性能结构设计论文

性能结构设计论文（精选12篇）

性能结构设计论文 第1篇

关键词：结构抗震设计,基于性能,地震水准,性能水平

1 前言

目前,世界各国包括我国的抗震设计理论大多采用传统的多级设计思想,如“小震不坏、中震可修、大震不倒”。依此设计思想设计的结构在遇到破坏性地震时,允许出现一定的破坏,但主体结构不能倒塌,确保生命安全。但是,这种抗震设计理论没有考虑到保证中小地震时房屋结构,特别是非结构构件的不破坏;没有考虑到减少地震破坏造成的经济损失和对社会的影响。这种设计理论的实质是以生命安全为单一设防目标的抗震设计理论。

然而,研究人员从1989年美国Loma Prieta地震、1994年美国Northfidge地震、1995年日本Kobe地震、1999年土耳其Kocaeli地震和1999年中国台湾Chi-Chi地震等一系列大地震中认识到,以生命安全为单一设防目标的抗震设计理论可以避免倒塌而不危及人的生命安全,但地震所造成的经济损失即建筑使用功能丧失和震后恢复重建费或所花费的时间可能大大超过社会和业主所能承受的限度,如表1所示[1]。

以上震害表明,随着社会经济的发展和大城市人口密度的剧增,地震所造成的经济损失将越来越严重。实际上,社会和业主对建筑抗震性能有着多层次的要求,设计的建筑在罕遇地震下不仅要能够抵御倒塌,而且还要能够控制经济损失的大小。鉴于此,基于性能的抗震设计(Performance-Based Seismic Design),简称PBSD,于20世纪90年代初兴起。

2 基于性能的结构抗震设计的特点

PBSD实质是对地震破坏进行定量或半定量控制,从而在最经济的条件下,确保人员伤亡和经济损失均在预期可接受的范围内。PBSD实现了结构性能水准、地震设防水准和结构性能目标的具体化,并给出了三者之间明确的关系。与现行抗震设计理念相比,PBSD具有如下主要特点。

1)多级性。PBSD提出了多级性能水准设计理念。虽然在用小震、中震和大震或更细的划分来确定地震设防水准或等级与现行抗震设计规范相似,但PBSD既要保证建筑在地震作用下的安全性,又要控制地震所造成的经济损失。而且非结构构件及其内部设施的损伤或破坏在经济损失中占有相当大的比重,在设计时将亦进行全面分析。

2)全面性。结构的性能目标不一定直接地选取规范所规定的性能目标,可根据实际需要、业主的要求和投资能力等因素,选择可行的结构性能目标,而且设计的建筑在未来地震中的抗震能力是可预期的。

3)灵活性。虽然PBSD对一些重要参数设定最低限值,例如地震作用和层间位移等,但PBSD强调业主参与的个性化,给予业主和设计者更大的灵活性,设计者可选择能实现业主所要求的抗震性能目标的设计方法与相应的结构措施,因此,有利于新材料和新技术的实际应用。

3 基于性能的结构抗震设计的研究内容

与传统结构抗震设计类似,基于性能的结构抗震设计也须确定以下三个方面的内容。

3.1 地震水准的划分

虽然在用小震、中震和大震或更细的划分来确定地震设防水准或等级上,PBSD与现行抗震设计规范相似,但PBSD既要保证建筑在地震作用下的安全性,又要控制地震所造成的经济损失,而且非结构构件及其内部设施的损伤或破坏在经济损失中占有相当大的比重,在设计时将亦进行全面分析。

Smith K G(2001)提出将PBSD地震设防水平分为5类,如表2所示[2]。门进杰,史庆轩等(2008)则提出"中小震"的地震作用水平概念,进而提出"四水准"的抗震设防目标[3]。

基于目前对地震动研究的局限,抗震设防水平还只是基于按不同的地震动加速度(与地区设防烈度相对应)取值来设防。同时,实际地震时的加速度、速度、位移、持续时间、场地的卓越周期和结构的振型等对结构的安全性均有很大的影响。所以,为准确的实现以上参数对结构性能的影响,PBSD需要做进一步地研究。

3.2 结构抗震性能水平的划分

结构抗震性能水平划分是反映业主的参与设计,给予业主和设计者更大的灵活性,设计者可选择能实现业主所要求的抗震性能目标的设计方法与相应的结构措施。但正是因为这样,目前国内外关于结构抗震性能水平的划分多种多样,很难达成统一的认识。

其中主要有美国FEMA356的正常使用、立即使用、生命安全和防止倒塌四类[4];SEAOC Vision2000则将结构抗震性能水平划分为完全正常使用、正常使用、生命安全和接近倒塌四类[5];日本新的建筑基准法则划分为最大地震动水平下的生命安全和结构寿命周期内地震动水平下的限制破坏两类[6];我国《建筑工程抗震性态设计通则》(试用CECS 160:2004)将性能设计划分为充分运行、运行、基本运行、生命安全和接近倒塌五类[7],各性能水平下结构性能特征描述如表3所示。

3.3 设计计算方法

从表3可以看出,PBSD主要是对不同地震水准下,满足业主所要求的不同结构性能水平进行设计。而对性能水平的判断标准,目前国内外普遍采用的指标是层间位移。所以,为大家普遍接受的方法是静力弹塑性分析方法(即Pushover方法),该方法是介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的一种对结构抗震能力进行评估的方法,通过对关键单元或重要构件的变形做近似的估计,发现一些设计中潜在的不利因素(如强度或刚度突变等),找出结构可能发生大变形的部位,以及评估结构的整体稳定性和传力途径等。和传统的抗震静力方法相比,静力弹塑性分析方法考虑了结构的弹塑性性能,并将设计反应谱引入了计算过程和计算成果的解释;同时保留了动力弹塑性分析的一些优点,并大大减少了计算工作量。

美国抗震设计规范FEAM-450[8]以及欧盟抗震规范[9]均把静力弹塑性分析方法作为建筑结构在抗震作用下的主要分析方法之一。我国现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)3.6.2条明确规定对于不规则且具有明显薄弱部位可能导致地震时严重破坏的建筑结构,可根据结构特点采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析方法。

1996年,美国ATC-40是较早较为全面地介绍Pushover方法的标准之一[11],其基本假定主要有:

1)结构的地震反应仅由结构的第一模态控制,即将一般为多自由度体系(简称MDOF)的实际结构地震反应转换为等效单自由度体系(简称ESDOF)地震反应,如图1所示。

2)在每一加载步内,结构沿高度的变形由形状向量{φ}表示,如图1所示,在整个地震作用过程中,不管结构的变形大小,形状向量{φ}始终保持不变。

3)楼板在自身平面内的刚度无限大,平面外度可不考虑。

早期的Pushover方法本质上只适用于以第一态为主的结构,对于高层结构的高阶模态响应未加以考虑。为此,不少学者主要从以下几个方面提出了改进:(1)修正水平荷载施加模式;(2)考虑高阶模态的影响;(3)修正形状向量。这其中最为典型的是Chopra(2002)提出的模态Pushover方法[12]。

可以肯定的是,随着研究的不断深入,Pushover方法将不断完善,最终成为解决PBSD计算问题的首选方法。

4 结论

PBSD是抗震设计理念上的一次变革,它强调的是结构设计的“个性”化,这使得传统的“共性”化设计将随着业主和设计人员个性化的要求而变得丰富多彩。PBSD涉及结构抗震设计的各个方面,对工程结构的设计和发展有重要的理论和实际意义。

然而,PBSD对研究人员、设计师、业主和设计规范等都提出了许多新的问题,其中不少观点还未达成共识,尚处于发展中,不具备全面推广实施的条件。主要有:

1)地震设防水准时结构性能水准的量化;

2)需建立结构使用功能丧失和损伤之间的定量关系;

3)建筑内部设备性能也需利用损伤指标加以定量化;

4)将可靠度理论真正应用于PBSD中,需考虑很多不确定因素。

合理温室设计提高保温性能 第2篇

寿光市泽农温室工程有限公司内部材料：

日光温室的热量来源主要是太阳辐射能.一方面需考虑让尽可能多的太阳辐射能进入室内，另一方面要使进入室内的热能尽量减少向外散失，也就是说温室采光、保温性能要好。提高温室保温性能可以采取以下措施：

(1)温室的后墙和后坡是寒风侵袭的主要部位，保温性能好坏对温室内温度影响很大。因此后墙外要增加培土，培土层的厚度相当于当地冻土层的厚度，以达到最大限度地降低导热系数，减轻温室内热量的散失。后坡上采用多层保温轻体材料，如秸秆、稻草等，并适当随天气变化增加厚度，降低热传导率。

(2)后墙外夹设风障，并在后墙与风障外填满乱草、稻壳，以减轻风势。

(3)日光温室前屋面覆盖的塑料薄膜最好选用0.1毫米左右厚的聚氯乙烯薄膜。这是因为聚氯乙烯膜对于地面反射的长波辐射透过率小于聚乙烯薄膜.所以保温能力前者大于后者。

(4)前屋面外部在夜间覆盖草苫、纸被等保温材料.高寒她区环可以考虑覆盖棉被。

(5)温室内使用多层覆盖。有条件的可以覆盖无纺布内保温幕，无条件的可用聚乙烯塑料薄膜代替，即在温室棚膜下面20-25厘米处纵向或者横向拉几道细铁丝，铁丝上面铺塑料薄膜，夜间展开，白天拉向两边，室温可提高2℃。在此基础上，地面再扣小拱棚，保温效果更好.又可增温2一4℃。

(6)在温室前窗外侧设防寒沟、防止室内土壤向外传热。防寒沟距前窗10厘米，沟深30-40厘米，宽30厘米，沟内填入炉渣、乱草、马粪、稻壳等物，踏实后盖土封严,盖土厚15厘米以上。

性能结构设计论文 第3篇

混凝土强度设计等级为C40P12，按照国家标准规定，其混凝土配制强度应为fcu0=fcuk+1.645σ=49.9MPa，抗渗设计为P14。

2 原材料

P.042.5水泥，福建炼石；高效减水剂（TQ-1），福州同强；引气剂(SJ-2 )，上海产；碎石 (粒径5～31.5mm)，龙海；中砂（细度模数2.5），闽江砂；粉煤灰（I级）同安电厂。

3 试验及其结果与讨论

3.1粉煤灰掺量的确定

在中国粉煤灰作为传统的矿物掺和料应用在混凝土中已经30多年了，其品质及其均匀性是保证混凝土质量的前提。粉煤灰在高性能混凝土中的掺量，根据其品质、均匀性和混凝土设计要求的不同而适当调整。

本混凝土配合设计先根据委托方长春建工集团有限公司环东海域火炬工业园项目部要求，确定混凝土的基准配合比，然后按超量取代法用粉煤灰置换部分水泥，超量系数为1.2，经过抗压强度试验确定粉煤灰的最终掺量，试验配合比及结果如下：

