混凝土结构抗震设计规范
混凝土结构抗震设计规范范文第1篇
关键词：高层建筑钢结构 结构体系核心筒 竖向差异变形措施
前言
钢结构具有轻质高强、抗震性能好、工业化程度高、施工速度快、符合环保要求、符合可持续发展概念和科技含量较高等优点。随着我国实行积极采用钢结构的政策以及我国钢总产量进―步提高，建筑钢结构得到迅速的发展，特别是在住宅、办公和旅馆等钢结构建筑中得到越来越广泛的运用，使结构有较好的抗震性能。在建筑钢结构中，钢框架结构是一种多高层建筑常用的结构形式，但钢框架结构容易失稳，且钢结构设计方法存在着结构弹性内力分析与构件弹塑性极限状态设计、把强度与稳定分开来进行设计等不合理现象，因此，对解决以上问题进行研究具有理论和现实意义。随着多高层轻型钢框架的广泛应用，它的设计理论与方法是目前学术界和工程界普遍关注的热点问题。
一、工程概况
以某住宅小区为例，小区由两幢一梯四户18层钢结构住宅组成，每幢建筑地上l8层、局部19层，一层为商铺层高3．9米，2层至18层为住宅层，层高3．0m，19层为楼电梯机房高4．5米。单幢建筑长31．2m，宽17．8m，建筑面积7400 m2。工程采用钢管混凝土框架一混凝土核心筒结构，填充墙采用加气混凝土砌块。
二、结构设计与构件、节点设计
2．1 结构设计特点
本工程结构采用钢管混凝土框架一混凝土核心筒结构，较混凝土结构有结构构件尺寸小、结构自重轻、抗震性能好等优点；较钢管混凝土框架一支撑结构有侧移小、居住舒适度好，楼电梯间（混凝土核心筒）耐火性能好，火灾时有更宽裕的安全疏散时间等优点。
2．2 构件设计
2．2．1 钢管混凝土柱
该住宅小区框架柱采用钢管混凝土柱，钢管型号Ø0450×1 6 mm、Ø400×14mm、Ø400×12 mm、Ø400×10mm，材质为Q345B；钢管内混凝土强度等级从下到上逐次为C40、C35、C30；钢管混凝土柱有如下优点：
1) 钢管混凝土柱是钢材和混凝土两种结构的完美结合，钢管的约束使混凝土处于三向受压状态，混凝土抗压强度大为提高。
2) 核心混凝土的存在限制了钢管的局部屈曲，充分发挥钢材的强度。
3) 钢管不仅兼框架柱纵向钢筋、箍筋、混凝土模板的作用，而且钢管位置处于构件抗弯的最佳位置。
4) 核心混凝土的吸热、阻热作用使钢管混凝土柱耐火性能较钢柱提高显著。
5) 刚度和阻尼大，有利于控制侧移。
2．2．2 楼面体系
楼屋面采用100mm、110mm、120 mm的厚钢筋混凝土板，楼板通过抗剪栓钉与钢梁连接成组合楼盖。钢梁采用焊接H型钢。
2．2．3 钢骨混凝土剪力墙
本住宅小区工程核心筒采用C30、C40钢筋混凝土，混凝土核心筒四角构造设置钢骨柱，混凝土核心筒剪力墙在连梁内设置通长钢骨暗梁与钢骨柱刚接连接。
2．3 节点设计
框架梁与框架柱、剪力墙暗柱采用刚接连接，及梁翼缘与柱采用二级熔透焊缝连接，梁腹板通过高强螺栓与柱连接。主次梁节点一般采用铰接连接。柱脚采用埋入式柱脚。钢管柱埋入基础深度≥3h，钢管柱轴力通过抗剪栓钉传递，弯距通过钢骨混凝土柱纵筋传递给桩基承台。
三、结构整体计算分析
3．1 结构计算参数
该住宅小区Z1、Z2结构形式为钢框架一混凝土筒体结构，框架抗震等级一级，混凝土简体抗震等级一级，结构使用年限50年。
抗震设防烈度为8度、第二组，建筑场地类别为Ⅱ类，特征周期0.4，多遇地震影响系数最大值0.16，罕遇地震影响系数最大值0.9。
基本风压0.3kN/m2，地面粗糙度B类。
楼面恒载按实际计算；一般楼面活载2.0Kn/m2，楼梯间及前室3.5 kN/m2，电梯机房7.0 kN/m2，阳台2.5 kN/m2，上人屋面2.0 kN/m2，不上人屋面0.5 kN/m2。
3．2 结构计算模型
建筑结构的整体分析采用我国建筑科学研究院编制的PKPM系列的STS、SATWE。
3．3 计算结果分析
3．3．1振型数与周期比
结构计算振型数取18个，X方向的有效质量系数97.68％，Y方向的有效质量系数95.90％，满足规范JGJ3―2002 5.1.13规定。
结构第一振型X向平动，第二振型Y向平动，第三振型扭转，T3/T1=0.80，满足规范JGJ3―2002,5.1.13规定。
3．3．3 总质量、最小剪重比
结构总质量9257.75t。
X向最小剪重比为4．58，Y向最小剪重比为5.51，满足规范GB5001 1―2001 5.2.5规定。
3．3．4 平面规则性
Satwe计算结构显示，楼层的最大层间位移/楼层的平均层间位移为1.395，满足规范JGJ3―2002,4.3.5规定。
3．3．5 竖向规则性分析
Satwe计算结构显示，结构竖向层刚度比满足3.4.2.2要求，无结构薄弱层，结构为竖向规则结构。
3．3．6 结构整体稳定分析
