大，开裂形式多样，：有X形裂缝、竖向裂缝、斜裂缝、预制板间开裂、窗四角（或二角）裂缝、悬挑构件端部墙体破坏。

破坏主要原因：没有设置钢筋混凝土构造柱、圈梁、纵横墙之间没有搭接砌筑、砌体灰缝质量差、承重墙过薄，悬挑构件端部锚固不足、顶层墙过高、墙顶构件无拉结等。

（三）对以上常见房屋建筑结构地震中破坏形式的浅析和总结

从钢筋混凝土、砌体结构和钢结构的破坏机理的对比中可以看出：

1.对于混凝土及砌体结构，由于本身材料的特性，刚度较大，在地震作用中，往往呈现脆性，产生大量裂缝和断裂，最终导致结构变形严重，柱倒梁垮、构件分离而发生垮塌，这是我们不希望看到的破坏形式。

2.对于钢结构，由于本身钢材塑性和韧性强于砖混材料，且节点也可有较大的塑性变形而不断裂，多为弯曲变形或扭转屈曲，真正由于强度不足而发生断裂的情况比较少，整个破坏过程相对可预见，对比之下抗震性能较好。

三、汶川地震中学校砌体建筑结构破坏情况的实例与概况

（一）建设年代较早,未采取抗震构造措施的砌体结构普遍受损严重

由于其未经过抗震设计、未采取有效的抗震构造措施,房屋的整体性较差，即使在遭遇本地区设防烈度的情况下，结构也会因为抗震防线单一，因局部的承载力不足而引起整体结构的严重破坏。例如[3]，德阳市第一幼儿园的教学办公楼，建于1985年,为3层外廊式砌体结构，2005年经改造加固，顶层改为现浇框架结构,主体结构严重受损，承重横墙出现大量X形贯通裂缝，甚至一侧山墙的砖都被压断。

另一个例子[3]是位于德阳市的东电中学，在检查中发现，一栋1981年建成投入使用的5层砖混教学楼,即便2007年经过加固处理,此次地震中也遭受了严重破坏，承重墙体大面积开裂，而它旁边的学生宿舍楼,也是采用的砖混结构，但由于是2005年建成，按照抗震规范进行的抗震设计,在地震中基本未受损坏。

（二）不同抗震设计标准下的砌体结构抗震性能有明显不同

比如位于德阳市的德阳中学初中部综合楼[3]，建于1992年，地震后基本保持完好。位于成都市的成都市第十二中学、第十四中学的多栋教学楼，都建于1990年之后的两三年内，基本上是在设防烈度的地震作用下，受到了轻微到中等的损坏。值得注意的是,在最近几年按2001抗震规范设计建造的结构中,有很多建筑物的受损情况要比按89抗震规范设计的轻得多。

例如位于都江堰市的都江堰安顺小学教学楼[3](建于2008年)、都江堰中学学生公寓(建于2008年)即使经历了高于设防烈度的大震作用，仍能保持结构完好。建于2006年的都江堰市中兴学校的3栋教学楼、4栋学生公寓也仅受到了轻微损坏。

（三）部分为追求艺术效果建筑设计不规则易造成抗震能力下降

有些学校建筑为追求建筑效果,采用一些不规则结构形式，地震作用下造成结构产生扭转效应而引起局部破坏。例如，成都彭州市某中学的女生公寓[3]采用