抗震設計在建筑中的應用研究

朱榮星

河南智博建筑設計有限公司（471000）

我國是一個多地震國家,地震情況比較復雜，地震活動分布廣泛。由于地震及地震效應的突發(fā)性和復雜性，以及計算模型與實際情況的差異，使得地震時造成建筑破壞的程度很難準確預測，無法進行精確的抗震計算,因此必須依賴于良好的抗震設計。建筑結構的抗震措施主要包含三個方面∶一般規(guī)定，主要指建筑結構抗震設計的整體選型、房屋適用高度、高寬比、規(guī)則性等；地震內力計算和調整；抗震構造措施,主要指不需要進行計算的結構細部要求，比如構件最小尺寸、配筋率、軸壓比、加密區(qū)、邊緣構件等。

1 建筑設計中地震內力計算和調整

在地震內力計算階段，由于一般是基于通用的有限單元法，計算結果基本是個定值，可以精確到荷載取值和地震力的計算。而內力調整是基于對地震內力無法精確計算的一個人工保守干預。地震內力調整的具體思路是∶依據(jù)結構類型、抗震設防烈度和房屋高度決定結構抗震等級；按抗震等級，對結構構件計算內力進行調整，地震內力標準值經(jīng)調整后再進行荷載組合；荷載組合后的構件的設計內力還需要進行二次調整。抗震設計的地震內力調整分為整體調整、局部調整、構件調整三個層次，并依次進行。

1）整體調整

主要是包括三個方面∶水平地震力整體調整、豎向地震力整體調整、未進行扭轉耦聯(lián)計算時放大邊榀地震力。由于地震影響系數(shù)在長周期中下降較快，對于基本周期大于3.5 s的結構,按規(guī)范法采用振型分解反應譜法計算的結構效應可能太小，而地震對于長周期結構的破壞影響更大。出于結構安全的考慮，提出了對結構總水平剪力和各層水平剪力最小值的要求，對各樓層對應于水平地震作用標準值的剪力進行調整，如果底部總剪力VEK1略小于最小底部剪力VEK1，min的要求，基本周期位于加速度控制段、速度控制段、位移控制段，其方法基本上是進行全樓整體調整。需要注意的是，如果底部總剪力遠小于要求的最小底部剪力時，不能通過調整來滿足地震力要求。這種情況說明結構方案不合理，結構需要重新選型和布置。如果結構底部總剪力滿足規(guī)范要求，僅僅是中間樓層剪力某一層由于一些特殊原因不滿足,僅調整該層即可。 由于本項調整的是整層的剪力，故本層構件的剪力、彎矩、軸力都應相應調整。豎向不規(guī)則導致的“薄弱層”的最小剪力系數(shù)需放大1.15倍。同時，考慮將豎向地震力放大1.5倍,本條調整主要是考慮豎向地震的計算比較繁瑣，采用簡化方法計算以后，最好做相應的調整。未進行扭轉耦聯(lián)計算時放大邊榀地震力，在規(guī)則結構不進行扭轉耦聯(lián)計算時，采用此條規(guī)定調整邊榀的地震力來考慮扭轉效應。

2）局部調整

局部調整主要包括豎向不規(guī)則、二道防線、水平轉換構件、框支柱以及大跨懸挑連體等。其中，剛度比不滿足、豎向抗側力構件不連續(xù)、樓層承載力突變等“薄弱層”可能導致豎向不規(guī)則的情況，因此“薄弱層”的地震作用標準值的剪力應放大1.25倍，放大后的地震剪力系數(shù)不應小于最小剪力系數(shù)的1.15倍，由于本項調整的是整層的剪力，故本層構件的剪力、彎矩、軸力都應相應調整；框架剪力墻在水平地震作用下，框架結構計算所得的剪力一般都比較小，為保證作為二道防線的框架具有一定的抗側力能力,需對框架部分承擔的剪力予以調整，該調整僅調整框架柱部分的剪力和與框架柱相連的框架梁的彎矩，框架柱軸力不調整；水平轉換構件主要指轉換梁、桁架、空腹桁架、箱形結構、斜撐等，此項調整針對的是經(jīng)過剪重比和薄弱層調整后的地震計算內力，以及轉換構件的地震內力，包括彎矩、剪力、軸力。部分框支剪力墻結構的框支柱承受的水平地震剪力應滿足一些要求,比如每根柱承受2%的基底剪力,該調整僅調整框支柱的剪力和與框支柱相連的框架梁的彎矩,框支柱軸力不調整；在高層建筑中，大跨結構、懸挑結構、轉換結構、連體結構的連接體的豎向地震作用標準值，不宜小于結構或構件承受的重力荷載代表值與最小豎向地震作用系數(shù)的乘積。

