淺析結(jié)構(gòu)影響系數(shù)對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)的影響

摘? 要：結(jié)構(gòu)影響系數(shù)是指結(jié)構(gòu)在承受地震荷載時(shí)，維持完全彈性狀態(tài)所需的基底剪力，與結(jié)構(gòu)維持非彈性狀態(tài)下所需基底的比值。該系數(shù)與結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，根據(jù)反應(yīng)譜法可總結(jié)出各類(lèi)型結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，并以此指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑抗震設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)安全;結(jié)構(gòu)影響系數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU352.11? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）078-0000-00

0 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)建筑行業(yè)的日趨成熟，結(jié)構(gòu)安全意識(shí)的逐步深入，人們對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)注也愈發(fā)強(qiáng)烈。近年來(lái)，多次重大災(zāi)害地震造成的影響觸目驚心，房屋損壞，路田失修，給人們的基本生活受到帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。相應(yīng)的，近一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的等級(jí)要求也逐漸增強(qiáng)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工中的安全性管控日益嚴(yán)格。利用結(jié)構(gòu)影響系數(shù)將抗震設(shè)計(jì)分類(lèi)，以簡(jiǎn)化抗震設(shè)計(jì)過(guò)程，可便于工程應(yīng)用。

1 建筑抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 抗震設(shè)計(jì)的一般思路

進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)所處不同地域定位其不同的設(shè)防烈度，即確定設(shè)計(jì)基本地震加速度值，再根據(jù)場(chǎng)地條件（Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)），即場(chǎng)地土質(zhì)類(lèi)型（巖石、密實(shí)土、松散土、淤泥土），對(duì)設(shè)防烈度及加速度進(jìn)行補(bǔ)正。再根據(jù)建筑布置形式，即建筑體型抗水平、抗豎向承載力的不利影響，遴選滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)抗震要求的建筑形式。接下來(lái)根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防要求，核對(duì)地震力傳遞路徑，校核受力構(gòu)件地震力的承載能力，對(duì)受力薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)。對(duì)非受力構(gòu)件及配套設(shè)施，應(yīng)保證其震時(shí)安全且不會(huì)脫落。在材料的選用上，應(yīng)選用滿(mǎn)足相應(yīng)抗震等級(jí)所對(duì)應(yīng)荷載強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)材料（砌體、混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等）。滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等。若所建項(xiàng)目為大型公共項(xiàng)目，還需增設(shè)地震設(shè)防觀測(cè)設(shè)施[1]。

1.2 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

在設(shè)計(jì)步驟上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)針對(duì)各個(gè)不同單體需進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，設(shè)計(jì)的時(shí)效主要取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)。不利于設(shè)計(jì)中對(duì)整體結(jié)構(gòu)形式的把控，也不便于校核抗震設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

在設(shè)計(jì)內(nèi)容上，我國(guó)采用的抗震設(shè)計(jì)理念是小震彈性的設(shè)計(jì)思路，即僅考慮結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)下所能承受的極限承載力。而現(xiàn)代的設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)思路是考慮建筑體系震時(shí)所保持的延性和極限基底剪力（結(jié)構(gòu)超強(qiáng)）。即考慮在地震作用下結(jié)構(gòu)超過(guò)彈性受力階段，進(jìn)入彈塑性階段，時(shí)在保持結(jié)構(gòu)安全的前提下所能承受的最大荷載。這種設(shè)計(jì)方法可以最大限度地使結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的延性受力作用性能，在一定程度上減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和施工造價(jià)。因此，這種新型的設(shè)計(jì)思路就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)折減彈性反應(yīng)效應(yīng)[2]。

實(shí)際上，對(duì)于相似的結(jié)構(gòu)形式，在承受地震力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相似的應(yīng)力反應(yīng)體系。這就使得我們可以通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震體系進(jìn)行歸類(lèi)，以此總結(jié)對(duì)抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)行總結(jié)。傳統(tǒng)意義上，我們將抗震結(jié)構(gòu)分為承重墻體系、框架體系、支撐體系等等，針對(duì)不同的體系，其震時(shí)應(yīng)力應(yīng)變不同，但相似類(lèi)型的體系，在震時(shí)有相似的應(yīng)力應(yīng)變;如果能選擇某一描述應(yīng)力應(yīng)變效應(yīng)的數(shù)值，對(duì)相似結(jié)構(gòu)震時(shí)反應(yīng)加以刻畫(huà)描述，則可作為該種結(jié)構(gòu)的抗震反應(yīng)效力評(píng)判值。

