分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用

摘要：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑的重要性，地震作用影響因素極為復(fù)雜，它是一種隨機(jī)的、尚不能準(zhǔn)確預(yù)見和準(zhǔn)確計(jì)算的外部作用，目前規(guī)范給出的計(jì)算方法還是一種半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法，要進(jìn)行精確的抗震計(jì)算還有一定的困難，但是近年來，地震等自然災(zāi)害多發(fā)，影響到人們的基本生活和生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，建筑（尤其是高層建筑）抗震安全問題必須引起建筑師們的高度重視。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能作出相關(guān)分析，以供參考！

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；問題分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年平均發(fā)生500萬次左有的地震，其中5級(jí)以上的強(qiáng)烈地震約1000次左右。如果強(qiáng)烈地震發(fā)生在人類聚居區(qū)，就會(huì)造成地震災(zāi)害。為了抗御與減輕地震災(zāi)害，有必要進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析與抗震設(shè)計(jì)?？拐鹨?guī)范提出了一系列的抗震設(shè)計(jì)基本要求，要求設(shè)計(jì)人員注意抗震概念設(shè)計(jì)，全面、合理的概念設(shè)計(jì)有助于明確設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則使設(shè)計(jì)人員不致陷入盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合理的抗震設(shè)計(jì)。

一、抗震設(shè)計(jì)思路

分析的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)能夠作為一種主動(dòng)設(shè)計(jì)手段，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性地進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案調(diào)整和局部構(gòu)件調(diào)整，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在提高結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了一系列變化，我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循三個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。在這種設(shè)計(jì)思想下，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)經(jīng)歷了剛性設(shè)計(jì)、柔性設(shè)計(jì)、延性設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)4個(gè)階段。隨著對(duì)結(jié)構(gòu)非線性性能的研究，人們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所取的地震作用只是賦予結(jié)構(gòu)一個(gè)基本屈服承載力，當(dāng)發(fā)生更大地震時(shí)，結(jié)構(gòu)的控制部位進(jìn)入屈服后非彈性變形狀態(tài)，并靠其屈服后非彈性變形能力來承受地震作用。從而形成了結(jié)構(gòu)在一定水平地震作用下進(jìn)入屈服，并達(dá)到屈服后非彈性變形狀態(tài)來耗散能量的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理論?，F(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路，其主要內(nèi)容是：合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準(zhǔn)的地震作用。先以具有統(tǒng)計(jì)意義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強(qiáng)弱標(biāo)志值（中震），再以通過地震力降低系數(shù)R得到的設(shè)計(jì)用地面運(yùn)動(dòng)加速度（小震）來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，從而確定結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)；采取有效的抗震措施滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的對(duì)應(yīng)的延性能力。

二、建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

（一）建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范

建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范是由各國(guó)的建筑抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的，具有一定的權(quán)威性，是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)的法定文件。它具有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ)充分保證了建筑工程的安全性，因此在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格遵守此規(guī)范，容不得半點(diǎn)馬虎。

（二）抗震設(shè)計(jì)理論

抗震設(shè)計(jì)理論主要有擬靜力理論、反應(yīng)譜理論和動(dòng)力理論。根據(jù)擬靜力理論，地震力的大小等于結(jié)構(gòu)的重量乘以地震系數(shù)。反應(yīng)譜理論是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對(duì)地震動(dòng)加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個(gè)重要成果。動(dòng)力理論也稱地震時(shí)程分析理論，它把地震作為一個(gè)時(shí)間過程，選擇有代表性的地震動(dòng)加速度時(shí)程作為地震動(dòng)輸入變量，把建筑物簡(jiǎn)化成多自由度的體系，從而計(jì)算得到每一時(shí)刻建筑物的地震反應(yīng)，最終完成抗震設(shè)計(jì)工作。

（三）選擇有利的抗震場(chǎng)地

選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地，宜避開對(duì)建筑抗震不利的地段，不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造甲、乙、丙類建筑。地震造成建筑物的破壞，除地震動(dòng)直接引起的結(jié)構(gòu)破壞外，場(chǎng)地條件也是一個(gè)重要的原因。地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂，地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。對(duì)于地震時(shí)可能導(dǎo)致滑移或地裂的場(chǎng)地，應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施。

（四）設(shè)計(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)

