淺談結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法

張丹丹

江蘇省建設(shè)工程設(shè)計院有限公司 江蘇 南京 211100

1 引言

早期結(jié)構(gòu)設(shè)計對地震自然災(zāi)害對建筑物的破壞是不可預(yù)計的，對于地震自然災(zāi)害的破壞調(diào)查及研究是很重要的一個環(huán)節(jié)，尤其08年汶川地震及10年玉樹地震損失慘重，引起了業(yè)內(nèi)對抗震設(shè)計的重視，并開展了大量的研究工作，修正了設(shè)計規(guī)范，為后續(xù)工程設(shè)計及對既有建筑的改擴建設(shè)計提供新的思路及方法。

2 結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

現(xiàn)在對于新建建筑，多提倡結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，即從最初的直觀判定建筑平面、豎向是否有明顯的突變開始著手，盡可能的在建筑方案階段減少對結(jié)構(gòu)不利的薄弱布置，從全局把控，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳力途徑清晰明確、簡單的原則對建筑進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，更合理的注重結(jié)構(gòu)剛度和強度的均勻性，然后再進行電算，對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)置多道防線。一個好的結(jié)構(gòu)方案的布置是會省去大量的電算時間，工程師也會對電算結(jié)果有一個整體的把控，從而使得整個設(shè)計圖紙更合理。

抗震性能化設(shè)計是貫穿結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計始終的，并且是對概念設(shè)計的集中體現(xiàn)。比如抗震規(guī)范中提到的三水準目標，就是最基本的抗震性能設(shè)計。但隨著城市人口的密集度越來越高，如發(fā)生大震，人員傷亡過多經(jīng)濟損失慘重，從前的以減少人員傷亡保證生命安全為主的抗震設(shè)防目標不在適用，應(yīng)當考慮震后能保證基本的生活運轉(zhuǎn)，減少經(jīng)濟損失，能對震后建筑的破壞程度有所控制，這就提出了多種性能目標的設(shè)計方法。

設(shè)防標準有所不同，同樣的結(jié)構(gòu)抗震性能目標也會有所不同。結(jié)構(gòu)設(shè)計師根據(jù)甲方的要求（或根據(jù)自身的專業(yè)經(jīng)驗主動引導(dǎo)甲方），采用合理的抗震性能目標進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，建筑物在未來震后所遭受的破壞程度，哪種是甲方可以接受的，這就是給與甲方投資效益分析直觀的參考，這使得社會和甲方在未來地震中能對結(jié)構(gòu)的性能表現(xiàn)有所預(yù)期。

還有一種方法是主動的去減少地震對建筑物的破壞，就是對建筑物隔震和消能減震的設(shè)計。這種方法適用于都建筑物的使用功能有較高要求或甲方愿意增加經(jīng)濟投入的項目。在實際工程中，我們有時采用增加阻尼器的方式來達到耗能的目的，有時是對節(jié)點做法進行一些改變來達到耗能的效果。比如，在鋼結(jié)構(gòu)中，節(jié)點處地震力或位移較大時，我們通過改變螺栓孔的形狀，使得構(gòu)件連接點可以在狹長的孔內(nèi)摩擦運動而達到耗能目的。在高層結(jié)構(gòu)中，核心筒與外圍框架間吸收的地震力不同，產(chǎn)生的位移就不同，這樣會造成連接核心筒和外圍框架間的梁計算不通過，往往設(shè)計師會加大這根梁的截面，去抵抗這些差異，其實換一種思路，相反減小這個梁的剛度，往往會能達到預(yù)期效果。這也是概念設(shè)計的一種體現(xiàn)，把傳統(tǒng)的硬抗地震力的做法改為了以柔克剛的做法，巧妙的化解了地震力。

3 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計在加固設(shè)計中的體現(xiàn)

上一節(jié)介紹了新建建筑的抗震設(shè)計，那么對于既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計也是如此，而且隨甲方對建筑物使用功能的改變，其要求將很迫切，這為抗震概念設(shè)計在加固領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了有利的條件。

既有結(jié)構(gòu)的加固，大部分是建筑使用功能、及層數(shù)的改變，如辦公樓改為監(jiān)控中心，其荷載不同，且有時存在柱距的改變；兩層辦公樓要求加建一層改為三層辦公樓，這就要對基礎(chǔ)進行鑒定是否滿足承載力要求。這些功能及層數(shù)的改變，即使這些建筑滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求，但由于建筑使用功能的改變、建造時間長等因素而必須進行加固，這也是概念設(shè)計及性能化設(shè)計的體現(xiàn)。

甲方的變更對既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，既有結(jié)構(gòu)都是按照當時的現(xiàn)行規(guī)范進行設(shè)計，與當時的經(jīng)濟態(tài)勢和研究水平相當?shù)模煌募追揭蟛煌?，比如有些業(yè)主對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的輕鋼屋面不慎欣賞，要求修改為鋼筋混凝土屋面，那么節(jié)點的設(shè)計就尤為重要，這也是概念設(shè)計及性能化設(shè)計的體現(xiàn)。

既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計，有時建筑物能滿足豎向荷載承載力要求，但是不滿足水平地震驗算的要求，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是加大構(gòu)件截面以達到滿足抗震驗算的目的，這種做法往往會使結(jié)構(gòu)構(gòu)件看起來相當笨重，影響建筑的整體美觀性及使用空間的局限性，換種思路，我們可以在局部節(jié)點處加以耗能構(gòu)件達到目的。這樣可以有效的降低傳統(tǒng)方法中的混凝土及鋼筋的使用量，施工簡潔方便，既能節(jié)約材料成本和人工成本又可以使得建筑的凈空不受影響，有時還能節(jié)省工程周期，一舉多得。但增加耗能構(gòu)件的做法在上部結(jié)構(gòu)中使用廣泛，但對于地基基礎(chǔ)使用上并不是很多，操作較傳統(tǒng)方法復(fù)雜。

4 結(jié)論

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和甲方要求的提高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，概念設(shè)計和性能設(shè)計方法被越來越多的設(shè)計師所接受并運用到實際工程中。不論在新建建筑的設(shè)計還是既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計中，都對結(jié)構(gòu)設(shè)計師提出來更高的要求，不在是過去的一味依賴計算機計算結(jié)構(gòu)，而是要從全局把握，要有清晰的結(jié)構(gòu)概念，實時學習國內(nèi)外新的設(shè)計理念，與時俱進，掌握其精髓，并能準確判斷是否適用、應(yīng)運用到什么結(jié)構(gòu)體系的建筑物中，不得濫用、錯用，做出合理的結(jié)構(gòu)方案，在建筑物滿足承載力及剛度要求的同時提高建筑物的延性，結(jié)合自身的專業(yè)經(jīng)驗正確的引導(dǎo)甲方，使得設(shè)計出的建筑物經(jīng)受的起自然災(zāi)害的考驗，也能滿足甲方的高標準要求。