建筑結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)

王仕杰

摘要：文章首先分析了建筑結(jié)構(gòu)抗震水平的判斷方法，并對抗震設(shè)計(jì)期間需要考慮的影響因素做出總結(jié)。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討基于危位移開展建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的有效方法，以及提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性安降低震動(dòng)損害的設(shè)計(jì)措施，幫助明確以位移為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)，促進(jìn)建筑物使用安全以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；位移計(jì)算；抗震設(shè)計(jì)

一、建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平判斷

根據(jù)建筑物的不同使用功能來進(jìn)行抗震水平判斷，觀察結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中與地方地質(zhì)災(zāi)害類型之間的沖突問題；建筑物抗震性能關(guān)系到整體使用安全性，因此在設(shè)計(jì)期間，抗震水平確定也是十分重要的。技術(shù)人員要深入到工程的建設(shè)區(qū)域內(nèi)，對地質(zhì)情況進(jìn)行檢測，得出準(zhǔn)確的檢測信息結(jié)果。在根據(jù)所得到的檢測結(jié)果來計(jì)算現(xiàn)場的抗震等級，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)操作所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果來進(jìn)行，選擇合理的建筑等級來作為材料采購的依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合管理控制?？拐鹚脚袛嗖荒芫窒抻谒玫降臄?shù)據(jù)結(jié)果，要結(jié)合施工建設(shè)區(qū)域的環(huán)境因素進(jìn)行考慮，判斷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是否會受到環(huán)境影響。不穩(wěn)定的基層也會增大震動(dòng)對建筑結(jié)構(gòu)的損傷，設(shè)計(jì)期間要觀察這一因素，判斷是否因設(shè)計(jì)期間的水平判斷不合理，造成最終使用功能受到影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)提升建筑物使用安全性的目標(biāo)。

二、建筑結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)

1、結(jié)構(gòu)振型及自振周期計(jì)算

對建筑結(jié)構(gòu)使用中可能會受到的震蕩影響進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果要確保與方案保持一致，觀察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行使用穩(wěn)定情況，并判斷震動(dòng)可能會對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響，通過這種位移控制方法促進(jìn)管理計(jì)劃在現(xiàn)場全面落實(shí)，達(dá)到更理想的設(shè)計(jì)效果。受外界因素影響建筑結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一個(gè)自振，從而對自身的平衡穩(wěn)定造成影響，隨著外力影響消失，這種自振在一段時(shí)間內(nèi)也會消散，其內(nèi)部能量因此而得到控制，進(jìn)而達(dá)到自身穩(wěn)定狀態(tài)。對其周期進(jìn)行判斷計(jì)算，需要結(jié)合矩陣分析來進(jìn)行，并判斷分析結(jié)果與實(shí)際情況之間的聯(lián)系，達(dá)到一個(gè)合理控制效果。自振周期計(jì)算要與結(jié)構(gòu)所受到的震動(dòng)類型相互結(jié)合，綜合全面因素進(jìn)行分析，最終所得到的結(jié)果才更精準(zhǔn)，不會影響到最終的系統(tǒng)安全性。

2、最大層間位移角出現(xiàn)位置

建筑結(jié)構(gòu)在受到震蕩影響時(shí)，位移可能會受到影響，并且結(jié)構(gòu)之間是存在相互聯(lián)系的，這種聯(lián)系形式不確定，最終的使用安全性并不理想。假設(shè)在震動(dòng)期間建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移角，現(xiàn)以最大層間產(chǎn)生的位置為例。根據(jù)現(xiàn)場檢測得到的數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)合設(shè)計(jì)方案來初步判斷位移角出現(xiàn)的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)。還需要判斷位移角產(chǎn)生的類型，分析現(xiàn)場存在的不合理現(xiàn)象，假設(shè)角度出現(xiàn)后建筑結(jié)構(gòu)的其他變化不受外界因素影響，均處于合理范圍內(nèi)，這樣再繼續(xù)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)控制，并借助計(jì)算機(jī)軟件來對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷，所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，并且不會影響到最終的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。層間位移法是按照樓層高度不同來進(jìn)行計(jì)算的，因此結(jié)果也能與實(shí)際情況保持一致，在高層建筑結(jié)構(gòu)中最適合這種運(yùn)算方法使用。

三、基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1、以延性系數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)

