土木工程毕业论文

0对建筑抗震设计概念的认识1目录前言……………………………………………………………………31、建筑抗震设计思想……………………………………………………42、建筑地震灾害及启示…………………………………………………62.1房屋建筑地震破坏的直接原因…………………………………62.2历次地震房屋建筑震害概况…………………………………62.3房屋建筑地震震害经验与启示………………………………172.3.1场地地基方面………………………………………172.3.2房屋体形方面………………………………………182.3.3结构体系方面………………………………………182.3.4刚度分布方面………………………………………192.3.5构件形式方面………………………………………192.3.6非结构方面…………………………………………203、工程场址的合理选择…………………………………………………213.1选择有利地段…………………………………………………213.2避开危险地段…………………………………………………213.3慎重对待不利地段……………………………………………214、建筑和结构布置原则…………………………………………………234.1建筑不规则布置与震害………………………………………2324.1.1平面形状……………………………………………234.1.2竖向体型……………………………………………244.1.3房屋高度与高宽比…………………………………244.1.4毗领建筑……………………………………………244.2结构不合理布置与震害………………………………………255、抗震结构体系的优化配置……………………………………………275.1多道抗震防线…………………………………………………275.2足够的侧向刚度………………………………………………275.3足够的冗余度…………………………………………………285.4良好的结构屈服机制…………………………………………285.5构件设计准则…………………………………………………296、妥善处理非结构构件…………………………………………………31结束语…………………………………………………………………33参考文献…………………………………………………………………343前言当一位结构工程师面临一项工程结构的抗震设计任务时，首先要把握的基本原则是什么呢？结构抗震设计与结构抗御其它荷载的设计有什么区别，这是我们关心的问题，是结构抗震设计的重要问题，也是我们必须要搞清楚的最基本问题。一些结构工程师对抗震设计概念模糊。关键词：抗震概念设计41、建筑抗震设计思想众所周知，当我们设计一般的结构时，往往要求结构在规定荷载作用下处于或基本处于弹性工作阶段，结构设计要有足够的强度，保证安全，又要有足够的刚度，保证结构的变形在使用证可范围之内。例如，我们设计楼板或大梁时，在竖向恒载及活载作用下，除了必须满足强度要求外，其挠度变形也必须控制在许可范围之内，从而使之在使用功能上和外观上均能满足要求。又如，在设计高耸结构时，设计者将会考虑在大风作用下结构依然保持弹性状态。总之，结构抗御一般的荷载作用时，设计得必须遵循的基本原则是使结构在预期荷载作用下保持在或基本保持在弹性工作状态，结构内力的分析与设计一般采用弹性分析方法。在实际工作中，按照这样原则设计出来的结构，如果没有遇到特别的情况，在预期的荷载作用下，极少出现严重破坏、过度变形等不正常状态。而地震作用则不同，由于地震本身的随机性很强，在某一地区，在某一基准期内，可能出现的最大地震动是一个随机变量，事先无法预知。相对于上述荷载，地震动的影响次数少，作用时间短，各次地震的强度差异很大。若要求在各种强度地震动下，结构仍然保持弹性状态是很不经济的，甚至是不可能的。因此，结构的抗震设计与结构抗御其它荷载作用的设计是不同的，对于结构工程师而言，在进行工5程抗震设计时，必须要清楚地震作用有别于其他荷载的特殊情况，进而准确理解与把握符合这一特殊情况的结构设计基本原则，即结构抗震设计思想。