多层建筑结构抗震缺陷分析

我国强震多发、震灾严重,小震致灾、大震巨灾的状况时有发生,而多层建筑倒塌则是造成人员伤亡的主要因素。针对这些问题,基于2008年汶川8.0级地震以来川滇地区发生的十余次6.0级以上地震震害调查资料,对比了“破坏”与“未破坏”建筑的结构形式、建筑平立面布置、抗侧力构件分布及结构体系,剖析了建筑结构震害特点,总结了房屋破坏、倒塌的原因。认为在强地震中,建筑结构发生破坏及倒塌是因为其自身存在“散”“脆”“偏”“单”等抗震缺陷,其中“偏”的缺陷更为普遍。通过试验研究发现,墙体的约束使结构同层各抗侧力构件的力学性能相差巨大,即硬脆构件和弱延构件同层并存,这有别于传统抗震设计理论将同层所有构件同等对待的情况。

泸定6.8级地震典型震害调查与分析

对四川泸定6.8级地震极震区中磨西镇和得妥镇的建筑物进行震害调查与分析,发现具有“散、脆、偏”特性的建筑物破坏严重,而具备完好抗震构造措施的砌体结构、结构布置具备“匀”思想的建筑物震害较轻。基于“变形饱和”建筑物致灾机理和泸定地震震害调查结果,将建筑物常见的结构布置划分为5种典型形式:全硬脆轴线结构、全弱延轴线结构、全弱脆轴线结构、普通结构和具有“偏中带匀”特点的硬脆与弱延混搭结构,分析每种形式对应的震害表现及其内在机理。结果表明:全硬脆轴线结构、全弱延轴线结构和具有“偏中带匀”特点的硬脆与弱延混搭结构因未到达“变形饱和点”,震害表现极轻,几乎无可见裂缝,而其他2种结构布置形式的建筑均出现破坏,甚至倒塌。最后,结合“变形饱和”致灾机理对房屋抗震设计理念提出“匀”的建议。

考虑半高连续填充墙约束的框架柱抗震性能研究

为研究实际震害,探讨半高连续填充墙约束下的钢筋混凝土框架柱的抗震性能,设计了两组两跨框架模型进行拟静力试验,对比分析半高连续填充墙对柱抗震性能的影响。使用Perform-3D软件建立宏观数值模型,填充墙构件使用对角斜撑杆件模拟,考察半高连续填充墙的约束效果。分析结果表明:填充墙破坏增加结构耗能,滞回曲线更饱满且具备较优的延性,填充墙对柱有明显约束作用,改变了柱构件原本的破坏模式;数值模拟结果与试验结果一致。鉴于填充墙对结构受力变形影响较大,将其视为非结构构件,忽略其对整体结构的作用是不妥的。

漾濞6.4级地震外廊式教学楼震害调查与分析

外廊式教学楼是中小学校典型的建筑形式。汶川地震后,外廊式教学楼震害引起大量研究人员重视。2021年5月21日21时48分,云南大理州漾濞县发生6.4级地震,本文作者详细调查了位于漾濞县的4所典型框架结构外廊式教学楼,以震害较为严重的漾濞一中和花椒园小学为例,分析了结构各部位发生破坏的原因。以震害现象为佐证,得出以下结论:由于横墙的约束,楼板沿纵向平动,各轴构件的本构关系可在同一坐标系下进行对比分析,结构破坏取决于构件沿纵向的极限位移。并在此基础上,从新的角度探讨了多层建筑的抗震能力。

多层建筑结构地震破坏倒塌机理新认识

以框架结构和砌体结构为主要结构体系的多层建筑数量多,分布区域广。然而,在历次地震中,多层建筑破坏最严重,倒塌数量最多。震害调查发现,框架结构梁端塑性铰基本无法形成,强柱弱梁难以实现。其中部分底层空旷的结构形成了层屈服破坏机制,大多数结构则因填充墙的组合效应出现了竖向构件的脆性破坏。通过对典型多层建筑震害现象的剖析,发现各轴构件刚度和承载力不均匀是结构破坏的主要原因,分配内力大的构件因变形能力小,超过极限承载力时率先破坏,成为结构破坏和倒塌的触发点。由此提出了结构破坏和倒塌的“变形饱和”假说。选取典型的特征构件,设计了无填充墙的框架、带后砌填充墙的框架和带先砌填充墙的框架3种实验模型,通过对极限承载力和极限位移的分析,验证了多层建筑结构“变形饱和”破坏倒塌机理。

泸定6.8级地震结构震害调查与分析

2022年9月5日,四川省泸定县发生6.8级地震,对当地建筑造成了严重的损坏。对极震区砌体结构、框架结构、底框架结构以及框架-砌体混杂式结构进行了详细调查,分析了破坏原因。结果表明:缺乏合理约束的砌体结构都发生了不同程度的破坏,圈梁和构造柱完善、刚度均衡的砌体结构基本完好。框架结构中填充墙的破坏较严重,填充墙和框架柱有显著的相互作用。混杂式结构抗侧刚度平面分布严重失衡,破坏严重,墙体平面分布对结构的破坏模式起决定性作用。

