建筑物抗震設(shè)計(jì)

梁雄偉

摘 要：地震災(zāi)害是建筑物的常見(jiàn)災(zāi)害，每年都因震害造成大量的人員傷忙和財(cái)產(chǎn)損失。文章介紹了各種預(yù)防設(shè)施包括傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)、隔震設(shè)計(jì)、耗能減震設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑物；震害；抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)包括傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)、隔震設(shè)計(jì)和耗能減震設(shè)計(jì)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高層建筑從建筑功能、建筑材料到結(jié)構(gòu)形式、高度等方面都在不斷地發(fā)展變化。在高層建筑中，僅靠傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)不法滿足抗震規(guī)范要求，必須在同一建筑物中綜合運(yùn)用各種抗震設(shè)計(jì)方法才會(huì)得到滿意的結(jié)果。目前，隔震和耗能減震技術(shù)已逐漸成熟，在工程中已得到廣泛應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能（強(qiáng)度、剛度、延性）來(lái)抵御地震作用的，即由結(jié)構(gòu)本身儲(chǔ)存和消耗地震能量，這是被動(dòng)消極的抗震對(duì)策，它允許構(gòu)件的一部分破壞，但不致于倒塌，在構(gòu)件破壞過(guò)程中吸收了地震傳來(lái)的能量。

1.1 選用合理的結(jié)構(gòu)形式及其構(gòu)造措施

不同的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類型，其抗震性能是有差別的.根據(jù)使用功能需要、場(chǎng)地以及設(shè)計(jì)地震情況，選用合理的結(jié)構(gòu)形式十分重要。結(jié)構(gòu)平面布置力求規(guī)則、對(duì)稱，盡可能不設(shè)置凸出或凹進(jìn)部分，樓梯間也盡量對(duì)稱布置；立面上應(yīng)避免剛度驟變、高低錯(cuò)層和沿高度方向的不規(guī)則布置；設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)剛度，減小差異沉降，其中主、附樓之間盡量采用后澆帶而不設(shè)沉降縫，對(duì)高層建筑的地下室頂板應(yīng)予以加強(qiáng)。

1.2 合理地設(shè)計(jì)多道抗震防線和結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制

為防止因地震作用而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過(guò)大變形和倒塌事故，對(duì)結(jié)構(gòu)常需設(shè)置第二道抗震防線。例如，在框架-抗震墻結(jié)構(gòu)中，抗震墻既是主要抗側(cè)力構(gòu)件又是第一道防線，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取足夠的數(shù)量以使其承受的結(jié)構(gòu)底部地震彎矩不小于底部總地震彎矩的50%；同時(shí)，為使其承受抗震墻開(kāi)裂后重分配的地震作用而構(gòu)成第二道防線，任一層框架部分按框架和墻協(xié)同工作分析的地震剪力，不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%與框架部分各層按協(xié)同工作分析的地震剪力最大值的1.5倍兩者的較小值。

為使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的塑性內(nèi)力重分布能力，以較充分地發(fā)揮吸收和消耗地震能量的作用，設(shè)計(jì)中應(yīng)力求主要抗側(cè)力構(gòu)件的極限破壞以構(gòu)件彎曲時(shí)主筋受拉屈服破壞為主，避免變形能力差的混凝土首先壓碎或剪切破壞、鋼筋錨固和粘結(jié)失效等，按《抗震規(guī)范》提出的地震作用效應(yīng)調(diào)整方法進(jìn)行計(jì)算分析，以在最大可能的程度上實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”，“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”、“強(qiáng)剪弱彎”的概念設(shè)計(jì)要求。

2 隔震設(shè)計(jì)

隔震技術(shù)是近代地震工程科技工作者為抵御大震而找到的一種有效措施，已經(jīng)過(guò)理論分析、試驗(yàn)研究、工程試點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)分析，其有效性與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)相比日益顯著，有廣闊的發(fā)展前景。