62、建筑地震灾害及启示2．1房屋建筑地震破坏的直接原因根据以往地震经验概括起来，地震期间导致建筑破坏的直接原因，可分为以下三种情况：（1）地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形，对其上部建筑物的有直接危害。（2）地震引起的砂土液化，软土震陷等地基失效，对上面建筑物所造成的破坏。（3）建筑物在地面运动激发下产生剧烈震动过程中，因结构强度不足，过大变形，连接破坏，构件失稳或整体倾覆而破坏。2.2历次地震房屋建筑震害概况房屋建筑的破坏状况和破坏程度，一方面取决于地震动的特性，另一主面还取决于结构自身的力学特性。地震动特性受着发震机制、震源深度、震级、震中距、地形、场地等多种条件的影响；结构力学特性又受着建筑的平面布置、体形、结构材料、抗侧力体系、刚度分布等多种因素的制约。所以，每一次地震，不同类型建筑的破坏程度7都存在着较大的差异，建筑的破坏状况也各具特点。这些不同地震经验的逐步积累，将有助于加深对房屋建筑地震作用和破坏机理的全面认识。以下将简要介绍自1906年美国旧金山地震以来较有代表性的一些大地震中，房屋建筑的震害情况和经验教训，以使从中吸取正反两方面经验，改进我们的设计与施工。（1）美国1906年4月18日旧金山地震，8.3级，震中烈度10度。当时还没有钢筋混凝土建，这次地震突出的经验教训是因房屋倒塌，引起了火灾，自来水管道破坏，消防系统失灵，从此在地震区开始推广钢筋混凝土结构。（2）1957年10月28日，在墨西哥城的南部发生7.6级地震。地震时，该市55栋8层上的建筑中，11座钢筋混凝土框架遭到破坏。其特点是5层以上的建筑震害比较大，未与骨架紧密联系的填充墙、隔墙明显裂缝。而钢筋混凝土框架裂缝与相邻建筑物的碰撞有很大关系。可以看到按现代抗震概念设计建造的高层建筑震害比较小，这有力地证实了建筑物抗震设计的重要性。在基础构造方面，作为打到坚硬地基上的钢筋混凝土桩，顶部面有拉梁连接时几乎没有破坏，而其他木桩基础和混凝土基础等的建筑物破坏较大。（3）1960年5月2日，智利发生大地震，这次地震的经验教育是：①钢筋混凝土剪力墙的抗震性能经受了考验，说明只要设计和施8工，就能有效地抵抗地震力。②人形和T形平面的建筑物，会发生扭转造成破坏。③局部应力集中，全导致破坏。④不同类型的场地土对上部结构有不同的反应，因此对高层建筑应充分考虑下部土的卓越周期问题。（4）1963年南斯拉夫斯科普里市发生地震，震级6级，震中烈度8-9度，震源深度5-10km，震中区范围30km2。这次地震震级虽不高，但破坏却较重。地震是冲击性的，持续时间极短，但最大加速度达0.3g。据说有三次震动，二次水平，一次垂直。在强烈震动之后，连续发生多次余震。此次地震证明，纯框架结构，当底层砌有作为围护结构的砖实心墙时震害较轻；底层完全敞开的震害较重，框架柱上下两端发生转动，造成混凝土压碎和柱子的永久性倾斜。框架—剪刀墙结构普遍破坏较轻，只是在剪刀墙中由于配筋不足，施工质量不佳和材料强度不够而出现了裂缝。该市地震表明：首先是设计底层为柔性房屋时必须采取慎重措施，以保证整个房屋的安全，否则造成的倾斜或破坏将是很难修复的，其次是要注意设计足够宽度的防震缝，以避免相邻建筑的互相碰撞。（5）1968年日本十胜冲地震，震害调查分析此次地震造成建筑物损害的主要原因有：9①柱子抗剪强度和韧性不足，经受不了地震时地震反复循环的变形。②角柱的损坏，说明对角柱的设计应注意两个方向地震力。（包括轴力）的应力组合，特别是上层有抗震墙的下层柱，更应重视。③由于填充墙，楼梯间等刚度较大的部分布置不均匀，或构件内力的偏心，地震时，常常发生扭转损坏。④梁柱节点连接处损坏。⑤伸缩缝碰撞破坏。⑥楼梯间倒塌。⑦施工质量混凝土灌注和配筋不适应，不符合设计要求而造成破坏。⑧地基不均匀沉陷。（6）1972年12月23日尼加拉瓜马那瓜地震，是一个中等强度的地震，仅6.5级，但是它的破坏是空前的，70%以上的房屋倒塌。。