1.基准配合比设计

1）水灰比的确定

已知水泥28天抗压强度为45.8MPa

由此可知

W/C=0.46×45.849.9+0.46×0.07×45.8 =0.41

2）用水量的确定

根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可查《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2000表4.0.1-2得

mw=195kg/m3

3）水泥用量的确定

mc=195÷0.41=475 kg/m3

4）砂率的确定

根据粗骨料的品种、粒径及水灰比，其砂率可查《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2000表4.0. 2得

βs=38%

5）基准配合比计算（体积法）

本工程取ρc=3100kg/m3, ρs=ρg=2650kg/m3,ρw=1000 kg/m3

4753100 + mgo2650 +mso2650 +1951000 +0.01α=1 (1)

38%=msomso+mgo ( 2)

由(1)和( 2)可得 mso=654kg/m3 mgo=1056 kg/m3

因此该基准配合比为

mwo : mco : mso : mgo =195:475:654:1056

2. 粉煤灰掺量不同时混凝土配合比设计(体积法)

取粉煤灰表观密度为2200 kg/m3

1）粉煤灰掺量为5%时

mc=mc0×（1-5%）=475×（1-5%）=451 kg/m3

mf= mc0×5%×k=475×5%×1.2=28 kg/m3

超量系数k=1.2

ms= mso- mco×5%×（K-1）2200 ×2650=616 kg/m3

mgo=1056 kg/m3

因此粉煤灰掺量为5%时的设计配合比为

mw : mc :mf ms : mg =195:451:28:616:1056

用同样的方法计算出粉煤灰掺量不同时的配合比设计,详见表1

表1粉煤灰掺量不同的混凝土的配合比设计

粉煤灰掺量(%)配合比设计

水水泥粉煤灰砂碎石

019547506541056

5195451286161056

10195428575791056

15195404865421056

201953801145051056

251953561424671056

根据表1中配合比设计分别进行实验其结果如表2

表2粉煤灰掺量不同的混凝土的配合比实验结果

配合比粉煤灰掺量

（%）坍落度

（mm）抗压强度（MPa）

3d7d28d60d

mw : mc ms : mg =195：475：654：105605028.437.047.552.6

mw : mc :mf ms : mg =195：451：28：616：105656526.735.549.265.3

mw : mc :mf ms : mg =195：428：57：579：1056107025.133.651.660.8

mw : mc :mf ms : mg =195：404：86：542：1056159024.632.154.365.5

mw : mc :mf ms : mg =195：380：114：505：1056208021.428.350.160.3

mw : mc :mf ms : mg =195：356：142：467：1056257019.625.843.155.7

由表2可知，粉煤灰混凝土的抗压强度与测试龄期有着密切的关系，随着混凝土养护龄期的增加，混凝土的抗压强度也同步增长。由于粉煤灰的火山灰活性反应在水化后期才显示出来，故粉煤灰混凝土的早期强度发展缓慢，由上表2可知粉煤灰混凝土的3d、7d抗压强度略低于不掺粉煤灰的基准混凝土；在水化后期，粉煤灰与水泥水化产物Ca(OH)发生二次反应生成低钙硅比的C—S—H 凝胶体等产物，增加了混凝土密实度[1]，提高了后期强度，所以混凝土的28d、60d抗压强度高于不掺粉煤灰的基准混凝土，并且由表2可知当粉煤灰掺量为15%时，混凝土的28d、60d抗压强度最高，因此本项目中粉煤灰的最佳掺量为15%。由表1可知采用超量取代法在混凝土中利用粉煤灰替代水泥，当粉煤灰掺量为15%时，1m3混凝土水泥用量为404 kg，与不掺粉煤灰时水泥用量475 kg相比，1m3混凝土大约节省水泥70kg；因此选用粉煤灰的最佳掺量为15%时的配合比为其配合比，即mw : mc :mf ms : mg =195：428：57：579：1056。利用粉煤灰替代水泥不但节约资金、降低建筑成本同时也弥补了粉煤灰混凝土早期强度低的缺点。

3.2外加劑掺量的确定

目前，高效减水剂和引气剂已成为配制高性能混凝土的必须组分。高效减水剂使混凝土水泥用量和用水量大大进一步降低，同时使硬化后的混凝土密实度大大增加，从而也提高了混凝土的耐久性，

3.2.1高效减水剂掺量的确定

根据设计的强度C40P12和泵送坍落度（180±20）mm的要求，选择适当的高效减水剂的掺量，在满足坍落度和强度的要求的同时尽量节省用量以保证混凝土经济实用性，本工程在选用煤灰的最佳掺量为15%时的配合比（mw : mc :mf ms : mg =195：404：86：542：1056）为其基准配合比的基础上，采用3.1的试验方法做了5组实验，进而确定了高效减水剂的最佳掺量，配合比试验数据见表3所示

表3 高效减水剂掺量不同的混凝土的配合比

基准配合比减水剂

（%）坍落度（mm）用水量

（Kg）抗压强度（MPa）

mc :mf ms : mg初始60min3d7d28d

404：86：542：10561.614010018521.832.644.2

1.815010518022.233.445.5

2.019016017525.238.651.4

2.120018017523.937.850.5

2.221018517423.440.752.2

由表3可知当高效减水剂掺量为2.0%时混凝土的坍落度和强度性能达到设计要求

3.2.2引气剂掺量的确定

在混凝土掺入一定量的引气剂所产生大量微气泡，可以提高混凝土的抗渗能力，进而提高混凝土的耐久性。根据混凝土的抗压强度和抗渗能力，本工程也同样用3.1的试验方法做了6组试验，进而确定混凝土中引气剂的掺量。配合比试验数据见表4所示

表4引气剂掺量不同的混凝土的配合比

基准配合比减水剂

（%）引气剂

（%）抗压强度（MPa）含气量

（%）达到抗渗等级P

mw : mc :mf ms : mg3d7d28d

175：404：86：542：1056

2.00.02024.638.451.63.0P12

0.02525.238.852.73.4P12

0.03026.339.654.44.5P14

0.03526.939.855.25.5P14

0.04026.139.254.25.9P14

0.04522.635.948.16.5P10

由表4可知，随着混凝土引气剂掺入量的加大混凝土的含气量不断的加大对混凝土的强度有所提高，但当混凝土的引气剂超过0.035%含气量超过5.5%后，混凝土的强度有所下降当混凝土中引气剂的掺量为0.035%，混凝土的含气量为5.5%混凝土的抗压强度最高，值为55.2 MPa；因此该混凝土配合比引起剂的最佳掺量为0.35%。

该混凝土配合比在环东海域火炬工业园项目中，浇筑总量为1300多方的冷却塔基础混凝土，经验收混凝土平均强度达到设计强度的115%，抗渗性能也达到了设计要求，得到了施工方长春建工集团有限公司环东海域火炬工业园项目部和业主的一致好评。

4结论

(1)利用粉煤灰、高效减水剂、引气剂可以试配出性能优良的C40P12F150高性能混凝土。当粉煤灰掺量为15%，减水剂掺量2.0%，引气剂0.035%，混凝土28d强度、混凝土抗渗性能均达到了设计要求，混凝土具有良好的耐久性。

(2)利用粉煤灰、高效减水剂、引气剂配制高性能混凝土，1m3混凝土大约节省水泥70kg，混凝土坍落度提高了80mm从而节约了建筑成本。

(3)掺入粉煤灰的混凝土，随其掺量的增加，混凝土前期强度呈下降趋势，应设法提高混凝土的早期强度来满足高性能混凝土的要求。采用粉煤灰与高效减水剂的配合使用其7d，28d后的力学性能良好，完全能满足施工进度和验收需要。

参考文献

1.《普通混凝土配合比設计规程》JGJ 55-2000 中华人民共和国行业标准

1.袁兴信，苏 胜，苏勇强.大掺量粉煤灰高性能混凝土性能研究.煤炭工程[J],2006,5,73—75

2.高性能混凝土技术，中国工程建设信息网

3.高培伟，张德成，冯乃谦．磷渣超细粉对高性能混凝土强度与耐久性的影响[J]．山东建材学院学报，1998，12(1)：130—133

软件的性能设计 第4篇

关键词：软件,性能设计,架构设计

1 序言

对于大型应用系统而言,系统的性能显得极为重要。这里的性能主要指稳定性和运行速度。功能再强,而性能很差,频繁宕机,系统便失去了可用性。因此,性能设计是软件中必不可少的组成部分。本文结合笔者在大型B/S架构应用系统的设计经验,谈一谈软件性能设计的基本方法。

2 性能设计的误区

关于软件的性能设计,通常有两个误区:

第一个误区:性能问题可以依靠更好的计算机硬件和系统软件来解决。

在设计系统前,系统设计师得到的信息可能是:不用担心软硬件问题,我们用的都是最好的。而实际可能的结果是:内存不够就加大,PC服务器不行就换小型机,Windows操作系统不行就改为Linux或者UNIX,但出现的性能问题却不一定有显著的改观。

事实上这种做法是很盲目的,要知道无论什么编程语言都可以写出让系统崩溃的程序来。

第二个误区:系统的性能可以通过系统优化来实现。

通常的做法是先不管性能,尽快实现功能,等到系统测试或试运行的时候再调优。其实,这个做法是不可取的。因为系统优化是一种事后行为,依靠的是数据库、应用服务器的调优能力,虽然能在一定程度上解决问题,但是一旦遇到它们也无能为力的情况,我们就需要花费巨大的代价来解决。

这两个误区产生的后果往往都是事后补救的时候才发现无可奈何,因为没有事先建立起性能问题的预防机制。

有句话说得好:设计使然!有什么样的设计就有什么样的结果,没有设计就别指望会有满意的结果。好的性能也是设计出来的。因此真正可取的做法是在软件设计的过程中完成性能设计,而不仅仅是在测试或试运行的过程中调试,测试过程或试运行过程应当是检验性能设计效果的过程。

3 性能设计的基本要求

孙子兵法云:知己知彼,百战不殆。

首先,必须了解性能目标。

性能目标源于用户需求,但这些需求往往是隐藏的或是潜在的需求,如果没有被识别出来,可能就会被设计师所忽略。

对于大型的B/S架构的应用系统,设计师应注意弄清楚以下一些基本问题:

3.1 数据形态、数据规模和增长速度

数据是以文件形式居多还是以数据库形式居多?这决定了数据的访问效率,以及是否需要专门的文件服务器或数据库服务器。

数据是集中存储还是分散存储?集中存储有利于集中管理,但服务器的压力较大,这时需要重点考虑服务器的运行效率。而分散存储虽然可以缓解服务器压力,但是会增加数据同步的难度,影响数据交换的质量,这时需要提高设计质量以避免数据损失。

总的数据量在怎样的数量级?记录数是十万、百万、千万还是更多?这个数量级决定了应该选择什么样的数据库系统,以及需要在多大程度上考虑性能设计。记录数较少,一般的数据库服务器都可以轻松应付,但是对于千万级的记录量,就要综合运用多种设计方法了。

数据的增长速度怎样?每天或每月会以怎样的一个数量级增长?这个数量级决定了应重点设计性能的哪个方面。对于生产型系统(以采集数据为主),数据的增长速度较快,应重视设计其存储效率;对于决策支持型系统(以统计分析为主),数据常以静态方式存在,应重点设计其检索效率。数据的增长速度还决定了系统在多久后必须考虑扩容,以及应该准备什么样的备份策略。