X向刚重比为9．62，Y向刚重比为10．68，满足规范要求JGJ3―2002 5．4．1规定。
四、地震作用补充计算
4．1结构的弹性动力时程分析
根据规范JGJ3―2002，4.3.5条规定，在考虑偶然偏心影响的地震作用下楼层竖向构件的最大位移不应大于该楼层平均位移的平均值的1.4倍。该高层钢结构住宅由于建筑平面不规则结构质量中心和刚度中心未能重合，楼层竖向构件的最大位移为该楼层平均位移的平均值的1.395倍， 已经接近规范限值，为慎重起见设计院按照规范JG5001 1―2001 5.1.2条规定进行弹性动力时程分析。
弹性动力时程分析选用两组实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，选取地震加速度时程曲线的最大值70cm/s2，场地特征周期为0.35s。弹性动力时程分析采用PKPM的SATWE模块进行分析计算。
计算结果显示，三条时程曲线计算所得的结构底部剪力分别为振型分解反映谱法的84.1％ 、76.8％ 、88.9％ ，平均值为83.3％ ，满足规范JG50011―2001 5.1.2条规定，位移和层间位移角满足规范要求。
4．2 中震弹性分析
为了保证结构具有良好的抗震性能，真正实现“大震不倒、中震可修” 的抗震设防要求，设计院对结构一、二层剪力墙和框架柱进行中震弹性分析。
水平地震影响系数最大值取0.46，荷载和材料取设计值，不考虑风载组合，不考虑构件内力调整。
分析结果显示一、二层剪力墙和框架柱在中震作用下处于弹性，在中震作用下部分框架梁进入塑性阶段，设计实现了强柱弱梁、强节点弱杆件和塑性耗能等抗震设计理念。
五、结构抗震性能分析与抗震构造措施
5．1钢框架柱与混凝土核心简结构抗震性能分析
中国建筑科学院1991年进行的1：20的23层钢一混凝土混合结构模型试验，1999年同济大学进行的1:20的23层钢一混凝土混合结构模型试验，中国建筑科学院2004年进行的1：10的30层钢一混凝土混合结构模型试验结果表明钢一混凝土混合结构具有良好的抗震性能，能实现我国现行规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。但在罕遇地震下存在混凝土筒体延性不足，底部剪力墙部分墙体、连梁开裂，框架二道防线作用不显著，框架柱梁柱个别节点开裂等问题。
5．2框架柱一混凝土核心筒结构的抗震构造措施
针对上述模型试验结果，并结合1964年美国阿拉斯加地震，1995年日本坂神地震灾害情况，在进行该高层钢结构住宅结构设计过程中采取了如下抗震构造措施。
1)提高混凝土核心筒的延性
在混凝土核心筒四角沿全高埋设钢骨柱，各层混凝土核心筒周边、筒内隔墙连梁内设置钢骨暗梁，钢暗柱与暗梁、钢框架梁刚接连接，这样不仅提高了混凝土核心筒的延性和抗弯抗剪能力，还提高了结构的整体变形能力。
2)提高钢框架的承载能力
根据JGJ3―2002 11.1.5规定，钢框架一混凝土核心筒结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于底部总剪力的25％和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。该高层钢结构住宅结构设计时在1轴15轴全高设置两道型钢支撑以加强钢框架部分的抗震承载力，反复调整钢管混凝土柱断面尺寸、钢板壁厚以满足规范规定。
3)实现强柱弱梁
强柱弱梁、强节点弱杆件是我国抗震规范的基本要求，是实现大震不倒、结构塑性耗能的前提，但汶川地震的实践证明，部分结构设计文件对现浇板在框架梁抗弯承载力的贡献考虑不足，没有真正实现强柱弱梁这一抗震规范的基本要求。
该高层钢结构住宅结构设计中实现了强柱弱梁。以顶层最大跨度框架为例，框架柱为Ø40矩形钢管混凝土柱钢管型号Ø400 X 10mm，钢梁型号H450×150 ×8×12，矩形钢管混凝土柱极限抗弯承载力大于钢梁抗弯承载力两倍以上。
4)强节点弱杆件
1964年美国阿拉斯加地震，1995年日本坂神地震灾害情况表明，等截面梁与柱栓焊连接的高层钢结构在遭受大震后其破坏部位往往在框架梁的下翼缘与柱的工地焊缝连接处，致使钢结构的延性没有发挥出来，高层钢结构住宅结构设计中采用楔型盖板加强框架梁梁端与钢柱的刚性连接节点，钢柱内在框架梁翼缘对应位置设置厚度为16mm （较梁翼缘厚度大4mm）的横隔板，梁柱刚接区域及梁翼缘上下600mm范围全部采用全熔透坡口焊缝以保证强节点弱杆件的抗震设计要求。
六、钢框架柱与混凝土核心筒结构设计中存在的问题及措施
6．1 混凝土核心简收缩、徐变等竖向差异变形的不利影响和应对措施
核心筒混凝土在凝固过程中体积会收缩、在长期荷载下混凝土会徐变，而钢柱无此收缩和徐变，核心筒和钢框架柱的不协调变形在结构内产生较大的内力。
