分析建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計關(guān)鍵問題

侯文正

摘要：針對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，在簡單介紹建筑結(jié)構(gòu)體系及要求的基礎(chǔ)上，提出層間位移角限值與最小地震剪力兩個設(shè)計關(guān)鍵問題，為有效提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計

建筑如果因地震而倒塌將造成巨大傷亡和損失，尤其是高層與超高層建筑，所以必須格外重視其抗震設(shè)計，但超高層建筑不同于普通高層建筑，在很多方面都存在需要進一步分析的問題，解決這些問題對保證設(shè)計質(zhì)量有重要作用。

一、結(jié)構(gòu)體系

從實踐與理論中可以看出，在保證經(jīng)濟合理性的基礎(chǔ)上，每個結(jié)構(gòu)體系都有其適合的應(yīng)用范圍：（1）抗側(cè)力類型為無空間作用時，常用結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)合剪力墻、純框架、純剪力墻等，在高度不超過200m的情況下使用；（2）抗側(cè)力類型為部分空間作用時，常用結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)合核心筒、框筒與分散式獨立筒等，在200-300m的高度范圍內(nèi)使用；（3）抗側(cè)力類型為明顯空間作用時，常用結(jié)構(gòu)體系有筒中筒、巨型結(jié)構(gòu)等，在300-400m的高度范圍內(nèi)使用；（4）抗側(cè)力類型為增強空間作用時，常用結(jié)構(gòu)體系有筒中筒結(jié)合伸臂加強層、支撐框架結(jié)合核心筒、成束筒等，在400m以上的情況下使用[1]。

以上適用范圍并非嚴格界定，表現(xiàn)為剛度方面存在很大可以進行調(diào)節(jié)的空間，設(shè)計中需要綜合考慮建筑使用功能等因素，和機電等相關(guān)專業(yè)相互配合深入分析設(shè)計方案，經(jīng)比較確定最佳的設(shè)計方案。

從結(jié)構(gòu)基本概念角度講，對建筑而言，其增強側(cè)剛度應(yīng)綜合考慮下列幾方面：第一，優(yōu)先考慮有較強空間作用的體系，使對傾覆彎矩有較強抵抗作用的構(gòu)件保持在軸壓的狀態(tài)，并非受彎與受拉；第二，對傾覆彎矩有抵抗作用的豎向構(gòu)件應(yīng)設(shè)于結(jié)構(gòu)外側(cè)邊緣；第三，確保更多的豎向作用力能傳遞至對側(cè)向傾覆力有抵抗作用的豎向構(gòu)件；第四，對豎向構(gòu)件而言，應(yīng)采用剛性連接來承受作用力，以削弱剪力滯后效應(yīng)造成的影響；第五，在條件允許的情況下，對不同的結(jié)構(gòu)體系進行相互結(jié)合[2]。

二、層間位移角限值

它在現(xiàn)有的規(guī)范體系當中屬于綜合性剛度分析指標。在50年一遇小震情況中，其層間位移角和50年回歸期風(fēng)荷載情況中對應(yīng)的位移角應(yīng)保持相同，一方面要確保主結(jié)構(gòu)處在彈性的狀態(tài)，防止豎向構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，或減小水平構(gòu)件裂縫嚴重程度；另一方面要保證所有非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性與完好性，且基礎(chǔ)設(shè)施等正常使用。大震條件下，建筑尤其是超高層建筑不發(fā)生倒塌與整體性方面的要求同樣是通過這一位移角實施綜合判斷。需注意，因建筑中的特殊區(qū)域產(chǎn)生的彎曲變形現(xiàn)象沒有主導(dǎo)性的作用，所以對此類特殊區(qū)域進行的變形判斷應(yīng)根據(jù)剪切層間位移情況。

