關(guān)于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法分析

楊慶兵　楊全慶

【摘 要】建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師們?cè)O(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，本文從高層建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)。指出在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題， 并提出可供參考的防范措施。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震

隨著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和城市化進(jìn)程的不斷向前推進(jìn)，建設(shè)用地日趨緊張，促使建筑功能越來(lái)越多樣化，高層建筑得的發(fā)展是大勢(shì)所趨。高層建筑的特點(diǎn)是高度比較高，所以地震荷載和風(fēng)荷載在設(shè)計(jì)過(guò)程中占主導(dǎo)和控制地位，而我國(guó)又是地震多發(fā)國(guó)家，因此高層建筑的抗震設(shè)計(jì)分析顯得尤為重要。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1控制建筑物的側(cè)移是重要的指標(biāo)

在地震荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平剪切力占主導(dǎo)地位，所以建筑物會(huì)產(chǎn)生明顯的側(cè)移，隨建筑結(jié)構(gòu)的高度不斷曾加，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移迅速增大，但該變形要在一定限度之內(nèi)，這樣才能保證結(jié)構(gòu)安全以及使用功能。

1.2地震荷載中的水平荷載是決定因素

水平荷載會(huì)使建筑物產(chǎn)生傾覆力矩，并且在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件中引起很大的軸力，這些都與建筑物高度的兩次方成正比，故隨建筑結(jié)構(gòu)高度的增加，水平載荷大相徑庭。對(duì)高度一定的建筑物而言，豎向荷載基本上是不變的，但是隨著建筑物的質(zhì)量、剛度等動(dòng)力特性的不同，水平地震荷載和風(fēng)荷載的變化是比較大的。

1.3要重視建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)隨著高度增加，剛度減小，顯得更柔，在地震荷載作用下變形較大。這就要求建筑結(jié)構(gòu)要有足夠的變形能力，使結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形階段仍然安全，需要在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上采取有利的措施，使得建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1抗震設(shè)防烈度較低

關(guān)于建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“小震（超越概率63%）不壞、中震（超越概率 10%）可修、大震（超越概率 2%）不倒”?，F(xiàn)在許多專家學(xué)者提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已不能適應(yīng)國(guó)情的需要，認(rèn)為我國(guó)“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度”，并主張 “建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。

此外，有些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)不透，設(shè)計(jì)過(guò)程中疏忽抗震設(shè)計(jì)原則，抗震計(jì)算方法選擇和構(gòu)造措施規(guī)定采用不嚴(yán)謹(jǐn)，抗震計(jì)算措施在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性設(shè)計(jì)的要求上做得不夠。我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)除了設(shè)防烈度較低外，結(jié)構(gòu)失效帶來(lái)的損失愈來(lái)愈大，因而有人主張結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計(jì)。

2.2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不合理

（1）承重柱截面高度設(shè)計(jì)過(guò)小。這種情況多發(fā)生于六度抗震設(shè)防區(qū)，一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員誤認(rèn)為六度設(shè)防就是不設(shè)防，為圖受力分析方便，故意把柱子的截面高度設(shè)計(jì)得過(guò)小，使梁柱的線剛度比加大（因一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定：當(dāng)梁柱的線剛度比大于4時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)圖中梁柱節(jié)點(diǎn)可簡(jiǎn)化為鉸支）。這種做法雖然易于進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析， 卻給房屋結(jié)構(gòu)埋下了隱患，影響了房屋結(jié)構(gòu)的安全性。（2）建筑設(shè)計(jì)高度存在問(wèn)題。按我國(guó)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3—2010）規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)體系下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個(gè)適宜的高度。這個(gè)高度是我國(guó)目前建筑科研水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個(gè)土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的。

2.3筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)與材料的選用

我國(guó)150米以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系（框、筒、筒中筒和框架-支撐體系），都是其他國(guó)家高層建筑采用的主要體系。在高層建筑中采用框架-核心筒體系， 因其比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業(yè)主所看中。鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受 80%以上的震層剪力，有的高達(dá)90%以上。此外在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí)，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會(huì)使與轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”。因此在需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層時(shí)，要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式， 盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。

3.提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的措施

為了提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，結(jié)合當(dāng)前建筑行業(yè)的實(shí)際情況，筆者認(rèn)為應(yīng)該采取以下措施：

3.1合理布局地震外力能量的傳遞吸收途徑

這是提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的第一步，通過(guò)這樣的合理布局，能夠保證支柱、墻和梁的軸線處于同一平面，從而使得構(gòu)件雙向抗側(cè)力體系形成。通過(guò)這樣的布局，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時(shí)候，支柱、墻和梁呈彎剪破壞，并且，塑性屈服盡量在墻的底部產(chǎn)生。此外，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時(shí)候，連梁宜在梁端塑性屈服，還具有足夠的變形能力。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)和布局，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時(shí)候，在墻段充分發(fā)揮它的抗震作用前，按照強(qiáng)墻弱梁的原則加強(qiáng)墻肢的承載力，這樣使得墻肢的剪切應(yīng)力得以破壞，從而使得建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力得到了提高。

3.2按照抗震等級(jí)對(duì)梁、柱以及墻的節(jié)點(diǎn)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施

這樣做的目的是為了保證在地震發(fā)生的時(shí)候，梁、柱以及墻都能夠達(dá)到抗震的標(biāo)準(zhǔn)。建筑物的主體常常使用的是鋼筋結(jié)構(gòu)，如果鋼筋結(jié)構(gòu)的延性和承載力較好的話，建筑物的抗震能力較強(qiáng)。所以，為了保證建筑鋼筋結(jié)構(gòu)的延性和承載力，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要按照強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的原則進(jìn)行，對(duì)柱截面的尺寸進(jìn)行合理的控制，合理控制柱的軸壓比，嚴(yán)格按照構(gòu)造配件的要求 對(duì)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施尤其需要加強(qiáng)，提高節(jié)點(diǎn)的牢固性和抗震能力。

3.3設(shè)置多道抗震防線

提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，設(shè)置多道抗震防線是十分必要的。也就是在一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系中，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時(shí)候，在地震作用下，一部分延性較好的構(gòu)件首先達(dá)到屈服，能夠擔(dān)負(fù)起第一道抗震防線的作用。而其他的構(gòu)件同樣起著抗震防護(hù)的作用。并且，只有當(dāng)?shù)谝坏揽拐鸱谰€屈服后，其他的抗震防線才會(huì)依次屈服。設(shè)置多道抗震防線，形成第一道、第二道、第三道甚至更多的抗震防線，當(dāng)一道抗震防線失去作用后另外的抗震防線便可以發(fā)揮作用。這種結(jié)構(gòu)對(duì)提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力具有非常重要的作用。

4.結(jié)束語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)完整、 系統(tǒng)的概念， 從場(chǎng)址的選擇到建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 抗震設(shè)計(jì)貫穿了整個(gè)過(guò)程，而且建筑物的抗震設(shè)計(jì)是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合要求的重要指標(biāo)。因此，準(zhǔn)確、合理的運(yùn)用不同的抗震設(shè)計(jì)方法是非常重要的，對(duì)于不同的建筑和不同的情況應(yīng)區(qū)別對(duì)待，從而尋求最合理的抗震設(shè)計(jì)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]王軍.某超限高層的抗震性能設(shè)計(jì)[J].福建建筑，2008（7）.

[2]王丹.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2008（11）.

[3]李曉燕.高層建筑水平加強(qiáng)層對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響分析[J].科技風(fēng)，2008，（5）.