为消除核心筒和钢框架柱的不协调变形在结构内产生的内力，设计采取如下措施：
1)核心筒轴压比控制在0.4以下。
2)钢筋混凝土核心筒超前施工5～6层。
3)现浇混凝土楼面在核心筒设置后浇带。
4)控制混凝土的水灰比，使用减水剂，采用弹性模量较大的骨料如石灰岩。
6．2 钢框架柱与混凝土核心筒基础差异沉降的不利影响和应对措施
建筑物地基沉降一般为碟形分布及建筑基础的沉降量中间大、四周小，而框架核心筒结构地基的不均匀沉降更为显著。地基的不均匀沉降在上部结构中产生内力，严重时引起结构和构件的破坏。
混凝土结构抗震设计规范范文第2篇
混凝土小型空心砌块；结构设计；配筋砌体；板块建筑
混凝土小型空心砌块是砌体结构的一种新型材料，它由通过工业化生产的水泥以及就地取材的砂，石料制作而成，是一种替代粘土类砌体墙材的最佳选择，混凝土小型空心砌块主块规格为390×190×190，其强度等级分为：MU5、MU7.5、MU10、MU15、MU20，MU7.5以上作为承重砌块采用。近年来，国内大力推广此类砌体结构，并进行了试验研究，《砌体结构设计规范》GB50003-2001引入了混凝土小型空心砌块灌孔砌体的计算指标，新的《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，扩大了混凝土小型空心砌块建筑在高度和层数方面的应用范围。混凝土小型空心砌块可以在多层建筑、中高层建筑及较大跨度住宅中得到的应用。
1混凝土小型空心砌块多层房屋的结构设计
多层砌块房屋一般采用刚性方案，抗震计算方法采用底部剪力法，可只选择从属面积较大或竖向应力较小的墙段进行截面的抗震承载力验算。
在小砌块中通过孔洞插入一根竖筋并浇筑混凝土形成芯柱，这是沿用国外小砌块建筑的作法，新的抗震规范规定了小砌块房屋的芯柱设置要求，构造作法。规范中还提出在外墙转角，内外墙交接处，楼梯间四角等部位，应允许采用钢筋混凝土构造柱替代部分芯柱，此种结构体系可称之为集中配筋构造柱小砌块建筑体系，其抗震性能，变形能力，延性均优于设计芯柱的小砌块建筑
因砌体砌块的竖缝高，砂浆不易饱满，墙体的受剪承载力低于粘土砖砌体，规范中圈梁的设置要求比砖砌体房屋要求高。混凝土小型空心砌块砌体抗剪强度较低，干缩值和线膨胀系数均比粘土砖大，干缩和温度变形将会对墙体产生一定的破坏力，砌体本身的材料缺陷和施工缺陷也会引起墙体裂缝，砌块砌体的墙体裂缝问题比砖砌块更为突出。设计施工时要根据常见裂缝的类型及成因采取相应的设计施工措施，以控制裂缝的产生和发展。
对砌体建筑，既要重视强度设计、抗震设计，也必须注重抗裂设计。
2中高层房屋――配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋的结构设计
混凝土小型空心砌块在多层房屋中的应用，是以芯柱、构造柱、圈梁作为主要约束体，当砌块向中高层发展时，应采用配筋混凝土小型空心砌块抗震墙体系。
当砌块墙体内配筋率小于0.07%时，可以认为是无筋砌块砌体，钢筋仅考虑构造和抗裂作用。
配筋混凝土小型空心砌块抗震墙体是在砌块墙内布设满足一定配筋率要求的竖向和水平向分布筋并按要求灌芯，形成砌体剪力墙（抗震墙），承受拉、压、弯、剪，尤其是增强了砌体抗弯抗剪能力。国外研究、工程实践和震害表明，配筋混凝土小型空心砌块抗震墙体，具有强度高、延性好、抗震性能好的优点，是预制装配整体式的混凝土剪力墙结构：，其受力性能和现浇混凝土剪力墙相似。在规范规定的房屋高度限值范围内，可以做到使建筑具有足够的强度和满足规范需要的变形能力，并能体现出该种体系的结构施工和经济优势，填补了砌体结构和混凝土剪力墙结构间的一个中高层空缺。可以推断配筋混凝土小型砌块抗震墙结构体系将是今后中高层住宅的首选结构体系。
根据规范，配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋适用的最大高度7度区是45m，最大高宽比限值是4，高度≤24m时，抗震等级是三级，高度>24m时，抗震等级是二级。配筋混凝土小型空心砌块抗震墙承载力计算时，底部加强部位截面的组合剪力设计值应根据抗震等级的不同乘以调整系数（二、三级分别为1.4和1.2）。
配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋的构造措施见GB50011-2001附录F，施工控制等级，设计时宜选用B级砌体强度指标，而在施工时宜采用A级的施工质量控制等级。
