建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震性能化設(shè)計要點探討

張紅鶴 趙成前

摘要：經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步推動了我國綜合國力的提升，也帶動了建筑工程行業(yè)發(fā)展的步伐。我國位于歐亞板塊和太平洋板塊邊緣，歷史上就是地震多發(fā)的國家，抗震設(shè)計成為了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要組成部分，本文主要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震性能化設(shè)計要點進行探討，詳情如下。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;抗震性能化;設(shè)計要點

引言

當前，由于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與工程的質(zhì)量安全有著密切相關(guān)的聯(lián)系，并且在展開抗震設(shè)計期間，所能夠涉及到的領(lǐng)域及因素相對眾多，在很大程度上增加了抗震設(shè)計的難度。所以目前建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計仍然存在很多問題和隱患，導致在發(fā)生地震時房屋不僅無法成為人們的避難所，反而成為了威脅人們生命健康的一根稻草。因此，對現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計及加固處理展開分析對于建筑工程的發(fā)展而言有著非常重要的現(xiàn)實意義。

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)美觀等目的，結(jié)構(gòu)體系多樣化程度不斷增加，受力結(jié)構(gòu)也逐漸以剪力墻為主。框架結(jié)構(gòu)主要是由建筑承受水平荷載的橫縱向梁和承受豎向的柱子共同構(gòu)成，其框架結(jié)構(gòu)布置較為靈活、方便，一般為雙向、均勻且對稱，盡量避免扭轉(zhuǎn)效應的發(fā)生。為有效防止剛度發(fā)生突變的情況，電梯間以及水箱多使用框架進行承重。鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計多以框架結(jié)構(gòu)體系為主，但由于框架梁和柱截面相對較小，剛度也較低，使其抗震性能降低，建筑高度受到影響，多在75m以下。剪力墻結(jié)構(gòu)體系主要由墻體承受豎向力以及抵抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)組成，多為雙向布置，兩向的墻體剛度也較為接近剪力墻截面形式一般為工字或T字型，有助于提高建筑的剛度和穩(wěn)定性。為防止剛度突變須對框支剪力墻結(jié)構(gòu)的部分，剪力墻落地并加固。短支剪力墻一般使用的是暗梁和暗柱，為有效抵抗水平力，須設(shè)定相應的普通剪力墻。對于高層建筑剪力墻來說，多以彎曲和變形為主。層間位移在高度增加的同時，層間位移上大下小。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震性能化設(shè)計要點

2.1基于統(tǒng)一倒塌風險的建筑抗震設(shè)計方法

按照GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱抗震規(guī)范）規(guī)定，罕遇地震是指一般場地條件下50年超越概率為2%～3%的地震，具體來說，7、8、9度區(qū)罕遇地震的50年超越概率分別約為3%、2.5%和2%。因此，按現(xiàn)行的設(shè)防對策，不同烈度區(qū)罕遇地震的概率水準存在差異，烈度越低，其概率水平越低，會導致不同烈度區(qū)建筑的防倒塌水準不一致，烈度越低防倒塌的水準也越低。另一方面，由于我國的基本地震烈度或地震動參數(shù)區(qū)劃圖具有很大的不確定性，中低烈度區(qū)常常發(fā)生災害深重的強烈地震，例如，1975年海城地震，震中的區(qū)劃烈度為6度，不設(shè)防，實際遭遇地震烈度為10度;1976年唐山地震，震中的區(qū)劃烈度為6度，不設(shè)防，實際遭遇地震烈度為11度;2008年的汶川地震，震中的區(qū)劃烈度為7度，實際遭遇地震烈度為11度。因此，中低烈度設(shè)防的建筑物實際面臨的地震災害風險遠大于高烈度設(shè)防區(qū)，這是我國當前及今后相當長一段時期內(nèi)應重點研究并加以解決的問題，也是抗震防災工作的重點和難點之一。為了保證不同烈度區(qū)、不同結(jié)構(gòu)類型的各類建筑物在相同的設(shè)計基準期（50年）內(nèi)，具有相同或一致的地震倒塌風險，踐行與落實“以人為本、人人平等”的災害防御理念，有必要根據(jù)預定的地震倒塌風險構(gòu)建或調(diào)整現(xiàn)有的抗震設(shè)計方法，即構(gòu)建基于預定倒塌風險的抗震設(shè)計方法。該方法包括倒塌風險量化指標、三級設(shè)計地震參數(shù)取值、層間位移角限值、柱最小截面尺寸、柱軸壓比限值、構(gòu)件承載力冗余系數(shù)等，是合適可行的。