建筑物使用期間結(jié)構(gòu)自身具有一定的抗震能力，與基層穩(wěn)定性、建筑材料強(qiáng)度等因素相關(guān)。當(dāng)受到的震蕩超出了這一承受范圍，則在建筑結(jié)構(gòu)表面會出現(xiàn)不同程度的損傷，建筑結(jié)構(gòu)之間所維持的穩(wěn)定狀態(tài)因此被打破，并不能達(dá)到理想的控制效果。對于各個(gè)系統(tǒng)之間可能會出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)失衡現(xiàn)象，可以通過建立以延性系數(shù)為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定性不會受到影響，可以達(dá)到理想的控制管理效果。隨著建筑施工任務(wù)進(jìn)行，原有的設(shè)計(jì)參數(shù)會產(chǎn)生一定的誤差。這一誤差也會導(dǎo)致最終使用安全性下降，設(shè)計(jì)期間考慮這一因素，并加強(qiáng)現(xiàn)場的調(diào)節(jié)控制，盡可能的將誤差控制在最小范圍內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升，將環(huán)境因素所帶來的影響降至最低。不同樓層高度受到的震蕩影響也存在很大差異性，對此要加強(qiáng)現(xiàn)場的管理控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合能力提升，樓層越高震動(dòng)所造成的結(jié)構(gòu)損傷也越明顯，對此所進(jìn)行的各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)要考慮樓層高度所帶來的影響，考慮巖性特征，對位置角度做出更準(zhǔn)確的判斷。

2、直接基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)

這種方法運(yùn)行了結(jié)構(gòu)損傷判斷原理，對使用環(huán)境進(jìn)行模擬，并分析在現(xiàn)場是否存在不合理的現(xiàn)象，充分探討最終結(jié)果穩(wěn)定性受到的影響?？拐鹪O(shè)計(jì)能通過結(jié)構(gòu)之間位置優(yōu)化來提升整體抗震能力，進(jìn)而對使用期間所遇到的地震災(zāi)害以及結(jié)構(gòu)自身震蕩影響做出預(yù)防控制，提升建筑結(jié)構(gòu)的整體承載能力，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與系統(tǒng)相互配合的能力上，均能得到提升，促進(jìn)結(jié)構(gòu)的承載能力提升。對位移進(jìn)行檢測計(jì)算。根據(jù)所得到的結(jié)果直接開展抗震設(shè)計(jì)，這樣所得到的結(jié)果與實(shí)際情況更符合，并且能夠達(dá)到理想的控制管理狀態(tài)，通過系統(tǒng)之間的相互配合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)建筑設(shè)計(jì)，使建筑才來的強(qiáng)度能夠得到最大發(fā)揮，降低建筑高度所帶來的安全隱患。這種設(shè)計(jì)方法是最直接的，適應(yīng)于高層、多層等不同形式的建筑工程，前提是所得到的位移計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況一直，確保基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可靠性，后續(xù)進(jìn)行的各項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)也擁有了穩(wěn)定的參照標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)建筑物抗震性能優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在開展結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，也可以將多個(gè)設(shè)計(jì)方法相互整合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)功能上的互補(bǔ)，同時(shí)在一些比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)區(qū)域，建筑物結(jié)構(gòu)所受到的震動(dòng)影響來源不同，只有對此進(jìn)行準(zhǔn)確判斷選擇合適的設(shè)計(jì)方法，才能確保最終的功能不受到影響，抗震能力也能因此得到提升。

除上述內(nèi)容之外，考慮高振型影響時(shí)結(jié)構(gòu)某性能水平的目標(biāo)側(cè)移曲線與僅考慮第一振型時(shí)大致相同，說明高階振型對結(jié)構(gòu)位移的貢獻(xiàn)不大，以第一振型最大層間側(cè)移角位置代替結(jié)構(gòu)最大層間側(cè)移角出現(xiàn)位置是可靠的，但是從算例結(jié)果可看出，高階振型所產(chǎn)生的地震作用是不可忽略的。在抗震設(shè)計(jì)中考慮全面因素，最終結(jié)構(gòu)使用安全性才能得到保障。

總之，雖然基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法還不成熟，但基于位移的抗震設(shè)計(jì)思想得到了廣泛的應(yīng)用。雖然傳統(tǒng)的基于力的設(shè)計(jì)方法的抗震位移仍有許多不足之處，但它與現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)方法比較接近，且仍以現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)方法為依據(jù)，并驗(yàn)算了的許多結(jié)構(gòu)位移。例如，現(xiàn)有的抗震設(shè)計(jì)方法只能在小震作用下進(jìn)行驗(yàn)算，而位移化抗震設(shè)計(jì)只能在中強(qiáng)地震作用下進(jìn)行驗(yàn)算。在中震作用下，以力為參數(shù)描述結(jié)構(gòu)的位移。綜上所述，基于位移的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)已初步應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中，并將在今后繼續(xù)發(fā)展和完善。對建筑工程而言，要從受力、位移、速度、加速度、能量和損傷等因素影響結(jié)構(gòu)位移狀態(tài)參數(shù)入手，從而了解位移化抗震設(shè)計(jì)的要求?；谖灰频目拐鹪O(shè)計(jì)概念，這是研究人員和設(shè)計(jì)人員更注重在建筑結(jié)構(gòu)抗震研究的必要性，這是在中國的建筑業(yè)未來發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。

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