混凝土小型空心砌块中高层房屋的结构式除上述配筋砌块抗震墙外，还有其他一些形式：在墙端设柱楼盖处设圈梁，并增设墙中柱和配筋带，这种由砌块砌体及嵌于其中的钢筋约束梁和约束柱组合而成的整体结构，称为钢筋混凝土弱框架约束砌体结构。若将构造柱及梁所形成的弱框架上升到有足够刚度的框架体系，将竖向荷载全部由框架承担，由山墙分户墙及不会拆除的墙作为抗震墙来抵抗水平剪力，这种结构称之为框架――砌块墙组合结构。在承受砌块墙中适当设置少量钢筋混凝土抗震墙可形成钢筋混凝土抗震墙――砌块墙组合结构。这些结构型式有的地区正在研究试用。
3SP板、配筋砌块住宅建筑（板块建筑）
用配筋的混凝土小型空心砌块作为承重墙（抗震墙），用大跨度的SP板作为楼板的住宅建筑在美国有广泛应用，我们称之为“板块建筑”（Spancrete/masonry residential building），该种体系的住宅在中强度地震区（约相当于中国7度强）可建至10层，用7～11.6M跨度的SP板支在砌块墙上，上部几层用200厚的空心砌块，下部几层需要灌芯和加筋并可能用到300厚砌块。SP板也是传递侧向力的隔板，用以传递和分配风力和水平地震力，板顶设置整浇层，可满足房屋较高时作为隔板传递水平力的刚度要求，当无现浇层时，要给楼板周边配置拉杆，设计时隔板应按一根水平混凝土梁进行计算，在周边拉杆中配筋。
混凝土结构抗震设计规范范文第3篇
关键词：加层改建层间位移结构可行性结构加固
中图分类号： TU978 文献标识码： A 文章编号：
概况
某学校幼儿园设计于2004至2005年，竣工于2005年，总建筑面积为2948㎡。房屋采用混凝土框架结构体系，共3层。目前由于使用上的需要，拟进行加1层改建，加层面积约为800㎡。
房屋建筑、结构设计状况
房屋平面接近矩形，东西长约44.6m，南北长约26.9m，房屋主体结构为地上3层，局部为2层，建筑总高度为11.25m。原设计为幼儿园用房，房屋主要轴网尺寸为7.0×7.0m和5.6×7.0m，室内外高差为0.45m。房屋平面示意图见图1。
图1 房屋平面示意图
房屋采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，抗震设防烈度为7度，梁、柱基本为矩形截面。基础采用钢筋混凝土柱下承台＋预应力管桩桩基。混凝土标号：主体结构均为C30。具体设计状况如下：
钢筋混凝土柱：柱截面尺寸基本为450×450mm，纵向配筋单边为225+222、225+322和425，箍筋均采用10@100/200、8@100/200。
钢筋混凝土梁：框架主梁截面尺寸主要为350×800mm、350×600mm、300×650mm、300×600mm等，梁底纵向配筋为18~25，箍筋主要采用8@100/200(4)、10@100/200(4)和8@150(2)。
基础：采用钢筋混凝土柱下承台＋预应力管桩桩基，预应力管桩砼强度等级C80，桩直径500mm，桩总长27m，持力层为⑤3-1层灰色粉质粘土夹粘质粉土。独立承台的混凝土强度等级均为C30，厚度均为800mm，基底标高为-2.790m。
根据建筑改建设计方案，房屋加层部分仍采用钢筋混凝土框架结构，保持原结构形式不变，主要改建内容为：位于原房屋3层部分区域的屋面结构上加建一层。具体做法为原450×450钢筋混凝土框架柱采用截面不变、纵筋焊接的形式续建至拟定标高，新建屋面采用钢筋混凝土梁板结构屋面，并保证新老结构连接的安全性和可靠性。
现场检测
现场检测结果表明：房屋混凝土梁柱截面尺寸、实际配筋与原设计基本相符，但部分构件保护层偏厚，混凝土构件和墙体砌筑施工质量总体上较好，被抽查的混凝土构件和墙体表面基本上无明显裂缝及损伤可见，混凝土构件表面较平整，未见明显孔洞、蜂窝麻面等施工缺陷，未发现钢筋有明显的锈蚀现象，但底层地坪有一些不规则的裂缝，房屋混凝土强度满足原设计C30的要求。房屋的倾斜及不均匀沉降均不明显，房屋最大不均匀沉降量为23mm，倾斜率为0.31‰～0.69‰，房屋目前倾斜较小，满足现行规范要求。
结构体系及抗震构造分析
根据《建筑抗震设计规程》（GB50011-2010）的要求，按照7度抗震设防要求从结构体系、连接构造、材料强度、配筋情况等方面对改建后房屋结构进行了抗震构造分析：房屋结构体系和抗震构造满足现行抗震规范的要求。
结构验算
抗震验算根据实测结果并结合原竣工图纸及改建方案进行，同时按改建后荷载使用要求确定计算荷载。
房屋为乙类建筑，框架抗震等级为二级，Ⅳ类场地土，7度抗震烈度设防，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组；考虑风荷载作用，地面粗糙度为C类，基本风压0.55kN/m2；此外根据检测结果，混凝土 梁、柱钢筋保护层厚度均取30mm，原结构梁、柱截面尺寸、配筋按原设计取值。