隔震設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)抗震方法不同，它是通過(guò)調(diào)整或改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，以明顯衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。其中比較成熟的是夾層橡膠墊基礎(chǔ)隔震技術(shù)，它主要是通過(guò)在房屋底部和基礎(chǔ)頂面間設(shè)置水平剛度遠(yuǎn)小于上部結(jié)構(gòu)層間剛度的夾層橡膠墊隔震支座，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)體系自振周期變長(zhǎng)，過(guò)濾掉地震波中破壞作用較大的中高頻成分，降低上部結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，確保地震時(shí)房屋結(jié)構(gòu)和生命財(cái)產(chǎn)安全。

我國(guó)最早的隔震建筑是汕頭隔震住宅樓和河南安陽(yáng)綜合樓，采用的是高阻尼橡膠支座和鉛芯橡膠支座。目前，隔震建筑已應(yīng)用于我國(guó)16個(gè)省市，覆蓋了我國(guó)大部分地震設(shè)防區(qū)，已完成的隔震房屋建筑面積已超過(guò)200萬(wàn)m2。

隔震原理：傳統(tǒng)的抗震技術(shù)主要采用“硬抗”、“硬碰硬”（即提高結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度和剛度來(lái)抵御地震作用）的方法來(lái)抵御地震作用。由于地震對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用力可能很大，往往依靠結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的塑性變形來(lái)耗散地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。但是塑性變形對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)講其實(shí)是一種損傷。一直以來(lái)，工程研究人員追求一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的抗震措施，還要使結(jié)構(gòu)不受損傷或減小損傷，隔震技術(shù)就正好滿足了這種要求。隔震技術(shù)是限制地震能量進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)的方法，通過(guò)某種裝置將地震動(dòng)與結(jié)構(gòu)隔開(kāi)，減弱或改變地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)作用的強(qiáng)度和方式，以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。

在地震作用下，結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)微分方程（以單自由度體系為例）為：

其中：m—質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量；C—阻力系數(shù)；K—?jiǎng)偠认禂?shù)；、、分別為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的加速度、速度和位移；—地面加速度。

對(duì)于隔震技術(shù)而言，就是通過(guò)隔震裝置，使剛性結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化為柔性結(jié)構(gòu)體系。這樣，結(jié)構(gòu)的自振周期大大增加，明顯減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

3 耗能減震設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法是依靠主體結(jié)構(gòu)本身的非彈性變形來(lái)耗散輸入結(jié)構(gòu)的地震能量的。而耗能減震是通過(guò)采取一定的措施，在地震作用或風(fēng)荷載作用下主要通過(guò)耗能部件來(lái)耗散輸入結(jié)構(gòu)的能量，以減輕結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，從而更好地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全，是一種有效、安全、經(jīng)濟(jì)且日漸成熟的工程減震技術(shù)，從而達(dá)到減震的目的。

目前研究開(kāi)發(fā)的耗能裝置和阻尼器種類較多，歸納起來(lái)主要有（1）金屬阻尼器；（2）摩擦阻尼器；（3）粘滯阻尼器；（4）粘彈性阻尼器；（5）復(fù)合型阻尼器。

耗能減震（振）裝置適用于高度較大、水平剛度較大、水平位移較明顯的多層（15層以上）、高層、超高層建筑，大距度橋梁、管線、塔架、高聳結(jié)構(gòu)等，結(jié)構(gòu)越高越柔，減震消能效果越顯著。復(fù)合磨擦型消能支撐首次應(yīng)用于廣州市28層中房大廈工程。2003年11月落成的臺(tái)北101大樓，為一地上101層、地下5層的建筑物，總高度508米，為世界第一高樓，安裝了重達(dá)800噸懸浮阻尼球，防撞環(huán)上另有8個(gè)對(duì)稱布置的黏性緩沖器，可防止阻尼球進(jìn)一步擺蕩。

4 結(jié)語(yǔ)

我們必須意識(shí)到地震破壞的嚴(yán)重性與災(zāi)難性，采取合理有效的措施，抗震是一個(gè)龐大且偉大的工程，它需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的建筑物有抗震的能力，政府對(duì)震害有管理的能力，和群眾有自救及重建的能力。

參考文獻(xiàn)

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