3.2 用户的数量

设计师应当清楚系统有多少现实的和潜在的用户。用户数量在一定程度上决定了系统现实的压力情况和未来可能的压力情况。如果用户数量上千甚至上万,就要重视在应对访问压力方面的性能设计了。

3.3 系统的并发访问量

系统运行速度变慢甚至宕机往往是发生在并发访问量较高的时候。因此,有必要弄清楚并发访问量发生在每天的哪个时段,最高能够达到多少,突发情况会达到多少。这几个数值是性能设计的依据,也是性能测试的依据。

对于一个生产型系统而言,有24小时持续压力的,但是多数都是8-12小时的。如果某几个时段压力过大,可以考虑让用户分时段使用系统,将压力分摊到不同时段去。

3.4 网络状况

网络状况常常被忽视。通常,在开发环境下,网络状况都是理想的,网速很快很稳定。但是在实际环境下并非如此,因为网络上需要部署各类防火墙、入侵检测、防病毒等软硬件,网速和稳定性上会受到一定程度的影响。在理想条件下做出的设计可能不会满足实际的需要。

如果网络状况不好,意味着用户不见得能够正常完成系统的某些操作。这时,设计师应加强系统的容错性设计,避免数据的异常丢失。

其次,要清楚地了解系统运行的软、硬件环境。

这些环境就如同战场上的地形,如果对地形不熟悉就不容易发挥地形的优势,弄不好还会陷入不利境地。如果系统需要在不同的环境下运行,那么还必须注意环境之间的差异。

具体地说,设计师应注意以下关于运行环境的问题:

3.5 操作系统

在Java平台上,比较常见的开发方式是:在Windows操作系统上开发,然后移植到Linux或者Unix操作系统上运行。前者可以保证开发效率,后者则可提高安全性和运行效率,但是应事先了解操作系统之间的差异,否则会遭遇难以逾越的障碍。

比如,很多Linux和Unix操作系统都不安装窗口系统,甚至完全是西文的。如果你在Windows环境下所做的设计恰好用到了窗口系统的功能(如图形、字体),移植到这样的Linux或Unix环境下就会出现异常。

此外,它们与Windows操作系统默认的字符集也不同,这会影响到文件的读写。

3.6 数据库

如果要设计一个适用于不同数据库类型(如Oracle和SQL Server)的系统,可移植性是设计师必须面对的问题,特别要注意这些数据库之间的差异,在SQL语法和所使用的函数方面可能会引起问题。如果确实必须用到它们的特性,就有必要提供一个集中处理这种差异的机制。

另外一个需要重视的是数据库的字符集。使用中文字符集还是西文字符集,如果标准不统一可能会导致乱码出现,这就是一个正确性的问题了。

3.7 应用服务器

应用服务器(如WebLogic、Tomcat)虽然原理上基本相同,但性能上却各有千秋。

在选定应用服务器类型的情况下,应注意发挥其优势,充分利用其性能调优的功能,同时避免其短处,不要让系统的缺陷影响系统性能。

再好的应用服务器,也是人一行一行代码写出来的,因此,它难免存在一些缺陷。很多应用服务器的补丁一打再打,多数是解决各类性能问题的。设计师应了解这些缺陷,从而避免掉入“陷阱”。

再次,要掌握必要的设计方法和辅助工具。

“工欲善其事,必先利其器”,借助常用的设计方案和辅助工具,可以使得设计师的工作更有效。对于一些常见的性能问题,都有一些通用的设计方案,就如同下棋中的“定式”,了解这些方案有助于提高工作效率。

计算机技术发展至今,对于常见的具体问题,已经积累了大量成熟的算法、组件和工具,设计师要能够活学活用这些知识,把它们组合起来,发挥更大的威力。

同时,也要求设计师具有一定的分析和计算能力。

其实,运算速度是可以计算出来的。众所周知,快速排序算法在大多数情况下比冒泡排序算法更快,这不光是实验的结果,还是理论计算的结论。

这要求设计师具备一定的数学知识,具备一定的推理能力。在这一点上不像数学本身那样严格要求准确,只要理论值接近实际值即可,这样可以估计出系统在真实环境下的性能情况。

4 性能设计的主要方法

有了性能目标和运行环境,剩下的就是我们如何发挥主观能动性,借助“地利”,给出创造性的设计方案了。

4.1 要消除影响性能的结构性问题

前面分析了可能影响系统性能的各种因素,有些只影响到系统的局部,而有些则会影响全局。这些影响全局的因素会造成结构性问题,这些因素必须被首先消除。

结构性问题是致命的,就如同一幢楼房,如果整体结构上有问题,不但会有大厦将倾的风险,甚至根本无法建立起来这个系统。关于这一点,在运行环境和系统压力方面尤其要注意。

对于影响系统性能的因素,可以按照重要程度从高到低排序,优先解决那些重要程度较高的问题。

4.2 要分析并找出可能的性能瓶颈

这些瓶颈是性能设计的关键部位,通常是在局部发挥作用。应着重找出那些被频繁访问或运行复杂数据处理的部分,改进这些部分设计可以达到事半功倍的效果。

在B/S架构的应用系统中,以下情况可能产生性能瓶颈:

●数据库中关联的表过多(如超过5个)或者一次要求返回的记录数太多(如超过1000条)可能会在数据库运算方面产生瓶颈,因为表的关联会导致指数级增长的笛卡儿积运算,遍历太多的记录也比较费时。

●应用服务器中的共享资源(如数据库连接池、线程池、缓存)在高并发条件下可能会产生访问冲突的瓶颈。在Java语言中,有比较著名的“线程死锁”,应用服务器会因此宕机。在高并发条件下,应借助一些辅助方法,才能有效解决这个问题。

●一次请求返回的数据量太大(比如超过2兆字节)可能会产生网络传输的瓶颈,速度会明显变慢。如果数据量确实较大,则需要考虑使用压缩技术。

4.3 将特定的性能问题分解到不同的系统组件来解决

在典型的B/S架构下,数据需要流经客户端、网络、应用服务器、数据库服务器等诸多环节,任何一个环节压力过大都可能造成阻塞。

一般地,当客户端发出一个请求,用户可以接受的等待时间也就是3到5秒钟。任何阻塞都可能会延长等待时间。因此,对于那些频繁使用的功能,系统应在数据流经的每个环节上进行优化设计,以提高总体响应速度。

笔者就曾经遇到这样一个例子。某个大数据量的统计功能,设计师把计算功能完全交给数据库,写了400多行的SQL语句,耗时数分钟才给出计算结果。后改为在应用服务器中执行两条简单的SQL语句并组装数据,数据库服务器仅负责基本数据的提取,应用服务器负责数据的转换,整个过程耗时只有几十毫秒,速度提高了好几个数量级。

“平衡才健康”,在性能设计中尤其如此。

4.4 建立模型

做性能设计也需要做试验,越是规模大的系统越是需要这个步骤。试验的对象就是为此建立的模型。

模型是基于理论创建的,它瞄准的是系统的设计目标,依托的是系统的运行环境,并综合运用了各种数据结构、通用的或定制的算法和处理模式,因此是为特定系统量身订做的,我们甚至可以计算出模型定量的性能指标,在理论上具有一定的可靠性。

对于软件系统,已经有很多成熟的模型可供参考。但是正如世界上找不到两片相同的叶子一样,每个软件系统都有其个性,那些成熟模型只能作为局部的参考,需要在其基础上进一步改进。

实践是检验真理的唯一标准,对于建立的模型还需要不断地做试验。试验的目的就是检验模型能够在多大程度上满足性能设计要求,从而进行不断地改进。这样的模型才是稳定可靠的,是能够经得起考验的。

你可能会问:现在软件开发追求的是效率——以最快的速度完成系统建设,如果试验这样做下去,系统什么时候才能上线啊?

事实证明:磨刀不误砍柴工。真实的运行环境不是试验场所,那时再出问题,延误的将不仅仅是工期!

4.5 应避免掉入系统软件固有缺陷的“陷阱”

任何软件都会有长处,设计师应设法让这些长处得到充分发挥。任何软件也都难免有缺陷,设计师要做的是预防这些缺陷发挥作用,如果控制不好会有适得其反的结果。

笔者在这方面吃过苦头。我们在2006年设计上海市房屋土地资源管理局某大型B/S架构的业务系统时,上线运行时发生断断续续的宕机情况。由于“相信”系统软件的性能“应该不会有问题”,我们一直从自身设计上找原因。

这个系统的用户量超过一万,数据量是千万记录级的,还跟其他几个系统有接口,因此开始的时候我们怀疑是系统无法承受压力所致,所以不断优化算法,进行持续的压力测试,但耗时良久却状况依旧。事实上,经不断观察我们发现:系统在每次宕机前压力并不大,应该不是压力造成的。

最终我们把怀疑的目光放在系统软件上,原来是应用服务器软件的一个自身缺陷造成的,打上最新的补丁之后再也没有宕过机。我们花了四个月完成了系统的开发,却花了六个月才查出这个问题,这笔学费可真是够高的!

有鉴于此,设计师必须了解各种系统软件的优势和缺陷,扬长避短,才能达到良好的性能要求。

5 结束语

数控机床的结构性能要求 第5篇

JC35导读：机床本体是数控机床的主体部分。来自于数控装置的各种运动和动作指令，都必须由机床本体转换成真实的、准确的机械运动和动作，才能实现数控机床的功能，并保证数控机床的性能要求。

经济型数控机床的机床本体由下列各部分组成：

（1）主传动系统，其功用是实现主运动。

（2）进给系统，其功用是实现进给运动。

（3）机床基础件，通常指床身、底座、立柱、滑座、工作台等。其功用是支承机床本体的零、部件，并保证这些零、部件在切削加工过程中占有的准确位置。

（4）实现某些部件动作和某些辅助功能的装置，如液压、气动、润滑、冷却以及防护、排屑等装置。

（5）实现工件回转、分度定位的装置和附件，如回转工作台。

（6）刀库、刀架和自动换刀装置（ATC）。

（7）自动托盘交换装置（APC）。

（8）特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检测和监控装置等。

其中，机床基础件、主传动系统、进给系统以及液压、润滑、冷却等辅助装置是构成数控机床的机床本体的基本部件，其他部件则按数控机床的功能和需要选用。尽管数控机床的机床本体的基本构成与传统的机床十分相似，但由于数控机床在功能和性能上的要求与传统机床存在着巨大的差距，所以数控机床的机床本体在总体布局、结构、性能上与传统机床有许多明显的差异，出现了许多适应数控机床功能特点的完全新颖的机械结构和部件。

