強震高烈度區建筑結構動力災變性演化基礎

王澤濤 劉樹越 姜心怡

摘要：我國是時間上受地質災害最嚴重的國家之一，地震對國家和人民都造成了嚴重的損失，因此以地震帶的高層建筑結構體系為研究對象，本項目設施方案以研究建筑在墻震高烈度區結構的變化。 關鍵詞：高層建筑抗震設計;強震高烈度區;建筑結構動力災變性能演化

引言

我國疆域遼闊，人口眾多，城市化進程的加快需要相應的基礎設施，高層建筑群拔地而起，公路橋梁星羅棋布。提高重、大結構的抗震安全性能，實現“大震不倒”，是土木工程科研立項的一項重要課題。我國目前的結構抗震計算主要采用反應譜方法與動力時程分析，設計指導原則為“二階段設計，三水準設防”，設計思想是利用結構自身的承載力與彈塑性變形抵御地震作用，通過設計引導破壞形態。工程實踐表明，這一方法理念顯其不足。 傳統的抗震設計需要結構提高其強度、剛度與延性。強度與剛度的提高需要增大結構構件的截面與配筋，結構的自重增加導致其地震慣性力變大。對于特殊的建筑物，延性使得其中的重要設施遭受破壞。

探索結構作用的機理，構建先進的設計理念，提高結構的抗震能力是業界追求的目標，本項目以此立項，對于完善高層建筑結構的抗震設計理論，指導工程實踐，保證基礎設施及生命線工程的全壽命設計及震后恢復功能具有重大的現實意義。

構造特點以及材料組成對建筑抗震影響

近些年來，在我國的多數地區都發生過強震災害，讓國家和人民損失嚴重。建筑結構對于抗震設防有著巨大的作用。由于結構在地震災害中不能夠承受過多的地震作用，而產生巨大的結構破壞，甚至倒塌。其主要原因是整體性以及延性不足所造成的。整體性是結構在整個承受地震作用的過程中構件配合作用，保持對豎向荷載的支撐作用。而延性與脆性是相對的，延性破壞屬于可以恢復的破壞范疇。各種類型結構均可以根據組成材料的性質及其構造上的特點來采取不同增加延性與整體性的措施。下面舉幾種常見的結構形式對其在地震作用中的性能簡要討論一下。

一、材料組成

鋼結構

優質的鋼結構具有良好的延伸性、能夠有效將震動時發生的波動抵消掉。利用其所具有的高延性，可以提升其在地震中的抗震能力。鋼結構通過自身的塑性變形特點，達到吸收和消耗震動過程中，抵抗強烈地震的能力。在鋼結構建筑中，用的較多鋼結構框架體系有純框架結構、中心支撐結構、偏心支撐結構等。純框架結構延性和抗震性能比較好，但是由于抗側剛度比較差，一般不太適合用于層數比較高的建筑。以中心支撐的鋼結構框架結構抗側剛度大，適用于層數較高的建筑。由于一些鋼結構支撐構件，具有的滯回性能較差，對于耗散的震動的能量有限，抗震性能沒有鋼結構純框架的性能好。鋼結構的框架偏心支撐結構，還可以通過偏心連梁進行剪切，達到耗散地震的能量，保證通過鋼結構框架的支撐不喪失穩定，這種抗震性能的效果，優于中心支撐的鋼結構框架，并且其彈性階段的剛度也接近中心支撐框架。如果采用能與鋼結構框架抗側剛度相匹配含有鋼板的剪力墻，還有帶豎縫剪力墻的鋼結構代替支撐，可以構成具有鋼結構框架的抗震墻板結構，其抗震的性能強于由鋼結構框架構成的中心支撐結構。當房屋建筑的剛度要求更高時，一般都可以采用沿著建筑周邊，有秩序地進行設置一些密柱深梁框架，來構成鋼結構的框筒結構。這樣設計安裝的框筒結構抗側剛度大，能夠起到具有良好抗震性能的效果。

