建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震性能化設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

張紅鶴 趙成前

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步推動(dòng)了我國(guó)綜合國(guó)力的提升，也帶動(dòng)了建筑工程行業(yè)發(fā)展的步伐。我國(guó)位于歐亞板塊和太平洋板塊邊緣，歷史上就是地震多發(fā)的國(guó)家，抗震設(shè)計(jì)成為了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，本文主要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震性能化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討，詳情如下。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);抗震性能化;設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

當(dāng)前，由于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與工程的質(zhì)量安全有著密切相關(guān)的聯(lián)系，并且在展開(kāi)抗震設(shè)計(jì)期間，所能夠涉及到的領(lǐng)域及因素相對(duì)眾多，在很大程度上增加了抗震設(shè)計(jì)的難度。所以目前建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)仍然存在很多問(wèn)題和隱患，導(dǎo)致在發(fā)生地震時(shí)房屋不僅無(wú)法成為人們的避難所，反而成為了威脅人們生命健康的一根稻草。因此，對(duì)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及加固處理展開(kāi)分析對(duì)于建筑工程的發(fā)展而言有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)美觀等目的，結(jié)構(gòu)體系多樣化程度不斷增加，受力結(jié)構(gòu)也逐漸以剪力墻為主?？蚣芙Y(jié)構(gòu)主要是由建筑承受水平荷載的橫縱向梁和承受豎向的柱子共同構(gòu)成，其框架結(jié)構(gòu)布置較為靈活、方便，一般為雙向、均勻且對(duì)稱(chēng)，盡量避免扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的發(fā)生。為有效防止剛度發(fā)生突變的情況，電梯間以及水箱多使用框架進(jìn)行承重。鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多以框架結(jié)構(gòu)體系為主，但由于框架梁和柱截面相對(duì)較小，剛度也較低，使其抗震性能降低，建筑高度受到影響，多在75m以下。剪力墻結(jié)構(gòu)體系主要由墻體承受豎向力以及抵抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)組成，多為雙向布置，兩向的墻體剛度也較為接近剪力墻截面形式一般為工字或T字型，有助于提高建筑的剛度和穩(wěn)定性。為防止剛度突變須對(duì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)的部分，剪力墻落地并加固。短支剪力墻一般使用的是暗梁和暗柱，為有效抵抗水平力，須設(shè)定相應(yīng)的普通剪力墻。對(duì)于高層建筑剪力墻來(lái)說(shuō)，多以彎曲和變形為主。層間位移在高度增加的同時(shí)，層間位移上大下小。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震性能化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1基于統(tǒng)一倒塌風(fēng)險(xiǎn)的建筑抗震設(shè)計(jì)方法

按照GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)抗震規(guī)范）規(guī)定，罕遇地震是指一般場(chǎng)地條件下50年超越概率為2%～3%的地震，具體來(lái)說(shuō)，7、8、9度區(qū)罕遇地震的50年超越概率分別約為3%、2.5%和2%。因此，按現(xiàn)行的設(shè)防對(duì)策，不同烈度區(qū)罕遇地震的概率水準(zhǔn)存在差異，烈度越低，其概率水平越低，會(huì)導(dǎo)致不同烈度區(qū)建筑的防倒塌水準(zhǔn)不一致，烈度越低防倒塌的水準(zhǔn)也越低。另一方面，由于我國(guó)的基本地震烈度或地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖具有很大的不確定性，中低烈度區(qū)常常發(fā)生災(zāi)害深重的強(qiáng)烈地震，例如，1975年海城地震，震中的區(qū)劃烈度為6度，不設(shè)防，實(shí)際遭遇地震烈度為10度;1976年唐山地震，震中的區(qū)劃烈度為6度，不設(shè)防，實(shí)際遭遇地震烈度為11度;2008年的汶川地震，震中的區(qū)劃烈度為7度，實(shí)際遭遇地震烈度為11度。因此，中低烈度設(shè)防的建筑物實(shí)際面臨的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于高烈度設(shè)防區(qū)，這是我國(guó)當(dāng)前及今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)應(yīng)重點(diǎn)研究并加以解決的問(wèn)題，也是抗震防災(zāi)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。為了保證不同烈度區(qū)、不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的各類(lèi)建筑物在相同的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（50年）內(nèi)，具有相同或一致的地震倒塌風(fēng)險(xiǎn)，踐行與落實(shí)“以人為本、人人平等”的災(zāi)害防御理念，有必要根據(jù)預(yù)定的地震倒塌風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)建或調(diào)整現(xiàn)有的抗震設(shè)計(jì)方法，即構(gòu)建基于預(yù)定倒塌風(fēng)險(xiǎn)的抗震設(shè)計(jì)方法。該方法包括倒塌風(fēng)險(xiǎn)量化指標(biāo)、三級(jí)設(shè)計(jì)地震參數(shù)取值、層間位移角限值、柱最小截面尺寸、柱軸壓比限值、構(gòu)件承載力冗余系數(shù)等，是合適可行的。

