抗震設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用分析

趙海杰

(南京城鎮(zhèn)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司，江蘇 南京210000)

高層建筑的抗震設(shè)計(jì)既要根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行定量控制進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，又要在可靠的技術(shù)下進(jìn)行相關(guān)的抗震計(jì)算。

1 概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)，也就是要求工程師把地震的不確定性和規(guī)律性結(jié)合起來，根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的本質(zhì)問題進(jìn)行分析，確保結(jié)構(gòu)的總體反應(yīng)以及一些薄弱環(huán)節(jié)能夠得到保證。

(1)建筑場地的選擇，其地質(zhì)條件和地形地貌對建筑物震害有著重要的影響。

(2)建筑總體布置，為了確保建筑物的抗震效果，建筑總體布局和結(jié)構(gòu)布置應(yīng)遵循“合理簡單”的規(guī)則。

(3)結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)定要綜合考慮抗震設(shè)防類別、建筑高度、地基以及施工等方面因素。

(4)多道抗震防線。多道抗震防線指的是一個(gè)抗震體系由多個(gè)延性較好的分體系構(gòu)成。對高層建筑采用的框架——抗震墻、框架——支撐、芯筒——框架、內(nèi)墻筒——外框筒等雙重抗側(cè)力體系，可以在位于同一軸線上的兩片單肢抗震墻(圖1a)、抗震墻與框架(圖1b)、兩列豎向支撐(圖1c)或在芯筒與外框架之間(圖1d)。在每層樓蓋處設(shè)置一根延性好、兩端剛接的抗彎梁，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇地震時(shí)，抗彎梁可以撐到地震的沖擊，以保護(hù)主體機(jī)構(gòu)。

圖1 帶贅余桿件的耗能結(jié)構(gòu)

(5)延性要求。檢測結(jié)構(gòu)抗震能力的標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)構(gòu)對地震能量的吸收和耗散能力，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，延性具有四層含義:材料的延性、桿件的延性、構(gòu)件的延性、結(jié)構(gòu)的延性。

(6)結(jié)構(gòu)的整體性。結(jié)構(gòu)的整體性的作用是在地震的情況下，結(jié)構(gòu)各部分能夠協(xié)調(diào)工作，避免結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變倒塌。

(7)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要有非結(jié)構(gòu)的墻體、附屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及裝飾物三類。雖然非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對結(jié)構(gòu)沒有直接的影響，但是會對安全和使用功能造成損壞，所以一定要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2 抗震計(jì)算

抗震計(jì)算時(shí)抗震設(shè)計(jì)的前提條件。抗震計(jì)算主要是將地震作用和結(jié)構(gòu)的抗震效應(yīng)以及荷載效應(yīng)進(jìn)行匹配，使建筑物做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

(1)地震作用計(jì)算。地震作用有水平和豎向兩種，其作用點(diǎn)在結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心，并且地震作用是動(dòng)態(tài)的，其大小與地震強(qiáng)弱、建筑物與震源的距離有關(guān)。水平地震作用在結(jié)構(gòu)中起到主要作用，所以在驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗震承載力時(shí)，只考慮水平地震作用。

(2)抗震驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下的抗震驗(yàn)算是彈塑性變形驗(yàn)算，在驗(yàn)算過程中，可以對大部分結(jié)構(gòu)的變形驗(yàn)算轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)件承載力驗(yàn)算的形式。目前在抗震驗(yàn)算中，主要是進(jìn)行截面看診驗(yàn)算，為了方便計(jì)算，一般都會采用將地震作用效應(yīng)值乘以看診調(diào)整系數(shù)的方法。

3 抗震措施

抗震措施指的是不包含抗力計(jì)算和地震作用計(jì)算的抗震設(shè)計(jì)，主要有地震內(nèi)力計(jì)算和調(diào)整、抗震構(gòu)造措施兩個(gè)方面。下面主要是介紹了抗震措施中的地震內(nèi)力計(jì)算和調(diào)整。

3.1 水平地震力(剪力)整體調(diào)整

在選用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)效應(yīng)的情況下，因?yàn)榈卣鹩绊懴禂?shù)在長周期段下降的較快，所以如果結(jié)構(gòu)的基本周期超過了3.5 確s，其值可能太小。當(dāng)不滿足時(shí)，要改變結(jié)構(gòu)布局或調(diào)整結(jié)構(gòu)總水平地震剪力和各層水平地震剪力，使條件滿足最小值要求。

3.2 豎向地震力整體調(diào)整

豎向地震力整體調(diào)整可以根據(jù)豎向地震作用效應(yīng)計(jì)算進(jìn)行設(shè)置，即:各構(gòu)件承受的重力荷載代表值比例分配，并乘以增大系數(shù)1.5。

3.3 局部調(diào)整和構(gòu)件調(diào)整

地震內(nèi)力局部調(diào)整包括平面及豎向不規(guī)則、水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架、框支柱等部位。

(1)平面及豎向不規(guī)則建筑。其主要類型見表1 和表2。

表1 平面不規(guī)則的主要類型

表2 豎向不規(guī)則的主要類型

表2 中所表述的平面規(guī)則而豎向不規(guī)則的建筑，可使用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，剛度小的樓層的地震剪力乘以大于或等于1.15 的增大系數(shù)，而其薄弱層要根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行彈塑性變形分析。

(2)水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件。平面規(guī)則而豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)時(shí)，該構(gòu)件水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力要根據(jù)烈度高低和水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的類型、受力情況以及幾何尺寸等，乘以1.25 ～2.0 的增大系數(shù)。

(3)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架。在水平地震作用下，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架部分的剪力較小，為了確保第二道防線的框架能夠具有足夠的抗側(cè)能力，所以要對框架的剪力進(jìn)行調(diào)整。

(4)框支柱。在實(shí)際工程中，由于各種原因?qū)е驴蛑е袅υ黾?，所以根?jù)轉(zhuǎn)換層的位置和框支柱的數(shù)量，要對框支柱剪力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，其次還要調(diào)整框支柱調(diào)的彎矩及柱端框架梁的剪力和彎矩。

(5)構(gòu)件調(diào)整。構(gòu)件調(diào)整時(shí)要遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則。

4 總 結(jié)

高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行抗震計(jì)算和驗(yàn)算，以確保工程項(xiàng)目能夠達(dá)到預(yù)期的抗震效果。

［1］劉建鑫.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析的主要內(nèi)容［J］.呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，(4).

［2］(JGJ3－2010)，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］中國建筑科學(xué)研究院. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范宣貫教材［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］朱丙寅. 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.