经济型数控机床是一种高精度、高效率的自动化加工设备。尽管数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，但仍然为机械制造厂家所普遍采用并取得很好的经济效益，其原因在于数控机床能自动化地，高精度、高质量、高效率地解决中、小批量的加工问题。数控技术、伺服驱动技术的发展及在机床上的应用，为数控机床的自动化、高精度、高效率提供了可能性，但要将可能性变成现实，则必须要求数控机床的机械结构具有优良的特性才能保证。这些特性包括结构的静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性及运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度等。机床在加工过程中，受多种外力的作用，包括运动部件和工件的自重、切削力、驱动力、加减速时的惯性力、摩擦阻力等。机床的各部件在这些力的作用下将产生变形，如各基础件的弯曲和扭转变形，支承构件的局部变形，固定连接面和运动啮合面的接触变形等。这些变形都会直接或间接地引起数控刀具与工件之间产生相对位移，破坏刀具和工件原来所占有的正确位置，从而影响机床的加工精度和切削过程的特性，所以，提高机床的静刚度是机床结构设计的普遍要求。数控机床为获得高效率而具有的大功率和高速度，使它所承受的各种外力负载更加恶劣，而且加工过程的自动化也使得加工误差无法由人工干预来修正和补偿，所以，数控机床的变形对加工精度的影响会更为严重。为了保证数控机床在自动化、高效率的切削条件下获得稳定的高精度，其机械结构应具有更高的静刚度，有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50％。

性能结构设计论文 第6篇

关键词：超限高层建筑；抗震设计；抗震性能

引言

城市化进程的快速发展使超限高层建筑的数量与规模越来越大。我国的国土虽然辽阔，但是地质条件却相当的复杂而且经常会发生自然灾害，例如汶川地震、雅安地震等，所以建筑的抗震性能已经引起了人们的高度关注。起提高超限高层建筑抗震性能设计的水平必须从超限高层建筑发展的目标和判断标准方面入手，并根据建筑物的实际情况，采取有效的设计策略。

1. 分析超限高层建筑基于性能抗震的设计

1.1超限的定义

按照有关规定高层建筑是指10层以上的建筑，也包括超限高层的建筑。判断是否属于超限高层建筑的依据是根据其的高度和相关规定的限额来进行比较。比较的内容有高宽的超限比、竖向规则和平面规则的超限等三个方面。

1.2分析超限高层建筑基于性能抗震设计的思想内容

一直以来，世界各国指导高层建筑的抗震思想标准是“小型地震不会坏、中型地震可以修、大型地震不会倒”。经过时间和事实的证明，这种指导标准是最为合理的。但是，该思想只重视建筑物不倒的抗震性能，而忽视了大震对建筑物结构功能带来的影响，所以这也会造成严重的社会经济损失，因此，在超限高层建筑基于性能抗震的设计必须要重视。那么清楚基于性能建筑设计的原理是十分重要的，基于性能的建筑设计主要是以抗震为基础来指导整个建筑设计的，因此为了保证即使在地震作用下建筑结构体系的结构功能也不会发生改变，就需要规范好结构体系的布置设计、结构体系的使用和质量的把握几方面的内容。

1.3关于超限高层建筑抗震性能的水准

根据我国现行的规定，关于超限高层建筑抗震性能的水准有以下几方面的内容：一是，建筑结构的完整性在地震过后依然可以保持而且是不需要进行任何的修复就可以继续使用的；二是，建筑结构的完整性得到了保证，但是发生了轻微的裂缝，这种裂缝不会影响建筑物的安全使用，因此可以不用修复就可以继续使用；三是，保持了建筑重要结构的完整性，只需修复其他部位的裂缝就能再次使用；四是，建筑的重要结构发生了轻微的破损，而其他结构的破损程度达到了中等的程度，所以建筑物只需要少许的修复就可以再次使用；五是，建筑重要结构的破损达到了中等的程度，而其他结构的破损也达到了中等或以上的程度，建筑物必须要进行加固修复才能使用；六是，建筑重要结构的破损达到了中等或以上的程度，而其他结构的破损度非常严重，随未倒塌但是严重威胁人们的人身安全。

2.分析我国超限高层建筑基于性能抗震设计的缺陷

经济水平在一定程度上决定了国家科学技术的水平。在我国，受到经济水平的发展，在实际的建筑过程中，超限高层建筑基于性能抗震的设计还不能解决存在于建筑过程中的问题；而且，由于人们对建筑物功能的不同需求复杂化了超限高层建筑的设计，在对建筑结构进行可行性评估时是根据相关的试验来获取评估结果的，这样就会在实践操作中难以实施；由于时代的发展需要对每栋高层的建筑进行创新性的设计，这就增加了界定超限高层建筑抗震性能水平的难度，而且由于各种的原因，需要提高超限高层建筑的分析计算方法。所以，在超限高层建筑的设计中，基于性能的抗震设计是最为合理的。

3.基于性能抗震设计的方法

在实际设计中应用基于性能抗震的设计有两种方法：基于传统的设计方法和接基于位移进行设计。第一种方法在目前的建筑设计中应用最广泛，设计人员也比较熟悉。这种方法的设防指导原则是：小震不坏、中震可修、大震不倒。而设计的方法主要有：设计要根据处方形式或指令性的规定来进行；小震的弹性设计、概念设计和对部分结构进行大震变形的验算等。但是这种方法有明确的规则性和适用高度限制，存在较大的局限性，有时不能适应对新技术、新资料以及新结构体系的发展的适应性比较差。第二种方法虽然比较少用而且设计人员也没有完全掌握，但是就提供了可行的方法给实现高层结构设计，这对有技术的进步创新大有好处。这种方法的設防指导原则是：干预期的性能目标的提出要根据受震影响度和使用功能的类别来进行的，包括各种如结构与非结构的以及设施的具体性能；具体工程预期目标的最终选择是由业主来决定的。相比传统的设计方法，由于该设计方法采用的结构性能指标是结构位移，因此整个的设计过程完完全全地被改变了，设计的变量直接选择了目标位移，此位移的结构有效周期是通过设计位移来计算出来的，结构的有效刚度也是根据此依据来进行计算，这样就可以计算出此时结构基底的剪力，然后再来分析结构使配筋的设计更加具体化。

基于性能的抗震设计的优点有：可以具体量化三水准设防要求的性能目标及水准，在设计中，对性能水准判别的准则和性能目标的选用的实施要特别强调并要进行更加深入的论证分析。然而基于性能抗震的设计需要研究解决的问题仍比较多，尤其是在地震大小的确定性和计算模型及参数的正确性的问题。但是，值得肯定的是，由于技术的进步和深入的研究必定会提高高层建筑的抗震性能的，那么超限高层建筑的安全性就得到有效的提高。

4.结论

由此可见，基于性能抗震设计的方法应用于超限高层建筑中是一个必然的发展趋势。在高层建筑的宽高度的有关规则中，限制性比较少，提高了超限高层建筑的设计的灵活性。因此，在今后较长的时期里，超限高层建筑结构基于性能的抗震设计都是高层结构抗震研究发展的方向。

参考文献：

[1]宫方武，玉琢. 浅谈高层建筑结构抗震设计[J]. 硅谷，2011，（10） .

[2]赵媛. 高层建筑的抗震设计及减灾措施[J]. 建筑，2010，（22） .

车桥制动性能设计优化 第7篇

良好的汽车制动性能是汽车安全行驶的重要保证。车桥是汽车底盘的关键部件, 也是车辆制动过程中的执行元件, 因此车桥在设计和制造过程中对制动元件要严格控制, 制动力要经过严格计算, 并对制动性能做全方位的试验验证。明白了汽车制动跑偏的原因, 在设计过程中就能有针对性地控制车桥的零部件, 使车桥质量大幅度提升, 更重要的是减少车辆制动跑偏故障, 提高行车安全系数。

近年来, 国内汽车市场涌现出众多乘用车系列, 尤其以S U V、轻型载货汽车较为突出, 通过对终端市场调研, 大约10%的乘用车存在制动系统问题, 其中制动跑偏问题约占60%, 已严重影响到行车安全。因此, 有必要对制动系统的关键零部件进行设计优化, 以提升汽车质量, 确保车辆行驶安全。

制动跑偏失效模式分析

所谓汽车制动跑偏, 就是汽车制动时, 车辆不按直线减速行驶, 而是自动向左或向右偏驶。影响制动跑偏的原因有很多, 其中制动系统故障是主要因素, 而制动系统的末端就是车桥的制动器部分。

车辆制动时, 左右车轮的制动器会产生与行车方向相反的力实现减速或停车, 这个与行驶方向相反的力称为制动力。左右两边的制动力不均衡, 车辆就会向制动力大的一侧偏驶, 造成制动跑偏。

制动力不均衡的产生原因分析如下。

1.一侧制动器分泵漏油

分泵两端的橡胶防尘皮碗长时间使用会老化, 在活塞往复运动的带动下会破损, 灰尘和杂质从破损处进入泵体, 造成活塞外环的密封圈早期磨损, 产生漏油, 制动力随之减小, 导致制动跑偏。此时, 应及时更换分泵, 否则制动液全部泄漏后, 制动失灵, 易造成安全事故。

2.分泵活塞锈蚀卡死

分泵进水后泵体就可能锈蚀, 活塞会卡死, 不能正常工作, 车辆制动时该侧的制动失灵, 两侧制动力相差悬殊, 造成制动跑偏。

3.两侧摩擦片摩擦系数不同

不同厂商、不同材质的摩擦片的摩擦系数不同, 若左右两侧使用不同厂商或不同材质的摩擦片, 两侧的制动力就不均衡, 造成制动跑偏。

4.摩擦片或制动盘 (鼓) 工作表面有油污、水等

某一侧的摩擦片或制动盘 (鼓) 的工作表面有油污、水等液体时, 制动力明显减小, 此时, 两侧的制动力不均衡, 造成制动跑偏。

优化设计

通过对汽车制动跑偏的分析, 明确了车桥中影响制动力的关键零部件, 针对这些零部件重点改进, 提升车桥质量。

(1) 设计分泵皮碗时, 材质应选择韧性强、耐老化、工作环境温度范围较大的橡胶, 对橡胶进行高低温试验、疲劳试验和臭氧耐老化试验, 有效地降低分泵漏油故障率。

(2) 车桥设计过程中应充分考虑分泵的防尘防水性能, 尤其是制动器与制动鼓的配合部位, 由原来的单层防尘结构 (见图1) , 防尘效果较差, 在雨天或泥水路面行驶很容易进水, 为了有效地防止泥水进入, 设计时改为多层防尘结构 (见图2) , 这种结构可有效地防止行车过程进水, 使车辆保持制动性能良好。

(3) 车桥设计时应对摩擦片提出合理地要求。装配过程中同一只车桥的左右制动器必须使用同一厂商、同一批次的摩擦片, 这样可以控制车桥两侧的制动摩擦系数相同, 保证两侧的制动力保持均衡。

(4) 摩擦片的设计图样中应该明确说明其表面不允许粘有油污, 并抱持干燥;制动盘和制动鼓的工作表明同样不能粘有油污, 设计时应考虑其表面防锈方法采用电镀或喷涂等工艺, 不能涂防锈油或油基防锈液。

结语

自实施改进方案后, 市场反馈明显减少, 根据客户的市场跟踪, 对千台故障率总结分析, 改进效果十分明显, 分泵漏油和锈蚀故障降低50%, 摩擦系数不同和表面有油污的故障率已接近于零。