計(jì)算分析參數(shù)設(shè)計(jì)，就是進(jìn)行建筑各構(gòu)件的地震響應(yīng)和地震作用計(jì)算，各墻柱梁板變形及承載力計(jì)算包含于其中。把正確的計(jì)算模型建立在建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況基礎(chǔ)上，并根據(jù)概念設(shè)計(jì)做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理、計(jì)算。多遇地震作用下的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形、內(nèi)力分析時(shí)，應(yīng)采用的力學(xué)模型不少于兩個(gè)，且不相同，其計(jì)算理論主要有兩種，即主拉應(yīng)力與剪摩理論。其中，主拉應(yīng)力理論適用于磚砌體，而剪摩理論適用于砌塊結(jié)構(gòu)。應(yīng)認(rèn)真分析判斷計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，確認(rèn)其合理、有效后，才能用于工程設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)的位移、剪重比、自振周期等是結(jié)構(gòu)計(jì)算控制的主要計(jì)算結(jié)果。

（五）設(shè)計(jì)多道抗震防線

避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓Φ某休d能力。一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成.并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同丁作。一般情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選用軸壓比不太大、延性較好的抗震墻等構(gòu)件，作為第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件。框架）抗震墻結(jié)構(gòu)體系中的抗震墻、處于第一道防線，當(dāng)抗震墻在一定強(qiáng)度的地震作用下遭受可允許的損壞，剛度降低而部分退出工作并吸收相當(dāng)?shù)牡卣鹉芰亢螅蚣懿糠制鸬降诙婪谰€的作用。這種體系的設(shè)計(jì)既考慮到抗震墻承受大部分的地震力。在地震作用下，梁處于第一道防線，其屈服先于柱的屈服，首先用梁的變形去消耗輸入的地震能量。使柱處于第二道防線。為使抗震結(jié)構(gòu)成為具有多道抗震防線的體系，也可在結(jié)構(gòu)的特定部位設(shè)置專門的耗能元件。

（六）合理的剛度和強(qiáng)度分布

產(chǎn)生過大的應(yīng)力或塑性變形集中，對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備、構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度分布是判斷薄弱層（部位）的基礎(chǔ)。另一方面，在抗震結(jié)構(gòu)體系中，應(yīng)使其結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接部位具有較好的延性，以提高抗震結(jié)構(gòu)的整體變形能力。具體要求如下：首先，提高抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性、改變其變形能力，力求避免脆性破壞；為此砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱、芯校、或采用配筋砌體和組合砌體柱等；鋼筋混凝土構(gòu)件應(yīng)合理的選擇尺寸、配置縱向鋼筋和箍筋。避免剪切破壞先于彎曲破壞，避免混凝土的受壓破壞先于鋼筋的屈服，防止局部或整個(gè)構(gòu)件失穩(wěn)。其次，保證抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接具有較好的延性、是充分發(fā)揮各個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度、變形能力，從而獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)良好抗震能力的重要前提。為了保證連接的可靠性，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的強(qiáng)度，預(yù)埋件的錨固強(qiáng)度不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的強(qiáng)度；裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間應(yīng)采取保證結(jié)構(gòu)整體性的連接措施。

（七）避免抗震支座產(chǎn)生拉應(yīng)力

為避免抗震支座產(chǎn)生拉應(yīng)力，應(yīng)把高寬比作為抗震建筑設(shè)計(jì)的限制條件之一。高寬比的上限取決于抗震支座總水平剛性的自振周期，并與自振周期成正比。把上部結(jié)構(gòu)設(shè)定為剛體，使地震輸入的能量與抗震裝置吸收的能量平衡，以地震加速度作用的一剎那抗震支座不產(chǎn)生拉應(yīng)力為目標(biāo)。高寬比相同的建筑物，盡量使建筑物的軸力集中于建筑物的兩端，可延緩拉應(yīng)力的產(chǎn)生。

（八）抗震裝置布置

在抗震建筑的設(shè)計(jì)中，原則上應(yīng)使抗震層所有抗震構(gòu)件的剛心與上部結(jié)構(gòu)的重心一致，不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。但是，由于建筑物的不規(guī)則和柱網(wǎng)尺寸的限制，僅靠柱下配置的抗震支座會(huì)產(chǎn)生抗震層的剛心與上部結(jié)構(gòu)的重心不一致。采用與抗震支座獨(dú)立的阻尼器設(shè)計(jì)，在阻尼器的彈性范圍內(nèi)，可以使抗震層的剛心與上部結(jié)構(gòu)的重心一致，避免抗震層的振動(dòng)扭轉(zhuǎn)。如果阻尼器布置在建筑外周，抑制扭轉(zhuǎn)變形的效果會(huì)更好。

三、結(jié)語

地震是一種目前難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的自然災(zāi)害，為避免它給人類帶來大的災(zāi)難。作為工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員在建筑結(jié)構(gòu)的研究和工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)從整體宏觀的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合處理好建筑功能、技術(shù)、藝術(shù)、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)合理等幾方面內(nèi)容，從而創(chuàng)造出更加安全、適用、經(jīng)濟(jì)美觀的高層建筑新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，高性能材料的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提高，促使人類建筑精品再上新的臺(tái)階。