基于建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

劉磊

摘 ?要：本文介紹抗震設(shè)計相關(guān)概念，設(shè)計思路及需要注意的問題，以求更清晰地、合理地進(jìn)行建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu) ?抗震設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是一個完整、系統(tǒng)的過程，從場址的選擇到建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計，抗震設(shè)計貫穿了整個過程。而且建筑物的抗震設(shè)計是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是否符合要求的重要指標(biāo)。因此如何準(zhǔn)確、合理的運用不同的抗震設(shè)計方法，是非常重要的，對于不同的建筑、不同的情況應(yīng)區(qū)別對待，從而尋求最合理的結(jié)構(gòu)布置。

1.建筑的抗震概念設(shè)計的含義

所謂“建筑抗震概念設(shè)計”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，依此進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計應(yīng)該是綜合概念設(shè)計、計算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設(shè)計，掌握了抗震概念設(shè)計，有助于明確抗震設(shè)計思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\用抗震設(shè)計原則，使設(shè)計人員不至于陷入盲目的計算工作，從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計。

2.結(jié)構(gòu)地震作用

從上面的介紹可以看到，按照我國三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，計算地震作用也是比較復(fù)雜的。但是由于國家規(guī)范已經(jīng)做了大量的工作，所以我們結(jié)構(gòu)設(shè)計人員已經(jīng)是到了直接應(yīng)用的階段了。例如，某個城鎮(zhèn)，它的設(shè)防烈度是多少，設(shè)計基本地震加速度是多少，設(shè)計地震分組是什么，多遇地震下參數(shù)是多少，等等，規(guī)范里都有依據(jù)可以查到，但這些是要花費非常大的精力去試驗、實踐才能得出來的數(shù)據(jù)，而我們查下規(guī)范，就可以得到。所以我覺得，規(guī)范使得抗震設(shè)計可以有據(jù)可依，設(shè)計也才可以順利的進(jìn)行。另一個方面，隨著結(jié)構(gòu)計算軟件的發(fā)展，我們地震作用的計算也變得更簡化。我們只需要準(zhǔn)確理解地震相關(guān)各種參數(shù)的意義，合理準(zhǔn)確的輸入到計算程序中，那么程序就可以計算出相應(yīng)情況下的地震作用，而后用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力、配筋計算。

3.建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的基本內(nèi)容

3.1 首先應(yīng)重視建筑工程結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的形狀設(shè)計方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱，因為震害表明，此種類型建筑在地震時較不容易破壞，而且容易估計出其地震反應(yīng)，易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理?！敖ㄖY(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求?！耙?guī)則建筑”體現(xiàn)在體形（平面和立面的形狀）簡單;抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻;平面布置基本對稱。

3.2 結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當(dāng)結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低;反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結(jié)構(gòu)提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造等因素，來衡量結(jié)構(gòu)具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關(guān)，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關(guān)。但是，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟有效的辦法。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之間尋找一種較好的匹配關(guān)系。

3.3 設(shè)計多道設(shè)防結(jié)構(gòu)

3.3.1 超靜定結(jié)構(gòu)

靜定結(jié)構(gòu)是只有一個自由度的結(jié)構(gòu)，在地震中只要有一個節(jié)點破壞或一個塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)就會倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)必須做成超靜定結(jié)構(gòu)，因為超靜定結(jié)構(gòu)允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結(jié)構(gòu)不僅是要設(shè)計成超靜定結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該做成具有多道設(shè)防的結(jié)構(gòu)。第一道設(shè)防結(jié)構(gòu)中的某一部分屈服或破壞只會使結(jié)構(gòu)減少一些超靜定次數(shù)。同時要注意分析并控制結(jié)構(gòu)的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則只允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應(yīng)當(dāng)作為第一道設(shè)防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

3.3.2 雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是可能實現(xiàn)多道設(shè)防結(jié)構(gòu)的一種類型，而且雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側(cè)力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每個抗側(cè)力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協(xié)同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當(dāng)其中一部分結(jié)構(gòu)有所損傷時，另一部分應(yīng)有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作用力。在抗震結(jié)構(gòu)中設(shè)計雙重抗側(cè)力體系實現(xiàn)多重設(shè)防，才是安全可靠的結(jié)構(gòu)體系。

3.3.3 總結(jié)構(gòu)體系與基本分結(jié)構(gòu)體系

1972年12月23日尼加拉瓜首都發(fā)生強烈地震，1 萬多棟樓房倒塌。林同炎公司 1963 年設(shè)計的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設(shè)計地震作用 0.06g 大6倍的地震0.35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運動與由風(fēng)引起的位移是不同的，在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)會在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復(fù)雜。當(dāng)然主要是第一振型，同時也包括具有鞭梢效應(yīng)的第二、第三振型，變形量很大。所以設(shè)計者主要考慮的是如何避免就其結(jié)構(gòu)固有特征會引起倒塌的過大變形。再則，設(shè)計高層結(jié)構(gòu)所考慮抗風(fēng)與抗地震要求的出發(fā)點往往是矛盾的。剛度大的結(jié)構(gòu)對抗風(fēng)荷載有利，動力效應(yīng)小;反之，較柔的結(jié)構(gòu)有利于抗震。所以要設(shè)計一個抗風(fēng)及抗震性能都很好的高層結(jié)構(gòu)不很容易。林同炎教授的設(shè)計思想是設(shè)計一個由4個柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結(jié)構(gòu)總體系。地震后的實地觀察，證明其設(shè)計思想是正確的，正如預(yù)料的那樣，聯(lián)梁的混凝土剝落，梁中有明顯裂縫。但四個柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

4.結(jié)論

抗震設(shè)計是一個系統(tǒng)的理論，規(guī)范把一系列的抗震技術(shù)措施以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的形式確定下來，從而作為建筑工程抗震設(shè)計的依據(jù)。我們結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，理解規(guī)范的內(nèi)容，做好抗震設(shè)防設(shè)計，從而減輕地震災(zāi)害影響。