制动跑偏是很危险的制动故障, 对行车安全会造成重大隐患。通过对车桥的制动部件优化改进, 就能明显改善汽车的制动性能, 降低行车故障率, 从而确保行车安全行驶。

轻钢结构的抗震性能 第8篇

关键词：轻钢结构,支撑形式,侧移刚度,抗震性能

0前言

目前,环境问题日益突出,雾霾天气笼罩着大半个中国,空气质量差等问题日益严重。这些环境问题的原因一部分是由机动车的尾气排放和重工业生产的废气排放引起的,但是建筑行业也是这些环境问题的主要因素。例如:建筑行业在生产过程中会产生大量的灰尘以及在装饰和装修过程中会产生大量的有毒有害气体。目前传统建筑是钢筋混凝土结构或砌体结构,这类建筑在施工过程中会大量消耗黏土砖(目前我国部分地区仍然在使用)、水泥、沙石,这类建筑材料在使用过程中会产生大量灰尘,加重目前我国北方地区的雾霾天气,也不符合我国发展绿色环保可持续的政策,而且这类建筑类型存在着施工周期长的缺点。

由于轻钢结构中,型钢作为主要受力构件,保温隔热墙板作为维护构件,减少了传统建筑中钢筋混凝土柱、梁以及内外墙的数量,因此,在施工过程减少了大量的黏土砖(砌块)、水泥和沙石等的使用,减少了资源的使用。钢材可以回收二次利用,这就符合了绿色环保可持续的政策。除此之外,钢结构在施工过程中,没有大面积的混凝土结构,所以就不存在混凝土的养护、拆模等影响施工时间的因素,故轻钢结构施工缩短了施工周期,而且轻钢结构构件可以在工厂生产,现场安装方便、快捷,工业化生产程度高,这更缩短了施工周期。这些优点很好地解决了传统建筑的一系列问题。

1 轻钢结构的支撑形式

框架-支撑体系是参考框架体系的各种性能,考虑其各种性能的优缺点而逐渐产生、发展起来的,它通过把竖向支撑设置在一些框架柱之间,形成的支撑框架是带竖向支撑的支撑体系;当有水平荷载作用时,支撑框架通过刚接框架与刚性或弹性楼板在变形等方面是协调一致的,而支撑框架通过这种协调变形,使结构体系的抗侧力加强[2]。

1.1 中心支撑钢框架

中心支撑是指支撑斜杆与框架梁与柱轴线汇交时无偏心距,斜杆与梁、柱轴线汇交于一点,或两根斜杆与框架梁和柱轴线汇交于一点,也可与柱子轴线汇交于一点。根据斜杆布置方式的不同,可形成单斜杆、K型斜杆、V型斜杆以及十字交叉斜杆等类型[3]。

1.1.1 中心支撑钢框架的抗震设计

1)中心支撑受压承载力和抗侧刚度很快下降的原因是:在遭遇水平地震荷载,中心支撑极易发生弯曲而造成的,结果是结构的整体性能得到很大影响,故,在地震区应尽量少用,若要应用,则:(1)建筑物的高度是一个特别重要的因素,所以要严格控制其高度。(2)中心支撑的抗侧刚度会下降很快,为了保证安全使用,所以要提高框架的抗侧能力。

2)结构在承受往复水平地震荷载的作用,会产生以下后果。(1)在承受往复地震荷载的作用,中心支撑斜杆会处于受压状态,而且斜杆会很快受压达到屈服状态,故,其抗压承载能力会很快下降。(2)在往复地震荷载作用下,支撑斜杆先处于屈服状态,而后由于荷载的往复作用斜杆又处于拉伸状态,这样会引起很大的冲击性附加应力于支撑处及其相邻构件处。(3)在往复地震荷载作用下,在同一层的中心支撑斜杆反复受压屈服,但中心支撑斜杆又不能恢复,故,楼层的抗剪承载能力快速下降。

1.1.2 中心支撑框架抗震承载力计算

在遇到地震作用效应组合下,按GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》规范规定,支撑受压承载力按以下公式进行。

式中N—支撑斜杆轴向力设计值;

Abr—支撑斜杆截面面积;

φ—轴心受压构件稳定系数;

Ψ—受循环荷载时强度降低系数;

λn—支撑斜杆正则化(归一化)长细比;

E—支撑斜杆材料弹性模量;

fy—钢材屈服强度;

γRE—支撑承载力的抗震调整系数,一般取0.8。

1.2 钢板剪力墙结构(用带缝钢板剪力墙来说明)

内嵌钢板和边缘构件共同组成了钢板剪力墙结构支撑体系,这种支撑体系具有初始侧向刚度大、滞回性能稳定、耗能能力良好、延性大等优点[4]。根据钢板剪力墙自身的不同特性可分为:薄板墙和厚板墙、非加劲和加劲钢板墙、铰接和刚接钢板墙、其他类型的钢板剪力墙结构等[5]。

1.2.1 钢板剪力墙抗震性能分析

用Taft波400 cm/s2加速度作用在带缝钢板剪力墙结构的最大侧移,如图1,横坐标表示时间,s;纵坐标表示结构最大侧移,mm。

Taft波400 cm/s2加速度作用在带缝钢板剪力墙,结构没有破坏,性能良好。以及对结构单元的滞回性能分析,有良好的滞回性能,受弯性能良好[1]。故得出以下结论。

1)具有较大的侧移刚度是钢框架-带缝钢板剪力墙结构的一大优点。

2)屈服荷载较大、屈服位移较小是钢框架—带缝钢板剪力墙结构的另一优点。

3)除了以上优点,在承载力、延性、耗能能力、抗震性等方面钢板剪力墙结构都表现出了很大的优越性[6]。

1.3 偏心支撑框架

偏心支撑结构体系是指支撑的每根斜杆,与框架横梁相连或最少有一端与框架横梁相连,而且梁、柱轴线交点与斜杆轴线及横梁轴线的交点不共点或另一斜杆与横梁轴线交点一段距离以形成耗能梁段的结构体系[2]。常用的偏心支撑形式有:K型偏心支撑体系、D型偏心支撑体系、V型偏心支撑体系(耗能梁段位于框架梁内部)和Y型偏心支撑体系(耗能梁段位于框架梁外部)[7]。

S.C.Goel&M.K.Boutros[8]通过对6层2跨的偏心支撑框架研究,得出结构的自振频率改变对其在地震波下的影响很大。

通过耗能梁段的非弹性变形来进行偏心支撑钢结构遭遇罕见地震作用时的能量损耗,而处于弹性阶段的是梁、柱及支撑。查阅以前研究者的大量研究资料,影响偏心支撑钢结构框架耗能能力的主要因素是:耗能梁段的长度、腹板高厚比、翼缘厚度、腹板加劲肋厚度、框架高跨比、支撑长细比。

分别建立纯框架轻钢结构体系、框架-斜杆中心支撑轻钢结构体系和框架-斜杆偏心轻钢结构体系的模型,通过有限元分析软件分析。选择抗震设防烈度为8度,建筑场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度0.02 g,Tg=0.25 s。轻钢结构框架的阻尼比ξ=0.02。通过模态分析可得下列结论。

1)框架-斜杆中心支撑结构体系的一个显著特点就是自振周期小。

2)纯框架结构体系的一个显著特点是自振周期大,且纯框架结构体系的另一显著特点是刚度最小。

3)框架-斜杆偏心支撑结构体系的显著特点是自振周期位于以上两者之间。

通过以上的自振周期的对比、分析可以得出,纯框架体系与框架-斜杆中心支撑体系的综合优势,框架-斜杆偏心支撑体系也具有此优势,如果在设计、施工中要有效地提高结构体系的抗震性能,可以采取的措施是:设置适当的偏心支撑。

从结构对地震的响应可以分析得到以下结论。

1)通过支撑的弯曲变形来耗散地震能量是中心支撑框架的一大特点,但这种支撑体系具有的缺点是:结构很容易失去承载力,这是由支撑受力屈服引起的。这些问题极易引起破坏的发生。

2)偏心支撑钢框架结构的优点是形成了耗能梁段,这种耗能梁段位于支撑与支撑之间以及支撑与框架梁柱之间。这种改进的优势是抗侧刚度在很大程度上得到提高,结构的抗震性能也得到显著提高[9]。

2 结论

1)对于轻钢结构,通过对这几种方案的自振周期的对比、分析,偏心支撑框架在遭受8度罕见地震作用时,其他几种结构体系的综合优势,偏心支撑框架也具有,而且结构体系的刚度得到显著提高。

2)通过以上对比、分析,三种支撑结构体系的轻钢结构在遭受8度罕见地震作用时,表现出抗震性能最优的是偏心支撑框架结构,故,在设计中应优先考虑,若由于客观原因不能使用偏心支撑框架结构体系,再考虑使用钢板剪力墙框架结构和中心支撑框架结构体系,但尽可能应用偏心支撑框架结构体系[10]。

3)结构侧向刚度变大的原因是布置了支撑和剪力墙。

4)根据当Taft波作用在以上布置方案下的位移对比,框架-偏心支撑结构体系之所以在抗震性能和侧移刚度方面得到显著提高,是因为在结构中使框架节点和支撑端点形成耗能梁段。

5)采用布置一定数量的支撑,可以使钢框架支撑体系能充分发挥其增加抗侧移刚度的优点,进而可以使结构的变形和位移得到控制。

6)提高结构的耗能吸能能力可通过适当地采用偏心结构支撑[11]。

参考文献

[1]穆金花.钢框架-钢板剪力墙抗震性能试验研究[D].邯郸:河北工程大学,2012.

[2]崔立杰.轻钢结构住宅CBF抗震性能分析与试验研究[D].邯郸:河北工程大学,2013.

[3]Luca Martinellu Maria Garbriella Mulas,Federico Perotti.The Seismic Behaviour of steel Moment-Resisting Frames with Stiffening Braces[J].Engineering Structures,1991,20(12):1045-1062.

[4]解琦.平齐板端连接的半刚性框架-钢板剪力墙性能研究[D].西安:西安建筑科技大学,2015.

[5]李岩.钢框架-钢板剪力墙结构体系的实验研究与理论分析[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

[6]徐松芝.钢框架-带缝钢板剪力墙抗震性能分析[D].大庆:大庆石油学院.2009.

[7]刘克昭.带偏心支撑轻钢结构住宅抗震性能试验研究[D].邯郸:河北工程大学,2012.

[8]S.C.Goel,M.K.Boutros.Analytical modeling of phase 2 steel structure[J].Journal of structural Engineering.1989,115(8):1946-1959.

[9]史三元,刘克昭,王倩倩,等.偏心支撑对轻钢结构住宅抗震性能的影响[J].世界地震工程,2012,28(3):21-25.

[10]史三元,崔立杰.高烈度设防多层轻钢结构抗震性能分析[J].四川建筑科学研究,2014,40(2):162-165,191.

