結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)0830

地震與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》抗震設(shè)防烈度6度及以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況——經(jīng)濟(jì)實(shí)力有了較大提高，但仍屬于發(fā)展中國(guó)家水平，提出適當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，即能合理使用建設(shè)投資，又能達(dá)到抗震安全的要求。三個(gè)基本思想：小震不壞，中震可修，大震不倒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中怎么滿足抗震要求？怎樣去計(jì)算地震力？房子的質(zhì)量和房子的剛度剛度200kN/mm？用一個(gè)變形金剛那么大的千斤頂來(lái)頂房子的屋頂，當(dāng)施加到200千牛的推力的時(shí)候，房子的屋頂剛好側(cè)移1毫米影響剛度的因素有哪些？柱子：柱子越粗，柱子越多，就越難推動(dòng)房子，所以剛度也就越大。高度：同樣粗細(xì)、數(shù)量的柱子，一個(gè)房子比較高，相對(duì)高瘦，下盤不穩(wěn)，剛度也就小一些。計(jì)算自震周期房子的有關(guān)地震信息：建造地區(qū)，場(chǎng)地類別假設(shè)房屋建在汶川，場(chǎng)地屬于普通土壤即第III類場(chǎng)地。抗震設(shè)防烈度8度、設(shè)計(jì)地震分組第一組、場(chǎng)地類別第III類。查表！結(jié)構(gòu)工程師的必備技能！我們的最大地震影響系數(shù)最大值是0.16，場(chǎng)地特征周期是0.45秒。根據(jù)我們上面的這些數(shù)值，對(duì)于我們這塊場(chǎng)地，對(duì)于我們這個(gè)小房子，我們就得到了一個(gè)反應(yīng)譜。同樣的房子，不同的場(chǎng)地，反應(yīng)譜也不一樣。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每一個(gè)房子，都有屬于自己的反應(yīng)譜。這個(gè)反應(yīng)譜其實(shí)得出的是一個(gè)地震影響系數(shù)α和周期T之間的關(guān)系，α和T之間的函數(shù)圖象是這樣的：帶入實(shí)際數(shù)據(jù)自振周期是0.243當(dāng)橫坐標(biāo)T=0.243時(shí)，縱坐標(biāo)α=0.16地震影響系數(shù)是0.16地震影響系數(shù)是0.16？我們房子的質(zhì)量是300噸，乘以9.8的重力加速度，相當(dāng)于重力為2942千牛。我們的地震力呢？就等于2942千牛乘以這個(gè)0.16，也就是471千牛。這也就是我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候所需要考慮的地震力，地震來(lái)了，就相當(dāng)于有471千牛的力在推房頂。換言之，我所有的柱子加起來(lái)，要足以抵抗這471千牛的力。否則的話，柱子不夠結(jié)實(shí)，這471千牛的力加上來(lái)，柱子就折斷了，房子也就塌了。如果柱子不夠多呢？不夠結(jié)實(shí)呢？那就得加粗加多了。但是請(qǐng)注意，柱子加粗加多之后，剛度就變了，不再是200千牛每毫米了。有了新的剛度值，以上的過(guò)程就需要從頭再來(lái)一遍，得到一個(gè)新的地震力，再去比較新的設(shè)計(jì)里這些柱子夠不夠結(jié)實(shí)。如果還不行，繼續(xù)修改，繼續(xù)嘗試，直到滿足為止。

我們?cè)賮?lái)看一下剛度的概念，施加200千牛的力，房頂側(cè)移1毫米?，F(xiàn)在我已經(jīng)知道，地震的時(shí)候，相當(dāng)于施加了471千牛的力，成比例放大，471是200的2.354倍，那我現(xiàn)在的位移就是2.354毫米。也就是說(shuō)，近似理解，在地震的時(shí)候，房頂會(huì)被地震來(lái)回晃動(dòng)2.354毫米。