2.2靜力彈塑性分析

靜力彈塑性分析主要依據(jù)能力譜法對結(jié)構(gòu)抗震性能進行有效的評價。依據(jù)相應的反應譜建立相應的設(shè)防地震、罕遇地震以及多遇地震作用下的需求譜，明確具體性能點。對于罕遇地震來說，和結(jié)構(gòu)推覆極限點相比，其對應的性能點位移發(fā)展空間較大，能夠得出結(jié)構(gòu)的位移安全性也較高。在進行最大樓層的角位移曲線計算時，層間位移角未發(fā)生明顯的突變，結(jié)構(gòu)也并未出現(xiàn)較為明顯的薄弱樓層。在罕遇地震作用下，少數(shù)的下部樓層剪力墻發(fā)生的損傷較輕，只有個別樓層的剪力墻發(fā)生的損傷較為嚴重，一些耗能構(gòu)件出現(xiàn)較為嚴重的損傷，甚至出現(xiàn)無法使用的問題。罕遇地震的速度峰值為多遇地震速度峰值的6.21倍，但罕遇地震下基底剪力是多遇地震下基底剪力的3.6倍左右，因此可以得出，罕遇地震作用下部分構(gòu)件累積的損傷能夠造成建筑整體剛度降低，從而出現(xiàn)塑性現(xiàn)象。

2.3隔震層位置選擇

目前國內(nèi)應用較多的隔震技術(shù)有基礎(chǔ)隔震和低位層間隔震。隔震層初步考慮設(shè)置在地下室一層柱頂和地下室頂板頂。隔震支座設(shè)置在地下室一層柱頂，根據(jù)《抗規(guī)》第12.2.9條的規(guī)定，地下室柱子應采用隔震結(jié)構(gòu)罕遇地震下隔震層底部的內(nèi)力，進行承載力驗算。地下一層柱子按照懸臂構(gòu)件設(shè)計，承受上部高層傳遞下來的力，柱子斷面難以滿足剛度和承載力要求，首層柱子間需設(shè)置拉梁來增加整體剛度和減小柱底彎矩。地下室增設(shè)拉梁后，凈高降低，地下室層高需提高，造價將大幅提高。同時，隔震層設(shè)置在地下一層柱頂，需按照整體多塔計算，受力復雜且不合理。隔震層設(shè)置在地下室頂板時，地下室一層柱子受到的地震力，將遠小于隔震支座設(shè)置在地下室一層柱頂。地下室的柱子由地下室頂板、梁共同連接，形成的整體剛度將大于僅靠拉梁連接形成的整體剛度，地下室柱子斷面可滿足剛度和承載力要求。同時，將隔震層設(shè)置在地下室頂板，多塔可按照單塔計算，受力簡單且合理。

2.4抗震技術(shù)的合理應用

在建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的具體應用中，其底層位置的構(gòu)件并不具備足夠強的抗震性能。因此，在地震發(fā)生的情況下，短肢剪力墻底層的構(gòu)件就很容易產(chǎn)生裂縫，進而讓上層與底層之間的剛度比進一步加大。同時，隨著建筑中樓層數(shù)量的增加，底層構(gòu)件所具有的彈塑性也會呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，尤其是在高層或超高層建筑中，一旦地震發(fā)生，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)便很容易出現(xiàn)彎曲變形情況，嚴重時甚至會出現(xiàn)位置偏移現(xiàn)象，導致上層結(jié)構(gòu)具有越來越大的剛度，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會顯著降低，甚至會出現(xiàn)建筑損壞或倒塌風險，對用戶的生命和財產(chǎn)安全造成嚴重威脅。基于此，在短肢剪力墻技術(shù)的具體應用中，為實現(xiàn)其穩(wěn)定性和抗震性，設(shè)計者一定要對其上層及其底部之間的側(cè)移剛度比嚴格控制，并將剪力墻構(gòu)造適當加強，以此來實現(xiàn)其整體結(jié)構(gòu)抗震性能的進一步強化。在此過程中，設(shè)計者應利用專業(yè)知識、結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗，通過合理的方法進行整體剪力墻結(jié)構(gòu)的精確計算，使其設(shè)計值得到全面明確。為實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)延性的進一步提升，設(shè)計者也可將短肢剪力墻截面上的縱向配筋數(shù)量適當加大。在此過程中，為進一步提升短肢剪力墻的承載力，設(shè)計者一定要做好其軸壓比控制，并根據(jù)實際情況對剪力墻位置和間距進行合理調(diào)整。通過這樣的方式，才可以有效確保整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性，實現(xiàn)其抗震性能的良好保障。

結(jié)語

建筑設(shè)施的規(guī)模越來越大，而且不斷完善，建筑業(yè)在經(jīng)濟領(lǐng)域中占有重要的地位。在地震頻發(fā)的環(huán)境下，加強對現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計和加固處理是非常必要的，因此要不斷創(chuàng)新和優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，是保障人們生命財產(chǎn)安全的重點，更是建筑行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

參考文獻

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