性能结构设计论文 第9篇

近年来我国西部地区高速公路建设快速发展, 道路车辆日趋大型化、重型化, 高速公路因其对交通流的吸引效应而使交通量迅猛增长, 使桥梁经受的冲击力、荷载疲劳程度及应力超过频率不断提高。目前全国各地对于沥青混凝土桥面铺装层的使用已经非常普遍。对于水泥混凝土桥这种特殊路段的沥青路面铺装系统来说, 其耐久性和使用功能的保证除具有较好的铺装路面结构外, 还应具有良好的防水功能, 以保证桥面上的雨、雪水不能通过铺装层渗透到桥面板, 侵蚀桥面板或桥梁结构的材料。混凝土桥面铺装常见的病害主要有:①推移、拥包和车辙;②松散、坑槽;③开裂;④桥面铺装层脱落。

这些常见的病害所形成的原因是多种多样的, 但它们都有一个共同的原因即是桥面铺装防水黏结层的破坏。当铺装层与桥面板层间结合面黏结力差, 抗水平剪切能力就会降低, 在水平方向上就会产生相对位移而发生剪切破坏;由于沥青混合料层与桥面板间黏结能力较弱, 行车荷载产生的垂直向上的引力导致铺装层与桥面板脱离;由于防水层的强度与桥面板和铺装层的强度有差异, 变形特性也不同, 中间柔性夹层的存在会造成铺装层底的拉应力增加, 在车轮的动力荷载作用下, 彼此间的缝隙会越来越大, 直到松散脱落。总之, 防水与黏结层是不可分割的两个方面, 在考虑到铺装防水要求的同时, 必须重视防水层与下部混凝土桥面和上部铺装层的黏结问题。由于我国现行规范中对于桥面铺装的防水黏结设计还是空白, 所以对于水泥混凝土桥面铺装防水黏结技术的研究具有重要的经济意义和工程实用价值。本文旨在对混凝土桥面铺防水黏结层的性能研究方面指出一套可行的试验方案, 并对防水黏结层的综合性能提出评价指标。

1 原材料基本性能试验

(1) 水泥混凝土。

确定水泥混凝土配合比的过程严格按照图1所示的步骤来完成。水泥混凝土基底块所用材料为普通硅酸盐水泥 (32.5) 、中砂和5～10 mm碎石。制作成300×300×50 (mm) 的水泥混凝土块 (配合比为1∶1.15∶2.95, W/C=0.44) 。将水泥混凝土块振动压实后抹平, 30 min后模拟实际情况 (人工处理、喷砂处理、精铣刨处理) 进行表面处理, 得到不同的纹理。在标准条件下 (20±1 ℃) 进行养护28 d后取出擦干, 放置4 h备用。

(2) 沥青混合料。

沥青混合料试件采用AC-16I级配, 所用沥青为重交通道路石油沥青AH-90, 沥青相关技术指标符合规范要求。沥青混合料试件尺寸为:300×300×50 (mm) , 通过计算确定各组分的用量。所用到的沥青混合料级配如表1所示。将处理好备用的水泥混凝土试块放入试模内, 加入准备好的沥青混合料, 用轮碾仪在防水黏结层上成型沥青混凝土试块。碾压时, 控制温度在165～175 ℃, 碾压方向必须与拉毛的坑槽方向垂直。试件成型12 h后, 从试模中取出试件, 用粉笔表示出轮碾压方向。

(3) 防水黏结层材料。

在防水黏结层方面采用几种不同的方案实施, 以便作对比试验。所用到的防水黏结层材料主要有:SBR乳化沥青, 重庆市某道路路面、桥面铺筑公司所生产的环氧树脂, 固化剂和溶剂型黏结剂, 以及粒径为0.6 mm的碎石等材料。具体的试件防水黏结层铺筑方案如下:

方案一:反应性树脂下封层 +撒布0.6～1.18 mm碎石 +溶剂型黏结剂;

方案二:溶剂型黏结剂 +撒布0.6～1.18 mm碎石+乳化沥青稀浆封层类;

方案三:溶剂型黏结剂 +反应性树脂涂层 +沥青砂胶层。

2 试验步骤

在进行了上述原材料的准备及各种基本性能试验完毕之后, 即可以进行试件的制备。整个试验的具体步骤见图2, 需要着重强调的是在制作水泥混凝土试件时严格按照规范中所要求的步骤进行, 若因为混凝土的膨胀导致最后脱模时的不便, 可在模具不能拆卸的两侧添加硬泡沫板。待水泥混凝土初凝以后, 沿一个方向对其进行拉毛;沥青混合料碾压时荷载为900 kN, 碾压时先沿拉毛方向碾压两次, 再换成另一个方向碾压12次。

3 防水黏结层路用性能试验

(1) 剪切试验。

本试验拟采用图3所示的试验方法进行剪切试验, 测定防水黏结层的层间剪切强度。原理是通过对固定好的铺装组合结构试件施加竖直和水平两个方向的力, 直至试件从防水黏结层处破坏, 来测定层间的剪切强度。利用该试验同时可分析防水黏结层对铺装组合结构层间抗剪切性能的影响。本试验主要选取以下几个主要影响因素来考察:①防水黏结层的种类、用量;②垂直荷载大小、剪切速率;③水泥混凝土表面构造深度;④温度环境;⑤沥青混合料铺装面层厚度。

(2) 拉拔试验。

本试验拟采用如下图4所示的试验方法进行拉拔试验, 测定防水黏结层的层间抗拉强度。原理是通过对固定好的铺装组合结构试件施加竖直拉力, 直至试件从防水黏结层处破坏, 来测定层间的抗拉强度。本试验着重考虑以下三个主要因素:①防水黏结层材料性能;②试验温度;③水泥混凝土板的表面特性, 用构造深度表示。

试验方案如下:①在最佳用量下, 其它外部条件相同时, 比较这几种防水黏结材料的黏结强度;②其它参数不变, 变化试验温度, 考查各防水黏结材料在不同温度下的黏结强度;③在最佳用量、常温下, 其它试验参数不变, 考查水泥混凝土表面构造深度对黏结强度的影响。

(3) 渗水试验。

1) 渗水试验目的和渗水原理。

当桥面防水黏结层上铺筑沥青面层时, 压路机碾压热沥青混合料, 可能导致防水黏结层在高温骨料的作用下产生刺破损坏, 从而失去了防水效果, 故在室内模拟碾压试验后检测其不透水性能。该试验可以用于分析防水黏结材料自身防水性能及其对不同防水黏结层类型的不透水性能的影响。因此, 这项试验不仅可以作为对防水黏结材料不透水性能的研究, 也可作为防水黏结材料抗施工损伤性能的评价方法。

在防水黏结层的使用过程中, 桥面沥青混凝土铺装层具有一定的孔隙率, 如果桥梁铺装层的排水系统设计不当, 那么在降雨量较大的季节, 雨水来不及排泄出去, 就会留在沥青混凝土面层的孔隙内。当有车辆高速通过时, 孔隙中的水分在车辆荷载的挤压作用下将产生瞬间巨大的脉冲动态水压, 通常把这种现象称为“卿筒”效应, 如图5所示此动水压力远远超过孔隙中的静水压力, 而且车速越高, 动水压力越大;车辆越多, “卿筒效应”产生的频率越高。根据有关人员对动水压力进行的理论分析和现场测定, 发现动水压力随行车速度的提高呈几何级数增长。桥面防水黏结材料在这样的压力环境下保持不渗漏是对材料性能的基本要求。

2) 渗水试验方法。

成型“防水黏结材料+沥青混合料”的组合, 放在压力机上, 带有防水黏结材料的一面朝上, 再在试件上放有中间剪有10 cm圆孔的胶垫, 胶垫起封水作用, 在施加力时不漏气。然后在试件上部放加工的带有注水孔的钢筒+钢板, 为使一个试件做两次以观察其渗水性, 可在试件对角位置做试验。用注射器或细棒往钢板上的孔里注水 (细棍棒起引流作用) , 再通过调节与钢板上孔相连的空压机的压力, 使防水黏结材料层受到不同荷载作用。观察气压表读数, 至少连续观察30 min, 根据是否衰减和衰减多少来评判防水黏结材料是否渗水, 以及渗水强弱。

3) 渗水试验主要考虑因素。

①防水黏结层的种类、用量;②加压以后每隔0.5 h空压机上气压读数减小量;③试验温度。

4 小 结

本文通过对水泥混凝土桥面铺装的多种防水黏结层结构形式的分析, 提出测定防水黏结层结构性能的一系列非常规试验设计, 具体结论如下:

(1) 本文选取的剪切试验影响因素有防水黏结层的种类、用量;垂直荷载大小、剪切速率;水泥混凝土表面构造深度;环境温度和沥青混合料铺装层的厚度。

(2) 本文选取的拉拔试验影响因素有不同的防水黏结层材料、试验温度、水泥混凝土板的构造深度。

(3) 根据不同气候环境条件下桥梁的防水分级, 以及防水黏结材料不透水指标的分析, 由行车速度和动水压力之间的关系得到各防水等级的不透水指标, 再由试验室模拟实际状态下“防水黏结材料+沥青混合料”的试件进行渗水试验。 [ID:6841]

摘要：针对混凝土桥面铺装的防水黏结层结构多种多样的现状, 而我国现行规范中对于防水黏结层结构性能试验规范的空白, 从混凝土桥面铺装常见的病害入手, 对混凝土桥面铺装防水黏结层性能的试验设计进行了研究, 给出了混凝土桥面铺装的原材料的基本性能试验和一系列非常规试验, 包括剪切试验, 拉拔试验, 渗水试验的方法和着重应该考虑的因素, 对于研究混凝土桥面铺装防水黏结层的结构性能提供帮助。

关键词：桥面铺装,防水黏结层,剪切试验,拉拔试验,渗水试验

参考文献

[1]徐世法.沥青铺装层病害防治与典型实例[M].北京:人民交通出版社, 2005.

[2]KolbM, TiddM, HumphreyD.Evaluation Of Bridge Deck WearingSurfaces And Protective Systems.Federal Highway AdministrationWashington DC, 1992.

[3]沈春林.路桥防水材料[M].北京:化学工业出版社, 2005.

