ope体育就只做定性的分析吧。木材属于柔性材料,弹性模量一般是混凝土的三分之一左右,甚至更低,即:相同截面的话,刚度更低,因此自振周期更长,相对于相同高度的砼房屋或者砌体房屋其地震影响系数更小,另外木结构的房屋的质量相对而言更小,因此木结构的水平地震作用更小。另外,不考虑抗震木结构的房屋不超过3层,考虑抗震的线层。因此,准确的说,相同高度房屋,做了各种加强房屋整体性构造措施的木结构相对砌体或者砼房屋抗震性能是较好的,但是这不是绝对的,因为做了构造柱以及圈梁等加强整体性的砌体房屋的抗震也肯定会达到抗震目标的。另外木结构这点抗震性能优势并不足以抵消木结构取材困难,造价高的缺点,所以目前中国大部分的建筑房屋均为砌体或者混凝土结构。其实,在抗震性能方面,钢结构的优势是更大的。
关于抗震,我觉得我们邻国--日本的抗震设计很有参考价值。如果我们做木结构建筑,抗震是附送的福利的话,那么日本就是,做抗震结构,顺带送木结构。
抛开成本,周期而言,三种结构都能做出非常抗震的建筑ope体育,如果在成本,周期加以限制,木结构建筑的优势就有体现了。
地震能源,与建筑物的重量成比例地很大地工作。也就是说,越是沉重的建筑物,由于地震而摇晃的越大。建筑物自身的重量,是钢筋混凝土>钢结构>木结构的顺序。
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简单的说,就是利用木材本身的变形特性,和结构连接点来吸收一部分地震能量,最后形成多摇晃缺不倒塌的效果。在这方面ope体育,日式木机构有不同的理解,后续有兴趣在展开
上一点说了木结构的结构小优势,但在极限条件下,这一点是不够的,所以现代木结构在抗震方面又加入新的做法。传统的是这样
例如,内部没有间隔的长方形住宅,如果外围全部采用了抗震墙,那么建筑物的刚心就是连接了长方形对角线个简单布局为例>
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简单的说,2楼的重量在一楼好好地支撑的话,耐震性就会上升。实际上关于熊本地震时倒塌的住宅,这个直下率低是原因之一。具体来说,1楼没有墙壁,有宽敞的客厅等ope体育。虽然是很有开放感的人气的房间布局,但是1楼没有墙壁的线楼的部分就很少了。如果不是极限条件,这个也不用过于考虑
2) 认为国外抗震设计,尤其美国抗震设计是“先进的中震弹塑性设计”是不正确的,基于美国建筑抗震规范的设计既非“中震”ope体育、也非“弹塑性”,更谈不上本质性的“先进”;
3) 在适应计算能力和计算方法迅速发展方面,中、美、欧、日等国建筑抗震标准规范均明显不足,可进步空间巨大。
本期文章我们回顾一下抗震设计理论的发展史,再审视一下抗震设计方法面临的进步机遇与挑战。
《工业与民用建筑抗震设计规范》 TJ 11-74、78直接进行基本烈度地震(中震)单一水准设计;水平地震作用计算采用底部剪力法简化方法,结构强度验算通过手工计算即可完成;规范主要内容为抗震构造措施的规定;无结构变形验算要求,无罕遇地震规定和弹塑性分析内容。
《建筑抗震设计规范》 GBJ 11-89首次提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准设防要求,给出了小震内力、变形与大震变形两阶段设计方法;水平地震作用计算除保留底部剪力法简化方法外,提出了可采用振型分解反应谱法和时程分析法;罕遇地震变形验算采用等效弹性简化计算方法。
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001提出了复杂结构多遇地震内力与变形分析应采用不少于两个不同的力学模型;罕遇地震变形验算除保留等效弹性简化计算方法外,增加了静力弹塑性分析与弹塑性时程分析方法;增加了隔震和消能减震设计相关内容。
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2010新增了抗震性能化设计方法。
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2010(2016年版)主要适应了《中国地震动参数区划图》 GB 18306-2015所做的调整。
1)74、78抗震规范采用“一水准设防、一阶段设计”基本原则,给出的抗震设计方法适用于手算;
2)89抗震规范首次提出了“三水准设防、两阶段设计”基本原则,弹性分析反应谱方法成为抗震设计的主流方法;
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前面文章中详细介绍了中美两国抗震规范中对抗震性能目标的规定。中国抗震规范规定的抗震性能目标为“小震不坏、中震可修、大震不倒”,多数结构只需进行基于小震线弹性分析结果的构件极限承载力设计,这种“一阶段设计”方法显然难以充分实现“三水准目标”。美国抗震规范(NEHRP)规定的抗震性能目标同样包含“不坏、可修、不倒”等内容,美国抗震规范给出的设计方法并非“先进的中震弹塑性设计”方法,其“一阶段设计”方法与中国规范给出的设计结果并无本质差别,其抗震设计理论同样包含大量前提假定和待进步之处。
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中国抗震规范给出的“罕遇地震”、“设防地震”和“多遇地震”的地震作用比例关系大致为6:3:1;美国规范给出的“最大考虑地震”、“设防地震”和“设计地震”的地震作用比例关系大致(为简化说明问题,未考虑结构重要性系数和刚度折减系数等因素)为1.5:1:1/(3~8)。
从历次震害经验可以知道,在“大震”、“中震”和“小震”时,建筑结构普遍处于“强非线性”、“部分非线性”和“基本线弹性”受力状态。通过一阶段线弹性分析体现各地震水准结构真实受力状态是不现实的ope体育。另外需要再次强调,通过上篇文章的讨论可以看出,美国抗震规范中给出的不同类型结构“延性系数”和构件“刚度折减系数”只是起到了客观上降低地震作用(或构件内力)的效果,并非主观上希望做到的“弹塑性设计”,同样难以体现“设防地震”和“最大考虑地震”时结构线)抗震措施与构造措施可充分补充现有抗震设计方法不足吗?
抗震措施和构造措施确实可一定程度上补充现有一阶段线弹性设计方法的不足,但难以做到令人满意的合理和充分。我们曾研究和讨论过如下问题:进行“强柱弱梁”调整后,结构仍普遍为“弱柱强楼盖”;各国规范给出的框架—剪力墙结构“0.2V0调整”方法不同,且沿高度得到的调整系数与非线性仿真分析结果差异较大;全楼统一连梁刚度折减系数误差很大(美国规范给出的连梁、梁、柱和剪力墙的刚度折减系数误差会更大);基于线弹性分析的减震结构附加阻尼比和隔震结构水平向减震系数计算方法存在较大误差等等。
《建筑抗震设计规范》 GBJ 11-89给出了“三水准设防、两阶段设计”抗震设计的基本思路(多数结构只需一阶段设计)。这种规定在当时的计算能力历史条件下是先进的,即使是现在,“三水准设防”仍然是世界先进的,值得继续坚持和更大范围推广。但是三十多年过去了,计算能力已发生了天翻地覆的变化,多数结构仍然继续基于线弹性分析做一阶段设计就值得商榷了,这会明确阻碍结构工程专业的发展和结构工程师的价值体现。
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001提出了复杂结构罕遇地震弹塑性分析方法,但从二十多年的实践看,非线性分析方法并未发挥应有的作用: