非結構構件在抗震設計中的重要性問題

何杰

摘 要：隨著我國建筑行業的不斷進步，我國建筑的抗震能力也得到了一定的提高，但是，面對復雜的地震災害，我國建筑還需要進一步提高抗震性能。抗震的性能設計就是一個至關重要的環節，所以，對基于性能的非結構構件抗震設計方法進行研究和分析很有現實意義。

關鍵詞：非結構構件；抗震設計；重要性問題

由于非結構構件不受主體結構的破壞，在設計和施工中容易被忽視，這將很容易破壞非結構構件，造成巨大的破壞。有許多非結構構件在地震中首先倒塌傷人、砸壞設備、破壞主體結構，造成大量人員傷亡和財產損失。

1 非結構構件的定義與分類

所謂非結構構件，是指一般不屬于構件的主要結構，包括施工中非結構構件和建筑附屬機電設備兩大類。非結構構件的構造分為三類，第一類是結構組件（例如，女兒墻、雨篷、跨級密封墻），第二類裝飾品（如，貼面、頂棚、懸吊重物等）、第三種類型非結構墻體（例如，內隔墻、擋土墻、框架填充墻）。

2 非結構構件地震破壞的原因

非結構構件在地震時遭受破壞的主要原因有兩個，即慣性力作用和結構系統變形.地震時，房屋的各個部分均受到慣性力的作用.非結構構件的滑移或傾斜程度以及所承受地震側力的大小，均影響其使用或安全.因此在設計時必然要考慮到這種慣性力的作用.另外，當結構系統受到地震作用后，發生變形，改變原來的幾何形狀.強烈地震時，建筑頂層側移很大，窗戶、填充墻等嵌在結構構件內的非結構構件，可能因不適應整體結構的變形，發生破碎、掉落，出現裂縫，甚至倒塌.由此可見，除了考慮非結構構件所受到的慣性力外，還須考慮結構系統在地震時的變形對其可能的影響。

3 非結構構件地震反應分析方法

規范給出了非結構構件的水平地震作用的計算方法有等效側力法及樓面反應譜法，二者的計算公式如下：

等效側力法水平地震作用計算公式：F=yηζ1ζ2amaxG

樓面反應譜法水平地震作用計算公式：F=yηβsG

在這兩個公式當中，F表示的是沿最不利方向施加于非結構構件重心處的水平地震作用標準值；Y表示的是非結構構件功能系數；η表示的是非結構構件類別系數；G表示是非結構構件的重力；ζ1表示的是狀態系數；ζ2表示的是為位置系數；amax表示的是地震影響系數最大值；βs表示的是非結構構件的樓面反應譜值。

等效側力法對只在一個樓層有支點的附屬系統，稱為單支點系統，為簡化計算通過對大量建筑不同樓層上的不同周期的附屬系統反應的計算結果進行統計，直接給出附屬系統的地震作用簡化公式。樓板反應譜是在結構設計中的地面反應譜，這反映了非承重結構構件的動力特性本身，非結構構件的樓層位置，以及結構和非結構阻尼特性的地震地面運動放大。當樓層反應譜法進行時，非結構部件通常采用單點模型。兩個計算公式的區別在于地震動力大小的估算，當彈性的或彈性連接的附屬系統的重力超過所在樓層的1%，或與建筑物剛接的剛性附屬系統的重力超過所在樓層的10%時，不宜使用等效側力法，而宜采用樓面譜程序計算附屬系統的地震力。所以我們通常采用樓面反應譜法進行計算。而規范地給出樓層反應譜，不包含主系統的輔助系統，作為輸入和要求有不同的自然周期振動的單自由度系統的響應頻譜，其優點是解耦，避免了主要解決系統的運動方程。但由于它沒有考慮子系統與主系統之間的相互作用等四個因素，造成的地板譜有較大的誤差，在某些情況下，誤差可以是多次的。 這四個影響因素包括了：