鋼筋混凝土結構

我國目前的建筑多采用鋼筋混凝土結構，但由于混凝土的抗壓能力遠小于它的抗拉能力，所以鋼筋混凝土結構的具有很高的強度，但其抗拉能力較差，所以在抗震方面需多在提高抗拉能力上下功夫。鋼筋混凝土作為我國民用建筑中一種常用的結構，而在結構抗震設計中，實現延性框架是其主要方式。延性框架的設計概念主要分為三個方面：一、通過承載力與建筑物構件之間的相對大小，實現有一定效果的屈服機制，即“強柱弱梁”、“強墻弱肢連梁”等其他方式。二、通過調整建筑物構件正面承載力和斜面承載力之間的相對大小，從而實現延性破壞形態。三、通過設計抗震構件，是建筑物的構件自身的抗爭能力大大提高。鋼筋混凝土結構作為我國主要的建筑結構，建筑物的高度越高，它對抗震能力的要求也就越高。因此，在抗震設計對延性框架的要求也就越高，通過分析該地區的地震強度和建筑物的高度及其他性能，來選擇合適的延性框架，以到“小震不壞、中震可修、大震不到”的要求。

二、構造特點

框架結構

大多數框架結構建筑物在遭受地震等自然災害時都經歷了相當大的非彈性變形，而鋼筋混凝土框架結構在通過合理的設計后會依靠延性來抵抗地震作用下的非彈性變形。地震以地震波的形式快速從震源向四周傳播，強烈的震動會使建筑物的基礎和上部結構產生不規則的震動和變形，使結構內部的應力突然變大，當震動和變形超過一定極限之后，就會造成墻體產生裂縫、結構局部破損甚至倒塌的風險。鋼筋混凝土框架的優點之一是可以通過設置內部鋼筋的布設來進一步控制結構的性能。合理的配筋、梁柱端加密區、節點配筋都可以讓結構有更好的變形能力和水平荷載承載力，還可以節省材料，便于施工。在發生地震條件下，鋼筋混凝土框架結構還可以減小震動帶來的慣性力，吸收更大的動能，降低動力反應，減輕地震對結構的破壞能力。框架剪力墻結構在設計上使它們的剛度和延性相匹配也可以提高構件的利用效率和抗震可靠性，各構件同步協調的發揮材料抗性增加結構的整體穩定性，在抗震性能上起到了良好的互補作用。

結語

建筑結構抗震加固設計及安全施工措施在建設工程中的意義重大，地震災害防御是地震發生前必須做的防御性工作。震害防御其中工程性防御措施是減輕地震災害最主要的途徑。工程性抗震需要根據建筑的材料和構成做為必要前提，工程性防御措施是用工程的抗震設防和抗震加固來完成防御建筑物、構筑物遭受地震破壞，減輕地震災害的措施。由于建筑物、構筑物破壞、倒塌造成的巨大的人員傷亡。因此，對各種建筑物、構筑物依法進行相應的抗震設防，使其在破壞性地震中不損壞、不倒塌，是避免人員傷亡的關鍵。首先可以充分保障人民的生命財產安全，有利于有利于維持社會的穩定，對于實現美麗中國，和實現中國夢有重大意義其次對于促進建筑在抗震方面技術和理念的創新發展有重要意義。

參考文獻：

[1]呂麗麗.淺談框架結構的抗震性能.中國房地產業：理論版.

[2]萬利軍.論結構抗震的幾種方法[J].山西建筑，2006.

作者簡介：

王澤濤，2002，山西長治人，現就讀于山東農業大學水利土木工程學院土木工程專業。

姜心怡，2001，山東濰坊人，現就讀于山東農業大學水利土木工程學院土木工程專業。

劉樹越，2002，山東新泰人，現就讀于山東農業大學水利土木工程學院土木工程專業。