钢结构节能住宅结构体系性能研究 第10篇

关键词：钢结构,节能住宅,结构体系,抗震性能

按照国家经济和社会发展目标纲要的要求,当前我国城乡居民的住房需求已从追求生存空间的数量逐步转向数量、质量并举且更侧重于居住质量。推进住宅产业现代化,用现代科学技术加速改造传统的住宅产业,从而提高住宅质量,是实现住宅生产方式由粗放型向集约型转变的重大举措。为此,住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路。同时住宅产业化也是作为推动我国经济发展新的增长点的必然要求。而住宅产业化的前提是具备与住宅产业化相配套的新技术、新材料和新体系,如新型的墙体及楼板材料,新的结构体系等[1]。

1 钢结构节能住宅建筑体系的主要特点

经过近几年对钢结构节能住宅的研究和试点,其主要特点有以下几点[1]:1)户内有效使用面积大;2)建筑风格灵活、丰富;3)节能效果好;4)建筑物抗震、抗风性能好;5)建筑总重轻;6)工期短;7)环保效果好。

2 钢结构节能住宅的结构体系及性能特点

2.1 钢框架结构体系

纯钢框架结构体系是钢结构住宅的基本体系,不设置柱间竖向支撑,可以采用较大的柱距和获得较大的使用空间,结构自振周期长,对地震作用不敏感,有很好的延性。这种体系受力明确,使用灵活,制作安装简单,施工速度较快,但为抵抗侧向力所需梁柱截面较大,一般可用于6层以下的多层建筑,且一般情况下,梁柱节点应采用刚接。图1为南京工业大学完成的一榀两层两跨的钢框架拟静力试验研究[2],研究表明,钢框架有良好的变形性能和滞回耗能能力。

2.2 钢框架—支撑结构体系

当钢框架体系层数较多时,由于侧向作用力的增大,使得梁柱等构件尺寸也相对较大,失去其经济合理性。这时宜增设支撑,形成钢框架—支撑结构体系。支撑体系包括十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形或V形支撑。钢框架—支撑结构体系的特点是在小震或中等烈度地震作用下,刚度足以承受侧向水平力,在强震作用下,又具有很好的延性和耗能能力。文献[3]对一榀单跨三层单斜杆偏心支撑钢框架进行了有限元分析,图2为试件尺寸。研究表明,试件有良好的变形性能和滞回耗能性能。说明偏心支撑是高层钢结构中一种有效的抗震耗能结构形式。

2.3 钢框架—预制钢筋混凝土墙结构体系

一般预制钢筋混凝土墙体中均埋有钢板支撑,它只有在支撑点处与钢框架相连,而且钢筋混凝土墙板与框架梁留有空隙,从受力上来说,它仍是一种支撑。

文献[4]通过一榀钢框架和一榀钢框架—填充墙在低周反复荷载作用下的试验,研究了填充墙对钢框架抗震性能的影响。图3为试件尺寸,其中试件KJ-1为钢框架,试件KJ-2为填充墙钢框架。研究表明,填充墙能显著提高钢框架的抗侧刚度,两者能很好的协同工作,是钢结构住宅的有效抗侧力体系。

2.4 钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构体系

在钢框架结构中设置部分现浇钢筋混凝土剪力墙,即为钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构体系。钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构中,由于钢筋混凝土剪力墙刚度大,剪力墙是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高;钢框架则承担竖向荷载,同时也承担少部分水平力。钢框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形,钢筋混凝土剪力墙则呈弯曲型变形。当两者通过楼板协同工作,共同抵抗水平荷载时,变形必须协调,侧向变形将呈弯剪型。其上下各层层间变形趋于均匀,并减小了顶点侧移。同时,钢框架各层剪力趋于均匀,各层梁柱截面尺寸也趋于均匀。由于上述受力变形特点,钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构体系比钢框架结构体系的刚度和承载能力都大大提高了,在地震作用下层间变形减小,因而也就减小了非结构构件(隔墙及外墙)的损坏。

2.5 钢框架—钢筋混凝土核心筒结构体系

钢框架—钢筋混凝土核心筒结构体系住宅的平面布置一般为电梯或卫生间做成四周封闭的钢筋混凝土筒体,形成主要的抗侧力结构,而外周的框架则采用钢框架。这种结构体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机的结合起来,主要用于高层钢结构住宅中。文献[5]对一45层带刚臂的钢框架—混凝土核心筒结构进行了抗震性能分析,研究了刚臂的位置、数量、节点的连接方式改变时,其地震作用下结构地震反应的一般规律。

2.6 空间错列桁架结构体系

这种结构体系由美国麻省理工学院于20世纪60年代首次提出,并成功用于公寓及旅馆建筑中。该体系是由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成,桁架高度等于层高,在相邻柱上为上下层交错布置,楼板一端搁置在桁架的上弦,另一端搁置在相邻桁架的下弦。该体系的受力特点为:水平力主要通过楼板传至相邻桁架的斜腹杆,此水平荷载最终通过落地桁架的斜腹杆或底层支撑传至基础,楼层间的柱子主要承受轴力,其所受的剪力和弯矩很小。这种结构体系的用钢量可较框架结构减少30%～40%,因此,该体系是一种经济、实用、高效的新型结构体系。

2.7 轻钢龙骨结构体系

该体系主要用于中低层住宅或别墅。其主要受力机理为:柱子与上下龙骨及支撑或隔板组成受力墙壁,竖向力由楼面梁传至墙壁的龙骨,再通过柱子传至基础;水平力由作为隔板的楼板传至受力墙壁再传至基础。由于在传力过程中,墙面板承受了一定的剪力,并提供了必要的刚度,故墙面板应满足一定的要求。楼板可采用楼面轻钢龙骨体系,上覆刨花板及楼面面层,下部设置石膏板吊顶,既可便于管线的穿行,又满足了隔声要求。国内该体系尚缺乏工程应用经验,冷弯型钢品种较少。

3 结语

研究开发钢结构节能住宅,使住宅建筑向舒适化、功能化、智能化、工业化发展,是顺应我国经济发展的需要,也是住宅建筑行业21世纪的主导方向。其更重要的含义还在于如何将房屋由低水平的传统建造方式改为现代化、工业化的制造方式,用现代高新技术提升传统产业———建筑业的整体发展水平,以提高住宅建设的科技含量,促进住宅产业化的不断发展,促进建筑业循环经济的良性循环,使建筑业能够得到可持续发展。

参考文献

[1]曲成平.H型钢钢结构节能住宅建筑体系的综合评价[D].重庆:重庆大学博士学位论文,2006.

[2]黄炳生,舒赣平.低周反复荷载下两跨两层轻钢框架抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2006,26(6):114-119.

[3]赵宝成,顾强.偏心支撑钢框架在循环荷载作用下非线性有限元分析[J].土木工程学报,2005,38(2):27-31.

[4]刘肖凡,霍凯成,谷倩,等.新型砌体复合填充墙钢框架体系试验研究及有限元分析[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2006,38(5):634-638.

影响框架结构抗震性能的因素浅析 第11篇

关键词：建筑结构；刚度；延性；主振型；鞭梢效应

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2012）23—0150—02

建筑结构具有很多形式，包括砌体结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、索膜结构、筒体结构等，不同的结构形式，其抗震性能有明显的不同。

建筑的抗震等级一般是由多层和高层钢筋混凝土结构、构件进行抗震设计计算和确定并最终构造措施的标准。为了抗震设计的安全可靠与经济合理，应充分考虑多方面因素及各种不同情况，并且针对钢筋混凝土结构、构件的抗震要求，在计算和构造上应区别对待。因此，地震作用越大（或房屋高度越大），抗震要求亦越高；对于不同的结构体系，应有不同的抗震要求。此外，同一结构中的不同部位以及同一种结构形式在不同结构体系中所起的作用不同，其抗震要求也应有所区别。例如，在框架结构中，框架是主要抗侧力构件，而在框架一抗震墙结构中，框架是次要抗侧力构件（抗震墙是主要抗侧力构件），因此框架结构中的框架应比框架一抗震墙结构中的框架抗震要求高。又如，在部分框支抗震墙结构中，框支层由于刚度和强度的削弱，往往成为塑性变形集中的薄弱楼层，因此其落地抗震墙底部加强部位的抗震要求就应高于一般抗震墙的抗震要求。

为此，我国抗震规范和高层规程综合考虑建筑抗震重要性类别、地震作用（包括区分设防烈度和场地类别）、结构类型（包括区分主、次抗侧力构件）和房屋高度等因素，对钢筋混凝土结构划分了不同的抗震等级。抗震等级的高低，体现了对抗震性能要求的严格程度。不同的抗震等级有不同的抗震计算方法及相应的构造措施要求，从最高等级四级到一级，抗震要求依次提高；高层规程中还规定了抗震等级更高的特一级。

对于砌体结构，由于整体性比较差，抗震性能较差，对其进行科学的配筋，可有效的提高其抗震性能，但也只限于多层建筑，已经逐渐退出建筑市场。框架结构其具有较大的刚度，用自身的刚度进行抗震，但是在水平地震作用下框架结构将发生侧向变形，由于框架结构的整体抗侧刚度对称处理不利，会导致结构整体在地震过程中产生整体的扭转，发生复合破坏，因此，框架结构对抗震来说并不理想。根据此种问题，产生框架剪力墙结构、筒体结构，在抗震性能上有明显的提高，成为高层建筑的首选结构形式。

1 问题的提出

随着高层建筑的建造，高层建筑抗震在建筑设计中占有很大的比重，由于地震作用的复杂性于人类对地震规律认识的局限性，目前对建筑物的抗震设计水平还停留在一个初步的阶段，尚无法做出精确的计算，现有的地震作用力的计算方法和结构抗震设计的计算大都是近似方法。因此结构设计对抗震的设计内容应包括概念设计与计算设计两方面，本文论述就属于概念设计的理论阐述，建筑物结构抗震设计应考虑到在六度与九度范围内设防，不同场地根据不同的烈度进行地震作用力计算与截面抗震验算，同时应符合相应的抗震构造要求。

2 两种抗震因素分析

地震作用力实际上是建筑物对地面运动的反应，他与许多因素有关。人们针对建筑结构的不同配以不同的计算方法，例如，高层建筑物地震作用力的计算宜采用振型分解反应谱法，对刚度和质量不对称的结构采用扭转藕连震动影响的振型分解反应谱法，此外还有剪力法计算，对于甲类高层建筑，较高的高层建筑。复杂的高层建筑物，以及刚度和质量分布特别不均匀的高层建筑，还要采用时程分析法进行多遇和罕遇水平地震作用下的计算。可见地震计算相当繁琐，相比之下地震的概念分析显得生动易懂，对于非专业学生了解结构抗震设计有很好的益处。下面介绍概念设计中的两种抗震因素分析。

我国是一个地震多发的国家，设计时需要充分考虑抗震设防的区域辽阔，因此，研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。我国的现代抗震设计理念是从20世纪50年代开始，在国际抗震理论的推动下发展起来，并逐渐形成了自己的地域特色，大部分内容都符合现代抗震设计理念，下面就结构抗震理论中的影响抗震性能的两方面因素进行简要的论述。

2.1 延 性

结构、构件或截面的延性是指从屈服开始至达到最大的承载能力以后而承载力还没有发生显著下降变化的变形能力，它反映了结构、构件或截面的后期变形能力。延性差的结构、构件或截面，其后期变形能力小，所以在达到最大承载力后，它会突然发生脆性破坏，这是必须要避免的。因此，在工程结构抗震设计中，不仅要满足承载力要求，还要满足一定的延性要求。目的是为了有利于吸收和耗散地震能量，从而满足抗震设计方面的要求。对于有抗震设防的结构，其抗震性主要取决于结构所能吸收的地震能量，它等于结构承载力和变形能力的乘积，也就是说，结构的耐震能力是由承载力和变形能力共同决定的。因此，在抗震设计中，应充分考虑和利用结构的变形能力（延性）以及耗散地震能量的能力。大量的研究成果表明，一个结构具有较大延性或较高耗能能力的话，即使其承载力较低，也能够吸收较多能量，从而抗御较强地震而不会倒塌。在地震的作用下，一味的追求结构的强度并不可取，结构的延性也非常的重要，值得我们注意的是，依据我国的抗震设计基本原则，通俗来说即：小震不坏，中震可修，大震不倒，我们只能从概率的角度出发，使结构在一定的概率保证下能够安全的发挥作用，通常我们只需要按小震的作用效应和其他的荷载进行组合，验算结构的抗震承载力和弹性变形能力。中震效应用结构本身的延性来抵抗，所以结构的延性对结构的抗震具有十分重要的作用。合理的设计结构的延性之后，再通过结构本身的设计，采用结构抗震系统的一系列措施保证结构的抗震承载力，抗震措施包括强柱弱梁，强剪弱弯，强节点若锚固，以及抗震构造措施等。