横墙对框架结构动力响应的影响分析

填充墙具有显著的刚度和承载力贡献。建筑结构震害调查发现,不开洞横墙的破坏程度远小于开洞纵墙的破坏程度,从宏观现象可判断大部分多层建筑的破坏主要由结构纵向运动造成。为研究横墙在地震作用下的性能及其对结构整体动力响应的影响,以经受2021年5月21日云南漾濞6.4级地震震害的花椒园小学教学楼为研究对象,按当地抗震计算参数进行弹塑性时程分析。采用等效斜压杆模拟横向填充墙,设置无填充墙框架结构、带黏土砖墙的框架结构、带空心砖墙的框架结构和带加气混凝土砌块填充墙的框架结构模型,选取10组地震波横向输入。研究结果表明,4种结构自振周期均处于具有统计学意义的平台段,平均加速度响应较接近,质量和刚度变化不会使结构加速度产生规律的变化;受结构自重影响,无填充墙的框架结构底部剪力小于带填充墙的框架结构,带填充墙的框架结构位移远小于无填充墙的框架结构;带有多道不开洞横墙的多层框架结构的破坏主要是由结构纵向破坏引起的。

不同方案的地下室楼盖经济性分析

为研究地下室楼盖的经济性和适用性,对目前工程中较常采用的8种地下室楼盖方案在不同覆土厚度的情况下进行分析,采用盈建科软件对24个工况进行建模计算,并采用广联达软件进行算量.分析结果表明:单向双次梁方案的材料用量最低;考虑楼盖高度和层高的关系,在荷载较小时空心楼盖方案造价具有明显的优势;荷载较大时,无梁楼盖造价优势较明显,可在主楼以外的范围内使用,梁板式楼盖则可优先采用加腋大板方案.

小高层塔式住宅三种结构体系抗震性能分析

小高层建筑高度是多种结构体系的适用高度,结构抗震性能对设计中如何选择结构体系尤为重要。为研究小高层住宅在不同结构体系下的抗震性能,对某7度区11层普通塔式住宅楼分别设计成框架结构、框架-剪力墙结构和剪力墙结构,采用盈建科软件进行弹性计算,采用PERFORM-3D软件进行弹塑性时程分析。分析结果表明:三种结构体系均能满足大震下梁首选屈服,竖向受力构件不屈服;框架-剪力墙结构层间位移角控制较好,剪力分配情况没有明显改变;框架结构塑性耗能所占比例最高,剪力墙结构构件塑性耗能所占比例最少。三种结构体系均表现出良好的抗震性能。

土木工程专业毕业设计常见问题探讨与分析

结合混凝土结构课程教学内容,以高层混凝土框架结构为例,对土木工程专业毕业设计过程中常见及疑难问题进行了讨论。重点分析了目前毕业设计过程中较难处理的问题并提出相应的处理方法。同时分析了学生在毕业设计过程中易犯的错误以及容易混淆的概念,提出合理的做法,为改进混凝土结构设计的教学方法以及毕业设计的实践教学提供参考。

增设落地剪力墙对框架结构地震剪力分配的影响研究

为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌机理,验证基于内力分配得到的抗倒塌措施的合理性,设计2组缩尺比例为1∶4的框架结构模型并开展振动台对比试验,单次双向输入地震动峰值加速度为1.0 g,分析地震作用下填充墙-框架结构变形模式和破坏特点,对比分析有、无落地剪力墙框架结构柱间内力分配规律。研究结果表明,填充墙影响框架结构整体变形及柱破坏模式,横向满砌填充墙约束结构扭转变形,即使在双向地震作用下,偏心结构也未发生扭转;由于窗下半高连续填充墙的约束作用,窗间柱抗侧刚度变大,在地震作用下承担的地震剪力是不受半高连续填充墙约束柱的6~8倍;设置落地剪力墙可优化底层柱间地震剪力分配,使框架柱地震剪力分配趋于均匀,避免结构因“凝震聚力”而发生倒塌,实现“大震不倒”。

水域隧道地震响应分析

本文基于Biot动力固结理论和弹性动力学理论,考虑海床(土壤)的两相性、黏弹性人工边界及流(水)-固耦合作用,建立了隧道-土-流体相互作用的力学模型,讨论了P波作用下有无水的情况以及水深、水域隧道埋深、海床土性质和地震波入射角等因素对隧道及其周围海床应力的影响。结果表明:隧道周围海床土的孔隙水压力和隧道内应力随着水深的增加而增加;地震波特性和海床土特性对隧道的内应力和海床土的孔隙水压力均有较大的影响;海床土的渗透性和隧道埋深对隧道的内应力影响较小,而对隧道周围海床土的孔隙水压力影响较大;地震动的入射角对隧道的内应力和隧道附近土层的孔隙水压力均有较大影响。