验算结果表明：房屋在地震荷载作用下结构底层X、Y方向最大层间位移角不满足抗震规范框架结构层间位移角限值1/550的要求。房屋底层框架柱存在个别超筋，纵筋配置不足和中柱轴压比超限的情况，各楼层存在个别框架柱箍筋配置不足的情况，房屋梁板基本满足承载力计算要求。房屋基础形式采用承台＋预应力管桩桩基，房屋加层改建后，地基承载力满足使用要求。
分析与评估
6.1 房屋结构现状评估
混凝土构件和墙体砌筑施工质量总体上较好，建筑和结构布置与原设计相符。现场没有发现构件中存在明显的施工缺陷，混凝土构件表面较平整，被抽查梁柱的实际配筋与原设计基本相符，但部分梁柱构件保护层偏厚。
被抽查的混凝土构件和墙体表面基本上无明显裂缝及损伤可见，未见明显孔洞、蜂窝麻面等施工缺陷，未发现钢筋有明显的锈蚀现象。但房屋底层部分区域地坪有一些不规则的裂缝。
房屋测量结果表明，房屋的倾斜及不均匀沉降均不明显，房屋最大不均匀沉降量为23mm，倾斜率为0.31‰～0.69‰，房屋目前倾斜较小，满足现行规范要求。
通过对房屋结构体系、抗震构造与现行设计规范比较可知，房屋满足要求。房屋地基承载力满足使用要求。
抗震验算表明：按改建方案，房屋在地震荷载作用下结构底层X、Y方向最大层间位移角不满足抗震规范框架结构层间位移角限值1/550的要求；房屋底层框架柱存在个别超筋、纵筋配置不足和中柱轴压比超限的情况，各楼层存在个别框架柱箍筋配置不足的情况；房屋梁板基本满足承载力计算要求。
综上所述，建议对存在的问题采取适当的加固处理措施，满足房屋正常安全使用和现行抗震规范要求。
6.2结构加固处理建议
对结构中不能满足现行规范及承载力计算要求的构件建议进行加固处理。建议采用以下措施进行加固：
1. 采用框架柱扩大截面或增设抗震墙的加固方法，并确保新老结构连接的安全性和可靠性；
2. 在改建加固施工过程和交付使用后应加强沉降与倾斜监测，以便及时发现和解决问题，最终保证房屋安全和正常的使用；
3. 结合房屋的加层改建，应对房屋底层部分区域地坪的裂缝进行修补处理；
4. 采取有效的措施确保加层框架柱与原下部结构连接的安全性和可靠性，建议加层框架柱纵筋与原下部框架柱纵筋进行加强的焊接处理；
5. 加固设计应由专业设计单位按照实际情况并结合房屋加层改建设计进行复核验算后进行，同时应严格遵照有关规范的规定。加固施工应由专业施工队伍进行施工，在施工中应严格控制施工质量。
6.3结构改造可行性
经上述抗震加固后，房屋的结构体系、抗震构造、构件连接、承载力和最大层间位移角等均能满足现行抗震规范要求，房屋的加层改建结构上是可行的。
结束语：
对结构中不能满足现行规范及承载力计算要求的构件建议进行加固处理。建议采用以下措施进行加固：
1. 采用框架柱扩大截面或增设抗震墙的加固方法，并确保新老结构连接的安全性和可靠性；
2. 在改建加固施工过程和交付使用后应加强沉降与倾斜监测，以便及时发现和解决问题，最终保证房屋安全和正常的使用；
3. 结合房屋的加层改建，应对房屋底层部分区域地坪的裂缝进行修补处理；
4. 采取有效的措施确保加层框架柱与原下部结构连接的安全性和可靠性，建议加层框架柱纵筋与原下部框架柱纵筋进行加强的焊接处理；
混凝土结构抗震设计规范范文第4篇
关键词：抗震；融合教学；对比
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）35-0067-02
一、教学改革的意义、现状分析
地震是一种严重的自然灾害，每次强烈地震都会给人类带来巨大的生命财产损失。自从汶川地震以来，国家越来越意识到抗震设计的重要性和迫切性，2008年对抗震规范做了局部修订，2010年做了大范围的修订。我国处于环太平洋地震带和地中海南亚地震带之间，地震分布非常广泛，抗震减灾成为土木工作者重要的工作内容。由抗震规范附录得知，全国除浙江、江西等省少数地区外，绝大部分省、市、地区属于抗震设防区，都需要抗震设计，结构设计在很多情况下就是结构的抗震设计。而汶川地震也表明：严格按照抗震设计规范进行设计、施工的建筑，在遭遇比当地设防烈度高一度的地震作用下，没有出现倒塌，可有效地保护人民的生命安全。
因此，土木工程专业的学生掌握抗震设计基本知识尤其是抗震概念设计是非常必要的。本课题将抗震设计知识融合到混凝土结构设计课程授课过程中，通过抗震与非抗震设计的对比分析，加深学生对抗震基本知识的理解，避免抗震与结构设计脱节。