地震下的位移也是一個(gè)很重要的指標(biāo)，如果位移過(guò)大，很可能房子就被晃散架了。對(duì)于一般的框架結(jié)構(gòu)，規(guī)范的限值是550分之一。假設(shè)我們這個(gè)房子的高度是3米，那么550分之一就是5.455毫米。我們的小房子在地震下的位移值是2.354毫米，小于規(guī)范要求的5.455毫米，所以是滿足要求的。如果不滿足要求，還是柱子得加多加粗，以上全部過(guò)程從頭再來(lái)。實(shí)際生活中地震力如何作用到建筑物上？想象這樣一個(gè)場(chǎng)景，你站在原地不動(dòng)，另一個(gè)人用力推你的肩膀，是不是很容易站不穩(wěn)呢？再換一個(gè)場(chǎng)景，你站在公交車上，公交車突然剎車，你是不是也很容易站不穩(wěn)呢？這兩種情況對(duì)你而言，是不是等效的呢？有人推你，你腳在地面上不動(dòng)，肩膀被人向后推，所以站不穩(wěn)。公交車急剎車，腳跟著公交車地面減速，但上半身還維持著之前高速運(yùn)動(dòng)的慣性，所以也站不穩(wěn)，這就是一個(gè)「慣性力」的概念。變形金剛推房子，就類似于別人推你；地震來(lái)了，就類似于把房子放在一個(gè)巨大的公交車上，然后公交車急剎車。實(shí)際上，并沒(méi)有「力」直接作用到到房子上，而是房子的基礎(chǔ)隨著地面運(yùn)動(dòng)，而上半部分還保持靜止，由于慣性就產(chǎn)生了「作用力」?？拐鹪O(shè)計(jì)中，幾個(gè)參數(shù)間的相互關(guān)系：剛度與質(zhì)量→結(jié)構(gòu)的自振周期結(jié)構(gòu)的自振周期→地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)+自重→地震力地震力+剛度→位移自振周期直接決定了房子地震作用的大小自振周期跟高度和層數(shù)成正比低房子≈低周期高房子≈高周期地震的震動(dòng)周期是不可控的低周期地震-1995年日本阪神地震高周期地震-1985年墨西哥城大地震低周期地震-1995年日本阪神地震阪神地震震害主要集中在低周期段，所以三層房子的震害要比二十層的嚴(yán)重。實(shí)際的震害也證明了這一點(diǎn)，多層建筑破壞嚴(yán)重，而高層的破壞相對(duì)較輕。有句話說(shuō)「超高層建筑反而是地震中最安全的地方」，也是這個(gè)意思。周期非常大的超高層建筑，地震力與自身重力的比值會(huì)非常小。高周期地震-1985年墨西哥城大地震像1985年墨西哥城大地震就屬于這種比較少見(jiàn)的類型，震害偏向高周期段。所有的低層建筑幾乎毫發(fā)未損，而高層建筑的震害非常嚴(yán)重，多座鋼結(jié)構(gòu)高層建筑發(fā)生整體垮塌。震后的景象令人乍舌，小磚房、破瓦房都好好的，鋼結(jié)構(gòu)的高層反而倒了。注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高抗震能力合理規(guī)劃，正確選址建筑結(jié)構(gòu)的方案布置要合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵從“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的原則注重圈梁、構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)改進(jìn)加強(qiáng)樓梯間的設(shè)計(jì)基本概念1基礎(chǔ)選型2溶洞處理3什么是基礎(chǔ)？壓強(qiáng)=力/接觸面積體重過(guò)大腿不夠粗為何會(huì)陷入雪里？什么是基礎(chǔ)？增大接觸面積什么是基礎(chǔ)？增大每根柱子與地面之間的接觸面積，壓強(qiáng)顯著減小，房子能夠穩(wěn)固的站在地面上不會(huì)陷落?；A(chǔ)的尺寸怎么設(shè)計(jì)？①計(jì)算它的體積和密度，加上裝飾裝修的重量，得到總重量?；A(chǔ)的尺寸怎么設(shè)計(jì)？①總重量②確定土能承受的最大壓強(qiáng)。通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)知道地面的最大承載力基礎(chǔ)的尺寸怎么設(shè)計(jì)？①總重量②最大承載力③面積=重力/壓強(qiáng)注：若基礎(chǔ)厚度太薄，很容易就會(huì)被柱子戳破增加房屋的高度？增加兩層房屋高度可選擇增大基礎(chǔ)面積增加房屋的高度？繼續(xù)增加房屋高度繼續(xù)增大基礎(chǔ)面積？不經(jīng)濟(jì)!選做條形基礎(chǔ)增加房屋的高度？繼續(xù)增加房屋高度另一個(gè)方向增加條形基礎(chǔ)組成一個(gè)網(wǎng)格狀的基礎(chǔ)地面增加房屋的高度？更高的房屋整個(gè)房屋的底面積都做成基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)or滿堂基礎(chǔ)基礎(chǔ)面積所可能的最大值想要修建更高的高層建筑讓土變強(qiáng)挖地下室打樁010203想要修建更高的高層建筑讓土變強(qiáng)改造土體，增加土的最大承載力方法有：1、往土里注射水泥2、用硬土替換軟土3、夯實(shí)4、5、。。。。。想要修建更高的高層建筑挖地下室房屋高度=10層底面積=25×40每平米自重=1.3t挖坑深度=10米底面積=25×40米每立方米土重=1.8t想要修建更高的高層建筑挖地下室房屋重量<土體重量補(bǔ)償基礎(chǔ)：用挖出來(lái)的土體重量抵消了建筑的全部或者部分重量想要修建更高的高層建筑挖地下室優(yōu)點(diǎn)：地下室可用做車庫(kù)、機(jī)房、儲(chǔ)藏室、水泵房等等，可謂一舉多得好處多多。缺點(diǎn)：費(fèi)錢想要修建更高的高層建筑打樁土太軟or樓太高?打樁樁基礎(chǔ)端承樁摩擦樁想要修建更高的高層建筑打樁：端承樁端部承受力想要修建更高的高層建筑打樁：端承樁樁穿過(guò)軟弱的土層，直接落到底部的穩(wěn)定持力層上，再到樁頂上做基礎(chǔ)，比如做一塊大筏板將樁基礎(chǔ)相連。房子的重量由基礎(chǔ)底板傳遞給樁，再由樁傳遞給底部持力層。想要修建更高的高層建筑打樁：摩擦樁以摩擦力提供支撐，類似于釘子釘入墻里，難以拔出想要修建更高的高層建筑打樁實(shí)際工程里，可能并不是完全的端承樁或者摩擦樁，可能兩者兼有之。極限：迪拜塔更長(zhǎng)更粗更結(jié)實(shí)樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)選型天然地基基礎(chǔ)（淺基礎(chǔ)）：柱下獨(dú)立基礎(chǔ)及條型基礎(chǔ)、墻下條型基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)（深基礎(chǔ)）：預(yù)制樁（鋼筋砼方形樁、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁、鋼樁）灌注樁（沉管樁、鉆沖孔