建筑結構抗震設計及加固策略

摘要：在合理確定結構型式和體系后，結構的布置就成為建筑抗震的重要問題，抗震不利的結構布置會導致嚴重震害。所以一定要做好結構方案，做好抗震設計。

關鍵詞：建筑結構；抗震設計；加固

1 建筑結構基于性能的抗震設計概況

（一）基于性能的抗震設計的提出

20世紀90年代初，美國學者首先提出了這項設計理論，以改進基于承載力的傳統(tǒng)設計理念，用量化的抗震指標來控制建筑抗震性能，隨即被各國所重視。該項設計理論基礎是結構性能分析，根據用途和要求確定性能，使建筑物在面對不同的地震等級中達到預期抗震目標。1995年，美國的放眼21世紀委員會提出了基于性能抗震設計的框架，此專項研究得到美國政府大力支持與資助，并進行了有前瞻性的多方面研究。此后，澳大利亞、日本、新西蘭、英國、智利等國家也在多方資助下，為推進此專項研究，成立了各類委員會，包括評估、分析、協(xié)調、規(guī)范等，在對這項理論進行了大量的研究后，均提出和采用了力求達到國際一體化要求的一系列抗震設計理論。

我國在這項理論的研究上起步較晚，為了與國際規(guī)范同步，我國在與美國等在這項研究領域取得先進成果的國家進行學術交流、學習中，對這項理論進行專項研究并引入理論，許多中國高校也開展了專項研究，旨在不斷發(fā)展和完善出符合我國國情的性能抗震設計理論，并取得了一定的研究成果。

（二）性能抗震設計理念的特點

通過對現行抗震設計理論的實踐，可以對兩者進行對比，以得到性能抗震設計理念的特點。

1．多級設防。相對于現行的三階段設防目標（小震不壞、中震可修、大震不倒），性能抗震設計注重多級設防，保護非結構件與內部設施，后者的設計理念既保證使用者安全，又減輕業(yè)主和社會的經濟損失與壓力。

2．投資效益準則。性能抗震設計偏重于安全、經濟等多方面。在安全與經濟之間找到合理、平衡的切入點，確定最佳方案，以優(yōu)化設計為目的。

3．自由度大。相比較傳統(tǒng)抗震設計刻板的被動狀態(tài)，性能抗震設計可根據業(yè)主的要求確定目標，給設計帶來新的動力。

（三）性能抗震設計目標

目標為在不同地震等級的作用下，建筑物結構能達到預期所應達到的水平。最大程度的在經濟與結構可靠性上找到合理的平衡點。建立設計目標需要考慮場地、結構所需功能、建筑重要性、損失與重建等各方面的因素。

（四）設計設防水準

1．地震設防水準。抗震設計設防對象所選擇的地震強度，直接決定建筑物的抗震能力，如何確定設防水準在基于性能抗震設計中有決定性的地位。應取決于優(yōu)化后的經驗基礎上來確定并根據地震參數及烈度作設防水準。

2．結構性能水準。地震等級作用下對建筑物預期破壞最大程度。除了對主體結構破壞帶的損失有控制力外，還要注重對非主體、內設施的損壞的控制。因此，能兼顧主體、非主體結構破壞程度的結構性能水準才是合理、科學的。

（五）現行抗震設計局限性

1．現行抗震設計很少對建筑結構在地震發(fā)生時的性能進行評估，只是按規(guī)范標準設計。

2．業(yè)主與使用者并不了解所使用的建筑結構的抗震性能。

3．經濟評估準則并沒有在建筑業(yè)中得到廣泛應用。

（六）抗震設計的常見問題

1、建筑體形

由于建筑地形的限制，或為了形成街景，業(yè)主常要求設計單位在建筑體形上賦予變化，以求美化。主要表現在：建筑平面因地勢需要設計轉折；結構平面凹凸不規(guī)則，有的凸出或凹進的尺寸大于相應尺寸的30％；．上部砌體總層數不一致，有的層面差達到兩層甚至以上；樓板局部不連續(xù)或剛度突變，出現樓板錯層，或樓板開洞率太大，有效樓板面積不足結構典型平面的50％；為了滿足下部大空間的利用，下部框架投影面積大大超過上部磚房面積，質量出現較大偏心，使結構出現較大的不規(guī)則扭轉；樓層之間大剛度和承載力變化明顯，變化率超過20％～30％以上。