新型草砖填充墙RC框架柱抗震性能试验研究

为解决普通砌体填充墙为结构构件提供极大的刚度,从而大大降低结构延性和耗能能力的问题,研制了一种低弹性模量和高延性的新型草砖砌块,以代替传统砌块作为填充墙材料。进行了防火材料性能及力学性能测试,并设计无墙框架柱、普通砖墙框架柱、草捆墙框架柱和草砖墙框架柱四种模型进行拟静力试验,对比分析了构件破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力和延性等。研究结果表明:新型草砖与防火材料结合效果好;其材料强度约为普通砌体的1/30~1/50,弹性模型约为普通砌体的1/3000~1/4000,具有良好的可恢复性;草砖墙柱组合构件的延性和耗能能力均高于普通砌体墙组合构件和无墙框架柱构件,且在试验过程中草砖材料不发生破坏。此类新型草砖材料自重轻,可恢复能力强,具有良好的抗震性能,可作为填充墙材料加以应用。

基于实功法的结构刚度效率分析

为提高调整结构刚度的效率,以能量法为基础,采用SAP2000软件建立简单的桁架模型,通过手算和软件计算结果对比,验证了软件虚功图的工作原理,计算出结构各杆件应变能密度,利用结构应变能与刚度之间的关系,可快速准确地调整构件截面,以达到调整结构刚度的目的,并将该方法运用于工程实践中;结果表明,基于能量法的结构刚度调整具有较高的效率。

不同砌筑材料对钢筋混凝土框架的抗震性能影响

为研究不同砌筑材料对钢筋混凝土框架(RC框架)抗震性能的影响,采用有限元分别建立纯框架、加气混凝土砌块和秸秆草砖3种不同类型的填充墙框架有限元模型,考察不同材料、不同砌筑高度对RC框架抗震性能的影响。数值模拟结果表明,不同砌筑高度的加气混凝土砌块对RC框架受力性能影响较大,由于填充墙的存在,柱变为短柱,最大承载力下降约为42%,而秸秆草砖填充墙框架耗能变化率只有3.43%,与纯框架的受力、变形基本相同。与加气混凝土砌块相比,采用秸秆草砖作为砌块,其对RC框架的受力影响较小,秸秆草砖作为填充墙原料优于加气混凝土砌块,建议工程采用秸秆草砖作为砌筑材料。

基于宏观单元的不同特征构件和结构数值模拟

根据建筑结构中各种不同特征构件的力学模型,在截面行为上采用纤维截面模拟结构构件的压弯行为,剪切铰模拟构件的非线性剪切;在构件组装上采用斜压杆模拟填充墙对角受压的特征,采用一维杆单元来模拟水平和竖向承重墙体;并选取不同特征构件的试验模型,建立相适应的数值模型进行计算分析以验证模型的准确性。结果表明,模型具有较好的适用性。进而选取泸定地震中两个力学行为复杂并发生严重破坏的多层建筑,建立结构模型进行计算,分析结果与实际震害基本吻合,不同特征构件的响应也说明了其破坏的原因。该模拟方法可用于分析和预测类似结构的动力响应。

不同类型高层住宅建筑用钢量对比分析

高层住宅建筑用钢量是人们广泛关注的一个重要经济性指标。文章对目前常见的板式建筑和塔式建筑在不同钢筋等级、不同结构体系以及不同层数条件下分别建立计算模型,采用广厦结构CAD进行弹性计算,通过合理的设计及配筋计算,对各条件下结构的单位面积用钢量进行了系统的对比分析。分析结果表明:板式建筑采用框架-剪力墙结构用钢量最少,塔式建筑采用剪力墙结构用钢量最少,建筑层数在10层以上时,框架结构的用钢量较大。

秸秆草砖研究综述

墙体作为结构体系中的重要组成部分,由于刚度大、变形能力差、与梁柱连接方式等原因影响了结构安全。秸秆草砖因其具有轻质、易变形、节能等特性,受到中外学者的广泛关注,对此开展了大量研究,并将其应用于现代建筑中。综述了中外关于秸秆草砖的力学性能、耐火隔热性、节能保温性、防水防腐性及抗震性的研究现状,分析了现阶段存在的问题,提出了未来研究方向的建议。

思维导图在土木工程专业教学中的应用

土木工程专业课程教学难度大,知识点较多,为提高课程教学效率,增强学生自主学习和思考创新能力,在土木工程专业四门重要课程的教学中引入思维导图进行辅助教学。结果表明,采用思维导图的方法可以提高学生学习效率,增强学生自主学习的能力,教学效果良好。该方法可以在土木工程专业各门课程中应用。

应用型本科高校《砌体结构》课程教学改革探讨

根据应用型本科高校办学定位及人才培养方向,结合教学实践,对现阶段砌体结构课程教学内容和教学方法提出改革建议,探索一种突出学科知识体系的完整性和课程内容实践性的教学模式,以培养高素质的土木工程专业应用型人才。