質量比。當附屬系統與主系統樓層的質量比大于0.001時，附屬系統對主系統相應樓層的反應有明顯影響。

諧振。當子系統的自振周期與主系統自振周期相等或接近時，系統會發生強相互作用，“減振器效應”，則附屬系統出現強烈的振動，而主系統反應，大大減弱，也主要系統的自振周期將發生轉變。

非經典阻尼。當系統與主系統的阻尼特性不一致時，組合系統具有非經典阻尼特性。在共振的情況下，它的影響是不容忽視的。在這個時候，阻尼矩陣不是對角矩陣，形成一個阻尼耦合運動方程，不能用基于杜哈妹積分疊加法求解。

多支座激勵。當附屬系統在主系統不同樓層有支點時，不同支點間的相互運動還會引起附屬系統中的附加內力，即‘偽靜力效應。

為克服規范中所述的樓面反應譜法的缺點，應在基于求解由主系統和安裝在不同樓層上的單自由度附屬系統組成的組合系統中附屬系統的地震反應，這樣就綜合考慮了上述四個因素的影響。從而得到更可靠的樓面反應譜計算結果。為建立樓面反應譜，把自振周期設在0～6s范圍內的附屬系統的地震反應，用時程積分法求解，對不同的地震記錄，不同周期的附屬系統，積分求解組合這包含極大的工作量。采用濾波白噪聲表示地面運動，用隨機振動法通過峰值系數直接得到樓面反應譜。 研究樓面反應譜的目的是為附屬系統的抗震設計提供反應譜。有了樓面反應譜，只要知道附屬系統本身的自振周期、質量和阻尼，就可查出其地震力，而不需要分析主系統。應當說明，文章所述的非結構構件抗震設計僅限于驗算設備的支架、連接件或錨固件的抗震能力，不包括設備自身的抗震能力。

4 各類非結構構件在抗震設計中要注意的主要問題和應采取的措施

我們對非結構構件的抗震問題要有充分的認識，對特定類型的非結構構件，采取針對具體設計，采取措施加強非結構構件的安全性，進一步加強非結構構件節點的細部設計與改進。第一類是附屬會員，如女兒墻、雨篷、低交叉密封墻和其他組件。主要的地震問題是防止倒塌，措施是加強結構的整體性，并使之與主體結構可靠錨固連接。第二類為裝飾物，如貼面、頂棚、懸吊重物等。主要的地震問題是防止破壞和裝飾的主要措施。重要的單板和裝飾，也可以用在靈活的連接上，即使主體結構在地震中有較大的變形，也不能損壞和裝飾單板。第三類非結構墻體，如內墻、墻、框架墻等。根據材料的不同和主體結構的連接情況，對其主要結構有不同的影響，如：主結構的橫向剛度發生改變，結構構件的地震作用內力分布發生變化。主體結構的破壞會導致主體結構的破壞，如局部高度的墻，形成短柱，柱的脆性破壞。第四類是輔助機械和電氣設備等，它與建筑物連接，通過支撐、固定，設備應具有足夠的剛度和強度，并應與建筑物連接，使該設備能在地震后迅速恢復受地震強度的影響。當然，在機電設備的建設中，應適當的設計，以防止系統的施工和共振現象的發生。

5 結語

非結構構件雖然不是主要結構，但在設計中容易被忽視。但作為工程技術人員，應是非結構構件與主體結構的同等程度的重要程度來提高其重視程度。只要我們繼續加強業務學習，提高設計水平，嚴格按照設計和施工的相關規范，對非結構構件的地震造成的破壞可以減少和避免。

參考文獻

[1] 孫俊，劉錚，劉永芳.工程結構基于性能的抗震設計方法研究[J].四川建筑科學研究，2005（03）.

[2] 沈章春，王全鳳.基于性能抗震設計理論與實用方法[J].四川建筑科學研究，2008（03）.

[3] 劉琳，劉震，趙杰，王佳萱.結構性能抗震設計理論及應用方法[J].防災減災學報，2011，27（01）.