2、框架結構

框架的設計問題出現的形式多樣：框架柱網不規(guī)則，開間不均勻；底部框架梁跨度太大，曾出現9m的跨度，必然導致“強梁弱柱”；框架梁柱截面偏小，表現為“剪壓比”和“軸壓比”超標；梁、柱的縱向配筋率和體積配筋率小于抗震要求；起轉換作用的樓面的次梁設置不合理，有的偏少，有的不便于施工。

3、抗震墻

底框結構沒有按要求設置抗震墻，追求經濟效益，減少抗震墻數量；強調空間功能分布，抗震墻分布不對稱、不均勻；有的工程抗震墻布置過多，使薄弱層上移，由于多層砌體房屋結構變形、耗能能力差，地震時破壞往往更加嚴重；剪力墻沒有注明抗震等級。構造措施不力等。

2 抗震概念設計的重要性

大量的震害表明，結構抗震性能的決定因素是良好的“概念設計”。概念設計的目的就在于合理地選擇結構形式，并通過構造措施來滿足“大震不倒”的要求。設計師在提高抗震設計意識和水平的同時，建筑方案的選擇不受業(yè)主的干擾，避免建筑的形狀、尺寸、布局等表現出明顯的抗震缺陷；結構方案更不能受業(yè)主的經濟觀念和使用功能的影響，降低下部結構的延性，使抗震墻的數量、形式、布置嚴重不合理，包括構件的構造措施不力等。

3 基于性能的抗震設計方法

（一）性能抗震設計階段

1．概念設計。根據用途和業(yè)主的要求，合理確定設防目標，通過場地、建筑平面等進行初步設計。

2．計算設計。根據預定的設防目標，計算出能影響各類因素的抗震參數，參數與預定目標不符要及時修改，直至滿足參數需求。以基于位移的抗震性能設計為例，主要包括步驟有確定不同強度地震作用下性能目標；根據初步設計，確定結構內的位移的極限值；通過等效阻尼比等各類等效數值，確定等效剛度；設計采用必需的構造措施；評價結構強度要求和變形能力。以嚴謹、科學、合理的態(tài)度進行評估，如計算階段有不符合，則需重復計算設計步驟，以不斷完善結構設計。

3．性能評估。通過各類的分析法得出設計結果來確定該建筑結構的性能。

（二）性能抗震設計方法

目前大致主要有：位移影響系數、能力譜、直接位移設計等方法。

1．位移影響系數法。基于結構性能設計方法，通過分析得出的最大期望位移值，利用等效方法、模態(tài)進行確定。以達到此系數的修正作用。此方法還存在著由于它是整體抗震評估方法，無法具體體現主要結構、樓層的損壞情況與抗震水準等問題。

2．能力譜法。1975年被提出，隨后不斷改進。能力譜設計是將能力譜曲線與地震反應譜轉化而來的需求譜，進行比較來評估其抗震性能。此方法側重對結構的實際性能進行驗算、評估。另外，能力譜設計法比較適用于平面結構可簡化且分布較均勻的結構，否將會產生不小的誤差。

3．直接位移設計法。側重于結構性能設計，概念簡單，根據地震等級來預期位移計算，使結構達到預定位移。此方法也存在著只能從建筑結構材料的極限變化得到數值，而不能考慮到預期以外的強震效應的不足。

4 結語

建筑結構基于性能的抗震設計是比較寬泛的體系，它是現行抗震設計的延續(xù)與發(fā)展，以結構性能分析作為基礎，建筑物的性能目標以全面、科學的因素來確定，使建筑物在面對不同等級的地震時，能達到預期的抗震目標。與傳統(tǒng)抗震設計相比，優(yōu)點明顯：基于性能抗震相較于以往更系統(tǒng)化；性能抗震設計的適應性、連貫性更好，應用意義更大；靈活性的加大，使設計人員能發(fā)揮創(chuàng)造性，增加對新技術、新材料的推廣應用等。性能抗震設計方法也需要解決一些設防水準數據化的劃分，合理的參數取值范圍介定等問題，才能更好的服務于社會經濟建設，達到符合我國國情的設計規(guī)范。

參考文獻

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