結(jié)構(gòu)影響系數(shù)正是具有這樣效力的結(jié)構(gòu)體型系數(shù)。

2 結(jié)構(gòu)影響系數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)影響系數(shù)的定義

結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，是指在地震作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)的基底剪力與結(jié)構(gòu)處于彈塑性狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)的基底剪力之比，即是設(shè)計(jì)地震作用效力與規(guī)范中效力限值的比值[3]。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通常使用結(jié)構(gòu)影響系數(shù)對(duì)抗震設(shè)防下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜進(jìn)行折減，并進(jìn)一步計(jì)算出結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)[4]。我國(guó)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)方法中，就隱含有結(jié)構(gòu)影響系數(shù)的概念，根據(jù)規(guī)范推算，我國(guó)給定的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)為2.8125，但未根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行區(qū)分[5]。目前，國(guó)際上很多國(guó)家對(duì)結(jié)構(gòu)抗震都有著深入的研究。在歐洲規(guī)范EC8中，結(jié)構(gòu)影響系數(shù)的取值為6，在日本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IAEE1992中，結(jié)構(gòu)影響系數(shù)的取值為3.3，在美國(guó)規(guī)范IBC2006中，結(jié)構(gòu)影響系數(shù)的取值為8.5。

2.2 結(jié)構(gòu)影響系數(shù)在結(jié)構(gòu)抗震中的研究現(xiàn)狀

結(jié)構(gòu)影響系數(shù)概念是由美國(guó)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范最早提出，其來(lái)源于觀察結(jié)構(gòu)震后的性能反饋。隨著研究的不斷深入，結(jié)構(gòu)影響系數(shù)又被細(xì)分為延性折減系數(shù)和、超強(qiáng)折減系數(shù)以及阻尼折減系數(shù)的乘積。

二十世紀(jì)六十年代，A.S.Veletsos通過(guò)彈性位移估算了結(jié)構(gòu)的最大的彈塑性位移，得出了位移準(zhǔn)則。九十年代初期C.M.Uang分析比較了各個(gè)國(guó)家的位移放大系數(shù)的區(qū)別，并研究了結(jié)構(gòu)的破壞模式對(duì)系數(shù)的影響。進(jìn)入2000年，我國(guó)對(duì)相關(guān)系數(shù)的研究也逐步深入，對(duì)大量地震反應(yīng)模型進(jìn)行分析，討論了結(jié)構(gòu)層數(shù)和場(chǎng)地類(lèi)別的變化對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系彈塑性位移放大系數(shù)的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，不同的抗震體系有其不同的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，隨著結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展，人們關(guān)于不同結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)影響系數(shù)的研究也在不斷深入。相信在不久的將來(lái)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路將更加細(xì)化、更加完備，抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展也將日益成熟。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50011-2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[12] 任云峰，顧強(qiáng).K形偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)影響系數(shù)[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版），2008（2）：1-5.

[23] 楊俊芬，顧強(qiáng).抗震設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)及其研究進(jìn)展[J].地震工程與工程振動(dòng)，2008（4）：58-63.

[3] GB50011-2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[4] 李成.多層抗彎鋼框架的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)和位移放大系數(shù)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[5] 翟長(zhǎng)海，謝禮立.抗震規(guī)范應(yīng)用強(qiáng)度折減系數(shù)的現(xiàn)狀及分析[J].地震工程與工程振動(dòng)，2006（2）：1-7.

收稿日期：2020-07-03

作者簡(jiǎn)介：王朝玉（1994—），男，陜西西安人，碩士研究生，研究方向：鋼結(jié)構(gòu)抗震。

Application of Structural Influence Coefficient in Seismic Design of Buildings

WANG Chaoyu1，2

（1.Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.， Ltd.， Xi'an Shaanxi 710075;

2.Xi'an University of Technology， Xi'an Shaanxi? 710048）

Abstract： The structural influence coefficient means that when the structure is subjected to earthquake loads， the base shear force required to maintain a fully elastic state， the ratio to the substrate required to maintain the structure in an inelastic state. The coefficient is closely related to the structure form， according to the response spectrum method the structural influence coefficient of each type of structural system can be summarized， which can guide the seismic design of buildings.

Keywords： Seismic design of buildings; Structural safety; Structural influence coefficient