3）構件調整

荷載組合之后的構件設計內力，主要針對抗震等級的調整，以實現(xiàn)結構延性設計要求，構件調整原指強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件等三方面。為實現(xiàn)梁構件的“強剪弱彎”，框架梁的梁端彎矩不需要調整，梁端剪力適當調整；為實現(xiàn)“強柱弱梁”，框架柱的柱端剪力和彎矩適當調整；轉換柱包括部分框支剪力墻結構中的框支柱和其他結構（框架剪力墻、框架核心筒）中的承托轉換梁的柱，是帶轉換層結構的重要構件,受力性能與普通柱大致相同，但受力大、破壞后果嚴重，同樣需要進行調整；剪力墻則指一般剪力墻，以及框支結構落地剪力墻底部加強部位，一級抗震底部加強區(qū)以上部分，各層的墻肢組合彎矩應乘以增大系數(shù)，其他不調整，偏心支撐構件的軸力、梁柱內力均需增大，鋼結構轉換柱構件相連轉換柱，地震內力應乘以增大系數(shù)1.5。

2 地震設計中的一般規(guī)定及抗震構造措施

2.1 一般規(guī)定

1）整體選型。主要包括∶鋼筋混凝土結構體系、鋼結構體系、型鋼混凝土結構以及鋼管混凝土結構，在建筑工程中具有舉足輕重的地位，一旦選型不當很難實現(xiàn)計算準確，甚至對結構安全及耐久性造成很大的缺陷。

2）房屋適用高度及高寬比。鋼筋混凝土高層建筑結構的最大適用高度和高寬比應根據(jù)結構抗震等級、有關的計算和構造措施相應加嚴，并符合有關條文的規(guī)定。

3）結構的規(guī)則性。建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對抗震性能及經(jīng)濟合理性的影響,其抗側力構件的平面布置宜規(guī)則對稱、側向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小、避免側向剛度和承載力突變。不規(guī)則的建筑應按規(guī)定采取加強措施,或專門研究、論證及不采用。

2.2 抗震構造措施

1）多層砌體房層。在強烈地震作用下，多層砌體房層的破壞部位主要是墻身，樓蓋本身的破壞較輕，應采取如下措施∶設置鋼筋混凝土構件柱；設置鋼筋混凝土圈梁與構造柱；加強墻體連接，樓板和梁應有足夠長度和可靠連接；加強樓梯間的整體性等。

2）框架結構。框架結構震害的嚴重部位在框架梁柱節(jié)點和填充墻處,可把框架設計成延性框架，遵守強柱、強節(jié)點、強錨固，避免短柱、加強角柱，框架沿高度不宜突變，避免出現(xiàn)薄弱層，控制最小配筋率，限制配筋最小直徑。構造上采取受力筋錨固適當加長，節(jié)點處箍筋適當加密等措施。

3）加強防震縫的作用。不論什么結構形成，它都可以將不規(guī)則的建筑物分割成幾個規(guī)則的結構單元，每個單元在地震作用下受力明確、合理，避免產(chǎn)生扭轉或應力集中的薄弱部位，有利于抗震。

3 結語

建筑抗震的應用研究表明，建筑物沒有良好的建筑設計，就難以取得抗震的較好效果，甚至無法減輕震害程度。因此《建筑抗震設計規(guī)范》特意提出建筑設計應遵守有關規(guī)定，使建筑設計與建筑抗震要求有機結合起來，使建筑抗震設計水平達到一個新的高度。

[1]GB500z1-2001建筑抗震設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[2]郭繼武.建筑抗震設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[3]朱鏡清.結構抗震分析原理[M].地震出版社,2002,11.

[4]除宜和,丁勇春.高層建筑結構抗震分析和設計的探討[J].江蘇建筑,2004(3).