2.2 刚 度

结构或构件抵抗弹性变形的能力称为刚度。刚度在结构抗震中起十分重要的作用，设计者通过选取不同的结构形式来控制建筑物刚度的大小。例如框架结构的刚度相比框架剪力墙结构的刚度要小，在地震荷载作用下容易产生较大的变形，不利于抗震。结构的刚度主要影响的是结构本身的自振周期，结构的自振周期只与结构的刚度和质量有关，两个外表相似的结构，如果周期相差很大，其动力性能也有很大的差别，避免动力性能相近是为了避免共振的产生，而共振对于结构抗震来说是致命的，一个优秀的结构工程师通过对结构合理的布局有效的避免由于不合理的刚度分布带来的不利抗震因素。下面介绍一种常见的由于刚度突然的改变引起的一种抗震常见的破坏形式。

3 鞭梢效应

鞭梢效应根据结构力学中对简单框架结构的主振型分析，当底部的质量和刚度突然减小时，顶部的位移比下部的位移要大的很多，建筑结构中，这种因顶部质量和刚度的突然地减小，在震动中引起的巨大反响的现象称为鞭梢效应。地震灾害调查中发现，屋顶的小阁楼，女儿墙等附属结构物破坏严重，就是因为顶部质量和刚度的突变，有鞭梢效应引起的结果。在地震的作用下，在每一个来回的转折的瞬间，形成较大的速度，产生较大的位移，就像鞭子尖一样“甩动”。事实上，地上的建筑物就是整个大地的“突出物”塔楼就是大底盘裙房的“突出物”同样屋顶的构筑物就是主体建筑物的“突出物”因此所有的这些“突出物”的手里和运动构成相对于他们的下不来说都属于变少效应。本质上来说，可以从地震波的传递角度来理解鞭梢效应。地震波的传递构成中由大的振幅向晓得振幅转变，将产生剧烈的反应，从而产生巨大的位移，超出结构材料的极限拉压应变，造成结构破坏。

4 建 议

避免鞭梢效应，可以从内力计算、抗震措施、概念设计和薄弱层简化来改变。借助不同类型的放大系数来减小鞭梢效应的影响。大量学者和工程师对鞭梢效应进行研究，一般来说从详细设计阶段考虑多建议采用完整的空间模型进行结构分析，包括动力弹性，弹塑性分析以及精确的对鞭梢效应进行分析。从初步设计的角度出发，更希望采用便捷和具有足够安全性的设计方式，但是无论采用什么方式做设计，抗震措施和概念设计必须格外重视。

5 结 语

在结构抗震设计中，建筑物的延性和刚度对建筑物的抗震性能有十分重要的影响，并且要避免由于刚度突变带来的鞭梢效应对结构抗震性能的影响。

参考文献：

[1] 胡志霞.抗震分析与设计在高层建筑物中的应用[J].现代商贸工业，2008，（10）.

[2] 龙驭球，包世华.结构力学[M].北京：高等教育出版社，1996.

[3] 李爱群，高振世.工程结构抗震设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

保障建筑结构抗震性能的设计思路 第12篇

1 主要影响因素分析

1) 场地因素。对于建筑抗震来说, 它就是反应谱特征相类似的一些房屋群所在地, 和厂区以及居民点与自然村等的范围是相当的, 对于平坦地区来说, 场地面积要在1千米×1千米以上。由场地条件引起的不利因素主要有地震引起的地表错动与地裂, 地基土的不均匀沉陷, 滑坡和土的液化等。如果建筑因为场地的因素遭遇震害, 一般都会比较严重, 如果单单只靠工程措施进行弥补是行不通的, 所以, 为了减轻地震灾害, 需要做好场地选择, 这是首要的工序[1]。

2) 建筑布局以及结构布置因素。一般来说, 建筑布局以及结构布置决定了其动力性能。为了确保抗震性, 需要简单布局, 保证布局合理性, 结构布置需要与抗震的原则相符。通过经验看, 那些具有简单以及规则和对称特点的建筑结构, 其抗震性比较好, 在发生地震的时候不容易被破坏, 而如果建筑具有体型不规则以及平面凸出凹进和立面高低不平等特点, 那么在发生地震的时候就会导致震害的发生, 若是结构布局具有简单以及对称和规则的特点, 那么在对地震反应进行计算时就会有一定的准确性, 确保地震作用的传递途径比较直接和明确。

3) 构造措施因素。这一点就是不用进行计算对建筑结构以及非结构部分所作出的细部要求。在对建筑进行抗震设计的时候, 需要坚持围绕“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的原则展开, 构造措施就是对这个原则除计算外的一种保障措施, 尤其是在发生地震, 建筑结构进入塑性之后, 保证构造措施的合理性, 可以确保结构破坏机制具有合理性, 使结构延性得以提升, 为逃生争取宝贵的时间。

2 设计思路

根据以上分析, 提升建筑结构抗震性的设计思路主要有以下几个方面:

1) 选择合理的场地, 并做好基础设计工作。在对场地进行选择的时候, 需要结合工程具体需求以及地震状况还有工程地质等, 综合评价抗震地段。一般情况下, 在平坦地带中的比较坚硬的场地土或者是具有密实均匀性的中硬场地土对于建筑的抗震性比较好, 在这种场地上建造, 基本上不会因为地基失效而造成震害, 减少地震对于建筑造成的影响。而条状突出山嘴以及孤立山包还有河岸边缘和非岩质陡坡等, 对于建筑抗震性不利, 从场地土质来看, 主要有软弱土以及易液化土和断层破碎带。对不利地段, 首先应提出避开要求;当无法避开时, 那么要在详细查明地质条件基础上, 提供岩土稳定性评价报告和相应的抗震措施。对于山区建筑场地, 必须提供边坡稳定性评价和防治方案。

从实际震害经验看, 在遭受破坏的建筑中, 因地基失效导致的破坏教上部结构惯性力的破坏教少, 大量的一般的天然基础都具有较好的抗震性能, 国家规范对不需要验算地震效应的天然地基有明确规定[2]。但由于地震的复杂性, 对于复杂地基的基础设计, 应引起足够的重视。

2) 上部结构的设计。上部结构的设计首先应结合建筑高度以及地基和抗震设防烈度等因素选择结构体系。结构体系从材料上分, 主要有钢结构、钢筋混凝土结构和砌体结构, 从形式上分, 有框架结构以及剪力墙结构和框架—剪力墙结构等。目前, 我国已经对建筑结构体系进行了明确规定, 设计人员需要结合这些要求选择结构类型。一般来说, 规则的结构体系受力明确、传力途径合理, 对其进行抗震分析, 与地震发生时的具体情况是相符的, 能够有效提升建筑抗震性, 在对建筑进行结构选型并对抗侧力体系进行布置的时候, 需要首先考虑规则结构。结构规则就是要在平面外形尺寸以及立面尺寸还有抗侧力构件具体布置和承载力分布等方面有一定的要求。我国相关规范已经对规则和不规则之间的区别设置了定量的参考界限, 但实际上还有不少因素导致建筑不规则, 尤其是对于比较复杂的建筑体型来说, 仅仅依靠一些简化定量指标进行划分是比较困难的, 这就要求结构设计人员在建筑方案设计阶段与建筑师互相沟通配合, 建筑平立面的设计应尽量简单对称, 在不影响使用功能和美观的前提下, 能比较容易地采取抗震构造措施和细部处理。当不可避免地处理体型复杂, 平立面不规则的结构时, 设计人员应对计算结果认真分析, 多方案比较, 调整抗侧力构件的分布, 避免刚度突变和扭转效应显著, 必要时应设置抗震缝。

3) 抗震构造措施的设计。由于地震作用的复杂性和诸多建筑材料的不同特性, 一个结构在地震中的反应仅依据一些量化的数据是难以把握的, 因此, 抗震构造措施的设计是相当重要的一个环节。在构造措施方面, 需要坚持一定的设计原则, 比如, 强柱弱梁以及强剪弱弯等, 只有这样才能确保破坏机制的合理性。保证抗震构造措施具有科学性和合理性, 能够有效提升结构延性, 它能够反映结构的变形能力, 能够降低地震对建筑结构造成的影响, 吸收地震能量, 并进行耗散, 保证结构的稳定性。构件破坏形态和塑化过程决定了结构延性以及耗能, 对于弯曲构件来说, 其延性要比剪切构件大, 其消耗的地震能量也比剪切破坏的大。材料的性能指标是构造措施中很重要的一部分, 除了强度等级和钢筋延性等这些指标外, 汶川大地震引发了对建筑材料抗震性的思考, 对外力作用表现出软垫性的材料, 可以显著提高改善建筑物的抗震性。在工程中, 应比较不同弹性模量的材料对抗震的影响后选择最合适的一种, 从而使其对地震荷载进行有效吸收以及分散。

在进行抗震设计的时候, 还需要针对非结构构件开展抗震构造措施的相关设计工作。非结构构件一般指附属构件 (女儿墙, 雨篷等) ;装饰物 (幕墙, 贴面, 顶棚等) ;围护墙和隔墙这三类。处理好非结构构件与主体结构的关系, 可以防止附加灾害, 减少损失, 尤其是围护墙和隔墙, 在设计时应根据实际情况考虑它对主体结构刚度的影响[3]。国家规范对于非结构构件的设计有明确规定, 对这些规定的理解必须建立在对各种构件的安装工序的了解之上, 这就要求设计人员平时多到施工现场, 多积累施工经验, 只有这样, 才能做出合理的设计。

3 结语

综上所述, 在抗震设计中, 要保障一个结构的抗震性能, 设计人员必须围绕场地、结构布置、构造措施这三方面, 结合地震灾害以及工程经验, 对建筑结构主体进行设计并确定细部构造。

摘要：地震对人们生命以及财产安全造成极大的威胁, 统计表明, 地震灾害中95%的人员伤亡是建筑物破坏, 倒塌造成的。为了减轻地震中的人员伤亡, 需要保证建筑结构良好的抗震性。本文首先对影响建筑结构抗震性能的主要因素进行分析, 然后提出保障其抗震性的设计思路。

关键词：建筑结构,抗震性能,设计思路

参考文献

[1]刘青松.加强建筑结构抗地震倒塌能力的设计思考与措施[J].门窗, 2014.

[2]严伟伟.提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法[J].四川水泥, 2014.