建筑結構基于位移的抗震設計

(江蘇省紡織工業(yè)設計研究院有限公司 江蘇 南京 210008)

現(xiàn)階段，隨著國民生活水平的穩(wěn)步提升以及人口的激增，對高層建筑提出了更加復雜的要求，致使建筑結構抗震設計也面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。而目前中國的地震頻繁出現(xiàn)，人們?yōu)榱俗约旱纳c財產(chǎn)安全，進而更加關注建筑的抗震性能，同時建筑設計師也變得更加重視基于位移的抗震設計。這種設計方法有很多優(yōu)點，尤其是可以快速、準確的分辨出不安全的設計，而且還能給出一些解決方案，從而提高建筑結構的安全性及經(jīng)濟性。

1 建筑結構中基于位移的抗震設計要點

1.1 平面布置。平面布置應簡單、規(guī)則、對稱，盡可能避免復雜的布置，平面的剛度中心應盡量靠近質心，提高結構的抵抗扭轉能力，以便減少地震的扭轉破壞。而不均勻的平面剛度是引起扭轉破壞的關鍵因素，而剪力墻是影響剛度均勻度的主要原因，故剪力墻必須均勻對稱。同時平面上突出的建筑，也會發(fā)生局部扭轉，故應將突出長度控制在允許范圍內(nèi)，無法避免時，可將剪力墻或井筒設置在其端部，以便減少其側向位移，進而減少局部扭轉。

1.2 豎向布置。豎向布置也必須均勻、規(guī)則，以防出現(xiàn)較大的內(nèi)收和外挑，豎向抗側力的結構構件應上下連續(xù)貫通，且結構的剛度和承載力應從下到上慢慢減小。剪力墻也是影響豎向剛度均勻性的關鍵因素。該類結構的底部剛度應增大，轉換層上下的剛度應盡量接近，控制好轉換層高度等。如果結構中頂部樓層比下部樓層收進，當收進高度與平面尺寸不當時，則會破壞上部結構，故應限制收進與外挑尺寸。

1.3 延性設計。延性是結構和構件屈服后，其承載能力不降低，且塑性變形足夠的性能。通過延性結構發(fā)生的塑性變形，能將地震能力耗散，雖然會加大結構變形，而結構中的慣性力卻不會快速上升，也不會再增大內(nèi)力，所以，對其承載力要求可適當降低。延性結構設計經(jīng)濟、合理、安全，反之，如果結構具有較差的延性，則在地震中，容易被破壞，甚至會倒塌。

2 建筑結構中基于位移的一些抗震設計方法

2.1 延性系數(shù)法。以前研究中的延性系數(shù)法是指計算可資利用構件或結構的變形能力和其需求延性的方法，通過對比延性需求與可資利用延性，對結構的延性進行評價，并將其用在考慮扭轉影響的基于位移延性結構的設計中。相關學者將其用在了框架構件變形能力的設計中。延性系數(shù)法實際上是通過建立構件的截面曲率延性系數(shù)或位移延性系數(shù)和混凝土極限壓應變的關系，利用約束箍筋使核心區(qū)混凝土的極限壓應變能達到要求，進而使構件的延性系數(shù)滿足要求。該方法可以用于評估結構的抗震性能及抗震加固設計。

2.2 能力譜法。通過能力譜設計，可以節(jié)省抗震性能檢測和結構優(yōu)化時間，還能指導施工過程，設計可以重點從以下方面來展開：

(1)分析結構的非線性靜力。在這一分析過程中，需要分別從水平和垂直方向來實施，找出其中存在的問題，可以優(yōu)化、整改初期構建的模型，設計進入到確定方案的最終階段，則需要全面考慮是否可以滿足理想的使用標準，需要從局部方面，優(yōu)化結構體系，以防出現(xiàn)影響質量安全的隱患因素。

(2)計算結構頂層的系數(shù)與振型參數(shù)。分析各種結構的震動系數(shù)，建立結構的安全震動標準。設計抗震參數(shù)時，應認真考慮結構的完善內(nèi)容和建設區(qū)域地質災害強度，促進工程結構穩(wěn)定性的提高。計算參數(shù)時，應根據(jù)固定公式來進行，并正確判斷建筑結構的受力情況是否合理，將材料的強度適當提高，利用優(yōu)質的材料來避免影響建筑結構強度，同時也需要避免浪費建設原料。

2.3 直接基于位移的方法。直接基于位移的設計方法能結合不同的位移要求，全面考慮建筑結構的安全性和適用性。該設計方法通過位移的設計，能夠充分明確有效的周期結構，并基于此，了解結構的實際剛度，進而了解建筑結構的基底剪力，然后結合分析使加固設計更具體。但是，因為該方法和基于力的設計方法的區(qū)別很大，因此，在進行研究時，會產(chǎn)生很大的工作量，而且必須足夠仔細，使其與工程實踐盡量接近。

3 結語

綜上所述，基于位移的抗震設計將是未來抗震設計的方向。對于建筑工程，應掌握位移化抗震設計的具體要求，深入研究，提出易于實施、科學、合理的方法，進而真正實施基于位移的抗震設計。為此，研究與設計人員應加強對建筑結構抗震性的研究力度，不斷完善基于位移的抗震設計，從而促進我國建筑行業(yè)的長足發(fā)展。