混凝土结构设计（专科为建筑结构、建筑力学与结构等专业课）是衢州学院（以下简称“我院”）土木工程专业重要的专业必修课，一直来很受重视，建筑工程学院相关教师对该课程做了大量的教学研究活动，比如2005年的钢筋混凝土结构现代教学方法研究，2006年的《建筑结构》校级重点课程，2007年的《钢筋混凝土及砌体结构》校重点课程和《建筑力学与结构省级精品课程》，2010年的《混凝土结构设计原理》校级重点课程，等等。而建筑抗震跟混凝土结构设计课程相比，受关注的程度就要低得多。这门课曾在2003房建、2004房建、2006建工专科专业作为一门选修课开设，后来就取消了，对该课程目前还没有相关的教学研究活动。从往年授课效果来看也不太理想。因为，以往抗震设计这门选修课是在建筑结构相关专业课程授课完之后开设，由于专科学生对知识的融会贯通能力较差，即使是选修了抗震设计课程的学生，也很难将抗震与之前学过的建筑结构相关知识联系起来，而没有选修该课程的学生对抗震设计的概念就更差了。从2010级土木工程本科专业培养计划来看，暂时没有设建筑抗震这门课，其抗震设计内容分散在每门结构课的最后章节。因此有必要在建筑结构相关课程中将抗震知识补充到每一章节进行融合教学，从一开始就使学生建立抗震设计这一概念，从而取得较好的教学效果。而《混凝土结构设计原理》重点课程的建设为该教学改革项目打下了一定的基础。
二、改革理念
根据“本专业培养基础理论扎实，专业知识面宽，实践能力、创新能力和自主发展能力强，具有本专业基本理论和基本知识，获得工程师的基本训练，具备初步的项目规划和研究开发能力，能从事土木工程的设计、施工和管理工作，德智体美全面发展的高素质应用型本科人才”的培养目标，改革的理念设定为：以“必须、够用”为度，以讲清概念、强化应用为原则，融合抗震设计基本知识，优化抗震教学内容，内容精简且又能反映本专业的新理论、新技术、新方法。以培养应用型人才为目标缩减纯理论知识，增强抗震构造措施、工程实践，立足学科特点轻地震作用计算、重抗震概念设计。课程改革做到：抗震构造与结构设计融合贯通、脉络清晰、重难点突出。
三、改革思路
1.改革教学方式和教学手段
根据本课程的特点，采用多媒体授课，融图、文、声、像于一体，改善学生认识环境，丰富学生想象力，促进学生的创新思维。比如地震震害及特点可采用影片放映，人工模拟地震波、振动台可以通过共享网络资源实现，结构的抗震构造设计以及隔震与消能减震的先进成果可以通过图片、影像等形象地展现在学生面前。而对于混凝土结构设计课程中正截面、斜截面、抗扭、抗拉等难度大的计算理论，可以采用传统教学一步步推导，加深学生的理解。总之将多媒体教学与传统教学有机结合，力争两者的和谐统一。
2.由教学内容确定教学方法
（1）对于教学内容中的重点和难点问题，如截面设计的基本公式推导等，采用板书方式，引导学生思考，参与具体推导过程，加深理解。
（2）对于教学内容中的基本概念、复杂图形如抗震构造节点图、震灾图片等，可采用多媒体课件进行演示，提高学生的学习兴趣、加深理解
（3）各种混凝土结构的荷载传递路线、各种混凝土构件的受力和破坏过程等内容，用传统的教学手段较难表述清楚。用动态模拟表达，生动、直观、易于理解，可以获得其它方法无法取得的效果，大大节约了授课学时。
（4）对于楼盖结构、单层工业厂房、多高层建筑结构的结构组成和结构布置等内容，通过现场参观实物并讲解，可以使学生更直接地掌握课程内容，形成结构整体概念。对于非重点、难点和描述性等内容，要求学生通过阅读教材、做思考题和习题来完成。自学效果通过讨论、提问、批改作业等方式予以检查。
3.注重培养学生能力，改革评价机制
重点培养学生的自学能力和实践应用能力，在授课前鼓励学生多查阅结构设计和抗震设计的相关规范和书籍，引导学生自行预习新课内容，收集相关的图片和资料。在授课过程中不单纯讲解地震基础知识，而是结合震害图片以及相应的抗震规范分析结构所存在的抗震构造缺陷、分析破坏原因，培养学生将书本理论知识应用于抗震设计的能力。要充分利用大学生结构设计的平台，引导学生将结构设计和抗震设计知识应用到结构设计模型制作中。
4.抗震与非抗震对比教学
为了加深学生对抗震知识的理解，可以采用抗震结构与非抗震结构的对比分析，比如在讲授唐山地震灾害时，可以通过天津地区经抗震设防后的房屋震害统计与唐山地区非抗震房屋震害统计进行分析，让学生深刻理解抗震设计的重要性。再比如在讲解框架结构构造措施时，同时给出抗震和非抗震的节点锚固图，分析两者的异同及不同的原因，等等，加深学生对抗震构造措施的理解。
四、改革内容
通过对毕业学生和设计院、施工、监理企业进行的走访调查，收集相关资料，并精选与学生的岗位需求相对应的必要的抗震设计基础知识。分析各抗震设计基础知识与混凝土结构设计课程各章节的对应关系，进行抗震设计基础知识与混凝土结构设计知识的整合，制作多媒体课件。同时，收集赈灾图片和录像，进行多媒体课件的润色和完善，并将教改内容全部上网。最后，将教改成果应用于土木工程本科专业及建筑工程技术等专业的混凝土结构设计课程或建筑结构课程的教学，验证教学效果，收集反馈意见。
参考文献：
混凝土结构抗震设计规范范文第5篇
