淺談結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法

張丹丹

江蘇省建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司 江蘇 南京 211100

1 引言

早期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對地震自然災(zāi)害對建筑物的破壞是不可預(yù)計(jì)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(gè)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(jì)的重視，并開展了大量的研究工作，修正了設(shè)計(jì)規(guī)范，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)及對既有建筑的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供新的思路及方法。

2 結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

現(xiàn)在對于新建建筑，多提倡結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，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(jìn)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(qiáng)度的均勻性，然后再進(jìn)行電算，對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)置多道防線。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)方案的布置是會省去大量的電算時(shí)間，工程師也會對電算結(jié)果有一個(gè)整體的把控，從而使得整個(gè)設(shè)計(jì)圖紙更合理。

抗震性能化設(shè)計(jì)是貫穿結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)始終的，并且是對概念設(shè)計(jì)的集中體現(xiàn)。比如抗震規(guī)范中提到的三水準(zhǔn)目標(biāo)，就是最基本的抗震性能設(shè)計(jì)。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(jì)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(biāo)不在適用，應(yīng)當(dāng)考慮震后能保證基本的生活運(yùn)轉(zhuǎn)，減少經(jīng)濟(jì)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(biāo)的設(shè)計(jì)方法。

設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)有所不同，同樣的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)也會有所不同。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)甲方的要求（或根據(jù)自身的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)主動引導(dǎo)甲方），采用合理的抗震性能目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jì)。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(jì)投入的項(xiàng)目。在實(shí)際工程中，我們有時(shí)采用增加阻尼器的方式來達(dá)到耗能的目的，有時(shí)是對節(jié)點(diǎn)做法進(jìn)行一些改變來達(dá)到耗能的效果。比如，在鋼結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)處地震力或位移較大時(shí)，我們通過改變螺栓孔的形狀，使得構(gòu)件連接點(diǎn)可以在狹長的孔內(nèi)摩擦運(yùn)動而達(dá)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(jì)算不通過，往往設(shè)計(jì)師會加大這根梁的截面，去抵抗這些差異，其實(shí)換一種思路，相反減小這個(gè)梁的剛度，往往會能達(dá)到預(yù)期效果。這也是概念設(shè)計(jì)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(jì)在加固設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)

上一節(jié)介紹了新建建筑的抗震設(shè)計(jì)，那么對于既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jìn)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(shí)間長等因素而必須進(jìn)行加固，這也是概念設(shè)計(jì)及性能化設(shè)計(jì)的體現(xiàn)。

甲方的變更對既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，既有結(jié)構(gòu)都是按照當(dāng)時(shí)的現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，與當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)態(tài)勢和研究水平相當(dāng)?shù)模煌募追揭蟛煌热缬行I(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(diǎn)的設(shè)計(jì)就尤為重要，這也是概念設(shè)計(jì)及性能化設(shè)計(jì)的體現(xiàn)。

既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)，有時(shí)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(yàn)算的要求，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是加大構(gòu)件截面以達(dá)到滿足抗震驗(yàn)算的目的，這種做法往往會使結(jié)構(gòu)構(gòu)件看起來相當(dāng)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(diǎn)處加以耗能構(gòu)件達(dá)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(shí)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(jì)的發(fā)展和甲方要求的提高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，概念設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)方法被越來越多的設(shè)計(jì)師所接受并運(yùn)用到實(shí)際工程中。不論在新建建筑的設(shè)計(jì)還是既有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)中，都對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提出來更高的要求，不在是過去的一味依賴計(jì)算機(jī)計(jì)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(shí)時(shí)學(xué)習(xí)國內(nèi)外新的設(shè)計(jì)理念，與時(shí)俱進(jìn)，掌握其精髓，并能準(zhǔn)確判斷是否適用、應(yīng)運(yùn)用到什么結(jié)構(gòu)體系的建筑物中，不得濫用、錯(cuò)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(shí)提高建筑物的延性，結(jié)合自身的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)正確的引導(dǎo)甲方，使得設(shè)計(jì)出的建筑物經(jīng)受的起自然災(zāi)害的考驗(yàn)，也能滿足甲方的高標(biāo)準(zhǔn)要求。