这次地震得到的经验是：①设计时应使建筑物的刚度不要偏心。因为刚复核心将导致结构构件的预期（原设计）内力发生改为。进而导致部分构件及整个结构的破坏。②当建筑物两个方向强度不一致时，必须在薄弱方向上争取足够措施以消耗地震能量。10③抗弯框架的设计要求，应引申到对框架所有构件提出相应的要求。④三角形拱支撑或填充墙采用了砖墙时，柱子的受荷形式将发生改变，因此，在设计中必须予以充分考虑。⑤结构消耗地震能量的能力和结构的动力性能，直接决定着建筑物的抗震安生性。⑥工艺厂房中，采用轻质，高强和具有较好延伸性的结构，能使震害大大减轻。⑦壳体结构应加强边缘构件的抗侧力强度和刚度。（7）1976年7月28日凌晨，中国唐山发生7.8地震，震源深度12-16km，震中烈度11度。这次地震发生在人口稠密、工矿企业集中的城市，发震时间正值人们沉睡的时候，加之震前唐山属于不设防的6度区，绝大多数建筑物没有进行抗震设防，因而，地震造成的损失和破坏极其严重。位于震中的唐山市路南区建筑荡然无存，成了一片废墟，路北区绝大多数建筑塌毁，仅少数幸存，受波及的天津、北京也有大量建筑受到不同程度的破坏。唐山地震中砖混房屋破坏严重，在10、11度区，90%以上的砖混房屋倒塌或严重破坏，一些建筑群或临待建筑成片倒塌，未倒的破坏也相当严重，不能继续使用。多数钢筋混凝土框架结构房屋未进行抗震设防，地震中，这类房屋的楼板与次梁震害较轻，框架柱、主梁和11砖填充墙震害较重，尤以柱端和梁柱节点震害最为严重。这次地震的经验教训是：①重视地基基础的抗震措施，地震时，由于砂土液化，喷砂，冒水，地基局部不均匀下沉，地裂缝通过房屋地基等，都可能产生上部结构倒塌，错动或严重开裂等灾害。②房屋、平、立面布置应简单合理，震害调查分析表明建筑体型复杂，平、立面布置不合理，将建筑局部震害加重，甚至倒塌。③多层砖房设置圈梁，加强内外墙的拉结，是保证房屋整体性的有效措施之一。④房屋的转角部位受力复杂，在8度及8度以上裂度区转角区处墙体就会出现不同程度的破坏，轻者裂缝重者局部倒塌。⑤结构变形伸缩缝或沉降缝来按抗震缝要求设置或抗震缝宽度不足，地震时缝两侧建筑物相应碰撞而破坏。⑥屋顶局部突出部位，特别是体型细长的搭楼，地震时由于鞭梢效立破坏严重。⑦基本裂度6度区，要考虑抗震设防。⑧建筑抗震设计目标要考虑建筑物在罕遇的强烈地震作用时，不至于倒塌伤人。（8）1994年1月17日，美国北岭地震，此次地震造成震中30公里范围内高速公路，高层建筑或毁坏或倒塌，煤气、自来水管爆裂，12电信中断，火灾四起，虽然死亡人数只有57人，但财产损失高达200多亿美元，这一现象引起了地震工程界对单一设防目标的反思与探索。（9）1995年1月17日，日本兵库县南部发生了7.2级城市直下型地震，震源深度17km，震前，人们普遍认为日本在预防和抗御自然灾害方面处于世界各国前面，然而阪神大地震的破坏（5438人死亡，直接经济损失约1000亿美元）引起了日本全国上下和世界的震动，这次震害向现有抗震设计理论和方法提出了新的挑战。提出了软土地基的抗震，竖向地震功影响以及抗震验算模型等一系列约有待研究的课题。（10）1999年9月21日台湾等地震，这次地震建筑震害的主要原因和经验教训有：①实际地震强度大于设计地震地面运动。②要特别重视建筑场址的选择。集集地震中由于场地原因导致了大量建筑物破坏，先是断层效应，其次是地基液化。第三是盆地效应。③要特别重视抗震，概念设计，集集地震中倒塌破坏的建筑中，有相当一部分是由于抗震概念设计存在明显缺陷造成的。比如建筑结构体系不合理，平立面不规则，竖向刚度，强度不均匀，结构整体冗余度不足等。④施工质量及日常使用管理时建筑性能的影响不可忽略，在震后调查中发现，存在不按图施工或施工质量不满足要求的情况，同时，13还发现在使用过程中有擅自拆墙，破坏梁、柱，改变结构体系，以及违法。违规，进行不当的增层，扩建等情况。（11）2003年5月21日，在阿尔