论文关键词:混凝土 抗震 经济性
作为从桥拱建筑中发展而来的混凝土大跨度板柱,发展历史悠久,应用广泛,特别是经过现代科学技术的运用,发展为一种新型建筑体系,由于其结构设计较容很符合抗震设计理念,混凝土大跨度板柱只要设计、构造措施得当,对改善框架节点的延性、增加节点区在地震作用下的变形能力有非常大的作用。同时会有效避免混凝土灌注中出现的许多现实问题:诸如在施工过程中由于框架节点区钢筋过于密集,混凝土难以灌注的问题,振捣困难的问题等等。由此,大跨度板柱体系在结构设计中越来越得到更为广泛的应用。伴随着我国混凝土行业、高层建筑业的蓬勃发展,行业规范越来越严格,对混凝土制品的品质的标准也更高,这在一定程度上也加快和推广了大跨度版主的发展和应用。再就是大跨度板柱体系在经济方面和混凝土密肋梁板相比较也具有很大优势。在下文中,对大跨度板柱体系和混凝土密肋梁板体系在抗震性能和经济性方面作计算分析比较。
一、结构方案概述及计算分析结果
本工程处于8度抗震设防烈度区,属三类场地,基本风压0.35kN/m2,框架抗震等级三级。X方向总长7.3x6=43.8米,Y方向总长8.2x3=24.6米。大跨度板柱体系:结构总高度为3.0米x9层=27米,框架柱600x600,框架梁考虑到门窗洞口的设置以及避免形成边框架扁梁偏心的因素,采用300x600,其余内框架梁800x400,次梁400x400;混凝土密肋梁板体系:结构总高度为3.3米x9层=29.7米,框架柱600x600,框架梁300x600,次梁250x500。
现在用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件依次对它们进行计算分析,来研究大跨度板柱与普通混凝土密肋梁板两种方案的地震作用效应。我们通过数据数据明显看到:当地震作用时,两种板柱体系表现出近似的地震效应,特别是处于两个方向同时产生地震平动效应。混凝土密肋梁板体系拥有较高的空间抗侧强度,而大跨度板柱体系又具有相对高的空间抗扭强度。原因在于:处在水平地震受力下,混凝土密肋梁板具有很高的抗弯强度,柱端受到的约束作用力相对较强,完全抵消了高空间的影响后表现出更大的空间强度;但大跨度板柱在建筑平面内的约束却拥有更大的强度,因而展现出更好的结构整体抗扭性能,当抵抗地震扭转作用时充分发挥了这些强度的平衡作用。以上结论对我们具有一定的参考价值,对这两方面的地震反应特点进行结构概念设计,结构方案选择时应予以重视。
二、通过比较来看两种结构方案的经济性
我们通过数据可以分析出,选择混凝土密肋梁板体系比采用大跨度板柱体系节省钢筋用量28%左右,节省混凝土用量10%左右,如果采用大跨度板柱体系当可以将高度差范围的维护结构(框架填充墙以及玻璃幕墙等)的费用节省。如果放弃结构总高度的因素下,运用混凝土密肋梁板体系具有相对的经济优势,相反,如果是结构总高度设为确定值的状况下,运用大跨度板柱体系当拥有可以在本来建筑基础上再递增一重的经济效应,这对现在寸土寸金的购地建筑中能大大降低成本,具有明显的优势!
三、大跨度板柱的设计构造要求
在构造设置过程当中,大跨度板柱的宽高比不能过大,即使能符合当下《建筑抗震设计规范》第6.3.2条的规定:a)梁截面宽度≤2倍柱截面宽度;b)梁截面宽度≤柱截面宽度+梁截面高度;c)梁截面高度≥16倍柱纵筋直径的规定,而规定所允许的条件,是大跨度板柱设置的最低限度准则。在大跨度板柱宽高比过大(接近规定要求限定值)的时候,它的传力机理更加多变,节点外关键区抗扭变数成为关键难题。因为当下的试验数量不多,和大跨度板柱柱节点相关的研究还在不断的研究和完善之中,故而对构造设置的工作人员来说,运用宽高比过大的设置,对于强度和裂缝控制层面是需要冒一定的风险的。当前面对大跨度板柱的设置方案通常采用比较严格的设计要求配筋,最后再按照结构分析计算结果对比复核。其设计要求为:
1.关于框架节点关键区中水平抗剪箍筋的设计:大跨度板柱框架节点关键区水平抗剪箍筋除了于内核心区柱内按照实施的混凝土结构设计规范要求设计之外,另外要在外核心区周边设计:二级抗震等级≥€%o13@100;二、三级抗震等级≥€%o9@100;非抗震等级≥€%o7@100;可利用大跨度板柱腰筋双向贯通设置双向大跨度板柱节点。可利用大跨度板柱腰筋双向贯通附加另向水平拉结筋设置单向大跨度板柱节点。
2.关于板柱节点关键区抗扭纵筋设置:双向大跨度板柱柱高相等时,应运用计算标准增加板柱纵向钢筋配置;双向大跨度板柱柱高不等时,应在矮大跨度板柱方向外关键区底部增加朝上开口箍筋配置底部抗扭纵筋;单向混凝土大跨度板柱时,应通过设置节点关键区附加封闭箍筋构成。应当运用附加箍筋形式时,其构造要求为:二级抗震等级≥€%o13@100;二、三级抗震等级≥€%o9@100;非抗震等级≥€%o8@200。