三、最小地震剪力

現(xiàn)行規(guī)范對建筑結(jié)構(gòu)在一定地震條件下的地震剪力提出了明確要求。通過對規(guī)范說明的了解得知，提出這一要求的目的在于長周期情況下加速度反應(yīng)譜以較快速度下降，但其結(jié)構(gòu)大多由位移與速度決定，為了保證安全性，需要規(guī)定最小地震剪力。從概念的角度講，該做法能用于超高層建筑，尤其是長周期性質(zhì)的。如果高層建筑最小地震力無法滿足要求，則應(yīng)通過內(nèi)力的增加來保證安全度[3]。

因結(jié)構(gòu)剛度和地震剪力有重要關(guān)系，所以規(guī)范要求如果最小剪重比沒有達到要求，且與要求相差較大時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)布置進行調(diào)整，或者是增加一定的剛度，不可只通過對系數(shù)的增大來完成抗震分析與設(shè)計。超高層建筑屬于特殊結(jié)構(gòu)，其最小剪力要求與設(shè)計方法在一定程度上是有爭議的。

1.建筑高度和剪重比。

以某建筑為例進行分析，通過對結(jié)構(gòu)的分析可得，在場地相對較好，并且特征周期不長的區(qū)域，高度不超過400m的建筑，通過對結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的適當增加，或使用新型輕質(zhì)材料，較易符合剪重比要求；當高度超過400m，但在500m以下時，則難以滿足要求，但不包括抗側(cè)剛度主要由風(fēng)荷載進行控制的情況，否側(cè)必須增加相應(yīng)的材料；而超過500m的建筑，為盡可能滿足規(guī)范的要求，需選擇具有極強抗側(cè)剛度的體系，這樣可能會增加一定材料的使用量。此外，在這種情況下，由地震作用及風(fēng)荷載控制的層間位移，對抗側(cè)剛度將失去控制作用。

2.建筑場地和剪重比。

現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范當中對剪重比提出的要求為強制規(guī)定，不分場地的類型。在這種情況下，如果建筑的周期較長，則在設(shè)計過程中就會遇到如表1所示的問題。通過試算分析可知，模型于7度地區(qū)剪重比不小于0.08%，在設(shè)計過程中應(yīng)增強側(cè)向剛度來滿足底限要求，但如果同樣的建筑、同樣的烈度，建設(shè)在場地條件相對較差的地區(qū)，其剪重比為1.06%，符合要求，無需對剛度進行增強。通過對比分析可知，若場地條件不同時采用相同的剪重比要求，則會出現(xiàn)以下情況：場地條件好的不容易滿足要求，而場地條件差的則容易滿足要求。因此，在設(shè)計中，還應(yīng)考慮場地條件因素[4]。

表1中，false表示地震影響系數(shù)；false表示特征周期；

false表示剪重比要求；false表示剪重比要求的計算值。

3.阻尼比和剪重比。

新的技術(shù)規(guī)范指出剪重比可以不考慮阻尼比，同時屬于最低要求，消能減震結(jié)構(gòu)同樣必須滿足這一要求。設(shè)計過程中，因建筑阻尼比較低時無法滿足剪重比，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)通過消能設(shè)計來減小地震響應(yīng)會使剪重比更無法達到要求。對最小剪力提出的限制要求本質(zhì)上制約了消能技術(shù)在實踐中的應(yīng)用，通過對現(xiàn)階段技術(shù)實際應(yīng)用情況的了解發(fā)現(xiàn)，謹慎同樣是一種合理的做法。

四、結(jié)束語

綜上所述，超高層建筑和高層與普通建筑有本質(zhì)上的不同，尤其是在抗震設(shè)計方面，需要注意很多方面的問題。只有在設(shè)計中綜合考慮每一項因素，并滿足規(guī)范提出的各項要求，才能保證抗震設(shè)計質(zhì)量，使建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震能力。

參考文獻：

[1]毛俊義.鋼筋混凝土超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究[J].低碳世界，2017（21）：124-125.

[2]劉皓.建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計體會與概念設(shè)計應(yīng)用[J].四川建材，2017，43（06）：38-40.

[3]邱子龍.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計若干問題的討論[J].建材與裝飾，2016（08）：76-77.

[4]李振子.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本要求及解決方案[J].居業(yè)，2015（24）：63-64.