2.2靜力彈塑性分析

靜力彈塑性分析主要依據(jù)能力譜法對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。依據(jù)相應(yīng)的反應(yīng)譜建立相應(yīng)的設(shè)防地震、罕遇地震以及多遇地震作用下的需求譜，明確具體性能點(diǎn)。對(duì)于罕遇地震來(lái)說(shuō)，和結(jié)構(gòu)推覆極限點(diǎn)相比，其對(duì)應(yīng)的性能點(diǎn)位移發(fā)展空間較大，能夠得出結(jié)構(gòu)的位移安全性也較高。在進(jìn)行最大樓層的角位移曲線計(jì)算時(shí)，層間位移角未發(fā)生明顯的突變，結(jié)構(gòu)也并未出現(xiàn)較為明顯的薄弱樓層。在罕遇地震作用下，少數(shù)的下部樓層剪力墻發(fā)生的損傷較輕，只有個(gè)別樓層的剪力墻發(fā)生的損傷較為嚴(yán)重，一些耗能構(gòu)件出現(xiàn)較為嚴(yán)重的損傷，甚至出現(xiàn)無(wú)法使用的問(wèn)題。罕遇地震的速度峰值為多遇地震速度峰值的6.21倍，但罕遇地震下基底剪力是多遇地震下基底剪力的3.6倍左右，因此可以得出，罕遇地震作用下部分構(gòu)件累積的損傷能夠造成建筑整體剛度降低，從而出現(xiàn)塑性現(xiàn)象。

2.3隔震層位置選擇

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的隔震技術(shù)有基礎(chǔ)隔震和低位層間隔震。隔震層初步考慮設(shè)置在地下室一層柱頂和地下室頂板頂。隔震支座設(shè)置在地下室一層柱頂，根據(jù)《抗規(guī)》第12.2.9條的規(guī)定，地下室柱子應(yīng)采用隔震結(jié)構(gòu)罕遇地震下隔震層底部的內(nèi)力，進(jìn)行承載力驗(yàn)算。地下一層柱子按照懸臂構(gòu)件設(shè)計(jì)，承受上部高層傳遞下來(lái)的力，柱子斷面難以滿足剛度和承載力要求，首層柱子間需設(shè)置拉梁來(lái)增加整體剛度和減小柱底彎矩。地下室增設(shè)拉梁后，凈高降低，地下室層高需提高，造價(jià)將大幅提高。同時(shí)，隔震層設(shè)置在地下一層柱頂，需按照整體多塔計(jì)算，受力復(fù)雜且不合理。隔震層設(shè)置在地下室頂板時(shí)，地下室一層柱子受到的地震力，將遠(yuǎn)小于隔震支座設(shè)置在地下室一層柱頂。地下室的柱子由地下室頂板、梁共同連接，形成的整體剛度將大于僅靠拉梁連接形成的整體剛度，地下室柱子斷面可滿足剛度和承載力要求。同時(shí)，將隔震層設(shè)置在地下室頂板，多塔可按照單塔計(jì)算，受力簡(jiǎn)單且合理。

2.4抗震技術(shù)的合理應(yīng)用

在建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用中，其底層位置的構(gòu)件并不具備足夠強(qiáng)的抗震性能。因此，在地震發(fā)生的情況下，短肢剪力墻底層的構(gòu)件就很容易產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而讓上層與底層之間的剛度比進(jìn)一步加大。同時(shí)，隨著建筑中樓層數(shù)量的增加，底層構(gòu)件所具有的彈塑性也會(huì)呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，尤其是在高層或超高層建筑中，一旦地震發(fā)生，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)便很容易出現(xiàn)彎曲變形情況，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)位置偏移現(xiàn)象，導(dǎo)致上層結(jié)構(gòu)具有越來(lái)越大的剛度，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會(huì)顯著降低，甚至?xí)霈F(xiàn)建筑損壞或倒塌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)用戶的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅?；诖?，在短肢剪力墻技術(shù)的具體應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定性和抗震性，設(shè)計(jì)者一定要對(duì)其上層及其底部之間的側(cè)移剛度比嚴(yán)格控制，并將剪力墻構(gòu)造適當(dāng)加強(qiáng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)其整體結(jié)構(gòu)抗震性能的進(jìn)一步強(qiáng)化。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)利用專(zhuān)業(yè)知識(shí)、結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)合理的方法進(jìn)行整體剪力墻結(jié)構(gòu)的精確計(jì)算，使其設(shè)計(jì)值得到全面明確。為實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)延性的進(jìn)一步提升，設(shè)計(jì)者也可將短肢剪力墻截面上的縱向配筋數(shù)量適當(dāng)加大。在此過(guò)程中，為進(jìn)一步提升短肢剪力墻的承載力，設(shè)計(jì)者一定要做好其軸壓比控制，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)剪力墻位置和間距進(jìn)行合理調(diào)整。通過(guò)這樣的方式，才可以有效確保整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性，實(shí)現(xiàn)其抗震性能的良好保障。

結(jié)語(yǔ)

建筑設(shè)施的規(guī)模越來(lái)越大，而且不斷完善，建筑業(yè)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中占有重要的地位。在地震頻發(fā)的環(huán)境下，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和加固處理是非常必要的，因此要不斷創(chuàng)新和優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全的重點(diǎn)，更是建筑行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

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