3.关于板柱节点外关键区周边抗扭封边箍筋设置:节点外关键区大跨度板柱纵向钢筋和节点外关键区角部附加垂直拉筋焊接或搭接配置,附加垂直拉筋的配置要求:二级抗震等级≥€%o13@100;二、三级抗震等级≥€%o9@100;非抗震等级≥€%o8@100。
四、采用大跨度板柱体系应注意的几个问题
1.在一定条件下,大跨度板柱的设计会由强度控制转化为由构件裂缝宽度和挠度控制,这个条件就是:大跨度板柱一侧的受拉钢筋配筋率达到3.0%左右。依据现行《混凝土结构设计规范》中第8.1.1条规定,当按照结构所处环境情况和结构不同来确定相对的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值。因此对于一般混凝土建筑进行验算的控制要求是:裂缝宽度限值应按0.25mm,屋顶负弯矩区应按0.18mm的标准进行。挠度验算有时候会起到决定性的作用,这是因为大跨度板柱对竖向荷载的抗弯强度相对较弱,所以,在建筑顶层永久荷载相对较大而活荷载相对微弱,必须考虑荷载长久效应受力影响的长久强度BL=MsBs/[ML(€%a-1)+Ms]计算的时候,永久荷载所占据比例越大,那么BL就越小,挠度就会越大。
2.在大跨度板柱的设计过程中,大跨度板柱的裂缝宽度及挠度的控制常常趋近现行规范所规定的限定值。假如在混凝土固化、养护中间由于施工因素导致的微弱伤损在之后结构交付使用后会更加容易增大,会对结构的安全运用产生很不利的影响,严重的会危急到结构安全,因此在施工中间需要强化对大跨度板柱的混凝土养护状态的监测和必要的保护。如果需要,应在梁柱节点区应用在混凝土中加入一定量得钢纤维的做法,从而加强大跨度板柱柱节点初裂承载力以及极限承载力,从而优化混凝土的裂缝形态,让裂缝更均匀、更细。
3在裂缝同挠度于具体施工当中形成主要冲突时,当前我国大多采用后张法预应力混凝土大跨度板柱的设计方案,在使用这种结构方案时,由于大跨度板柱的截面惯性矩相应比较小,因此预应力张拉施工期间常常是使用此方案体系受力的最不适宜的阶段。
五、结论
1.大跨度板柱和混凝土密肋梁板体系于一样的地震效应情况下表现出相似的地震平动效果:肋梁体系拥有相应稍高的建筑抗侧强度,大跨度板柱体系拥有相应稍高的建筑抗扭强度。
2.因为当前阶段对于大跨度板柱柱节点的研究还不全全面,因此现在在使用大跨度板柱体系构造设计时应该按照较为严谨的结构设计标准。
3.使用大跨度板柱体系比使用混凝土密肋梁板体系方案能够明显减小建筑层高,实现结构净高目的,如果放弃结构总高度的限制效应,使用后者方案的单位工程总造价将节省将近6%。当在乎结构总高度限制效应的状况
下,大跨度板柱体系会拥有更大的经济综合效益。因为大跨度板柱体系中空间内梁底同现浇板底的高差相差不是太大,构造比较美观,通常情况下当可节省空间内内顶的装饰成本。
4.在使用大跨度板柱体系中,挠度和裂缝的把握是构造设计进程的关键,在现实条件不能合乎设计普通钢筋混凝土大跨度板柱体系时,应使用预应力钢筋混凝土、钢纤维混凝土技术从而改善混凝土材料的构成关系、改变梁的受力效应等方案来处理。
支撑结构的强度严重影响了大跨度板柱空间网格的受力效应。在空间网格被托起在西昌的柱子上时,它相当于一块连接在柔性柱顶的刚性横隔板,彼此合理衔接,承托拉紧。这种空间结构的横向拉伸由柱子的竖向悬臂作用和通过柱间剪刀撑得到支持。当构造柱间支撑时需要小心切勿把这种空间结构的温度伸缩变形过分约束,要留有合理的效应伸缩空间。要达到这种目的,通常是运用在矩形板柱平面的各边中部的柱间加设剪刀撑。如此水平地震力就会依据柱子的各自相对强度进行比例分配。
近几年,大跨度建筑大量涌现,特别是大跨度板柱体系和混凝土密肋梁板这两种新的结构体系的较多应用,大跨度建筑已逐渐商品化,作为投资者,希望所建的工程价廉物美,在满足市场需要的同时,个人或企业有所发展,而作为客户需求方则既考虑造价,又考虑建筑物的质量,也就是综合考虑结构的抗震性能及经济指标。通过抗震及经济性能分析,寻找合理的使用范围,对更好的发展大跨度大空间建设、满足社会长远的生活需要、建设更好更多的绿色大跨度建筑体系具有重要意义。
大跨度板柱体系空间结构具有结构合理、造型丰富多彩等优点,被广泛应用于各类大跨度公共建筑中。诸如体育馆、展览馆、机库、候车厅、候机库、大型内游乐中心、商业中心等大跨度建筑,这类建筑重要性等级通常较高,一旦破坏,将对人民的生命财产造成严重危害,所以,对空间结构进行谨慎、细致的抗震设计具有十分重要的意义。
对于地震力与所要求的结构延性建立对应关系,国外一般有如下三种设计方案:
(1)较高地震力——较低延性方案;
(2)中等地震力——中等延性方案;
(3)较低地震力——较高延性方案。
