現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震措施探討

摘 要：文章以現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震的措施和方法為研究對象，對現(xiàn)代建筑抗震設(shè)計的理念和方法進(jìn)行了總結(jié)，指出了未來建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震設(shè)計

引言

地震是大自然中最具破壞力的自然災(zāi)害之一，地震的發(fā)生給人類的生命和財產(chǎn)帶來巨大的破壞，會造成難以估計的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。自古以來，人類在與地震災(zāi)害斗爭的過程中，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。建筑物是人類生產(chǎn)和生活的主要場所，因此建筑物的抗震設(shè)計一直以來是抗震研究的中最重要的部分。現(xiàn)代建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計研究已經(jīng)成為建筑設(shè)計領(lǐng)域必須進(jìn)行的過程，通過建筑的抗震設(shè)計來保障建筑物在地震發(fā)生時有較好的可靠性和安全性，從而把人類的生命和財產(chǎn)損失降到最低。因此，建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是建筑物抗震的重要措施，我們對建筑物的抗震設(shè)計方法進(jìn)行研究具有非常實(shí)用的價值。

近年來，隨著現(xiàn)代建筑設(shè)計理念的發(fā)展和對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的不斷總結(jié)，學(xué)者們在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，對現(xiàn)代建筑物的抗震設(shè)計理念有了較深的理解。建筑的抗震設(shè)計應(yīng)該在結(jié)構(gòu)上要求有一定的延性，這樣在地震發(fā)生時能夠保證建筑物在結(jié)構(gòu)上有充足合理的彈性余量，從而防止建筑物倒塌。究其原因，就是建筑物的結(jié)構(gòu)延展性能夠讓建筑物在地震發(fā)生時出現(xiàn)一些的非線性的結(jié)構(gòu)變形，這樣能夠確保建筑物的承載能力不會出現(xiàn)明顯的下降而出現(xiàn)倒塌，并且具有一定延展性的建筑結(jié)構(gòu)可以吸收地震發(fā)生時，地面對建筑物施加的能量，從而最大限度的減小地震對建筑物的破壞。

近年來，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計一般會綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)自身的類型、建筑所在地區(qū)地震的特性及地震破壞模式以及其他必要因素等進(jìn)行設(shè)計和研究。現(xiàn)代建筑抗震理論依據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計變量的不同，一般將建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法分為以下幾類：基于承載力的抗震設(shè)計法、基于位移的抗震設(shè)計方法、基于能量的抗震設(shè)計方法和基于損傷的抗震設(shè)計方法。

1 現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理念

現(xiàn)代建筑抗震設(shè)計中建筑延展性被認(rèn)為是保證建筑物具有較好抗震性能的判定指標(biāo)，特別是現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中更加體現(xiàn)了上述理念。例如，國內(nèi)外對建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計的要求較高，且從建筑結(jié)構(gòu)抗震性能來講最基本的要求就是建筑結(jié)構(gòu)要有高延展性，這種高延展性指的是建筑物結(jié)構(gòu)在承受較大的地震力的情況下，并且出現(xiàn)屈服變形后仍能保持建筑物垂直方向的載荷和抗震性水平。這種理念如今被總結(jié)為“能力設(shè)計法”，該方法的基本要求和目標(biāo)是設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)能夠保證地震力的作用下，即便是建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中取值為最小時，建筑物本身的結(jié)構(gòu)仍然可以保持一定的延展性能力。因此，通過這樣的設(shè)計方法設(shè)計的建筑物，能夠基本保證建筑物在地震力的作用即使發(fā)生倒塌，也會按照合理的形式倒塌，這種有序的倒塌能夠在保護(hù)人類生命等方面發(fā)揮非常必要的作用。采用現(xiàn)代抗震設(shè)計理念設(shè)計的建筑物，能夠同時保證建筑結(jié)構(gòu)塑性和延性，在很大程度上避免建筑物在地震過程當(dāng)中出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)在中震、大震的作用下抗震設(shè)防達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

2 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震設(shè)計方法

2.1 基于承載力的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

基于承載力的抗震設(shè)計是基于靜力學(xué)理論發(fā)展起來的抗震設(shè)計方法，該方法將地震的作用抽象成為一個慣性作用力，并理想化的將彈性力學(xué)的方法引入到建筑結(jié)構(gòu)的計算中，對建筑結(jié)構(gòu)和地震相互作用力的大小和彈性位移驗(yàn)算，并發(fā)展出了合理的判定準(zhǔn)則，對建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等特性是否達(dá)到和滿足規(guī)定的條件作為結(jié)構(gòu)失效的準(zhǔn)則。

2.2 基于能量的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

基于能量的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法考慮的影響因素較為復(fù)雜，這種方法在設(shè)計過程中考慮了建筑結(jié)構(gòu)滯回變形對結(jié)構(gòu)破壞的影響。學(xué)者們認(rèn)為這是對傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的突破和發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)基于“基于性能”的抗震設(shè)計，因此基于能量的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法是現(xiàn)代抗震設(shè)計理論重要的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)。

2.3 基于損傷的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

基于損傷的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的主要特點(diǎn)是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的損傷指數(shù)計算。計算過程的基礎(chǔ)是計算建筑的結(jié)構(gòu)累積滯回耗能，該方法的重點(diǎn)是通過計算分析建筑的結(jié)構(gòu)能量。因此，該方法是將基于能量的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理念與基于性能的建筑抗震設(shè)計思想進(jìn)行綜合。因此，基于損傷的抗震設(shè)計方法以結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)作為設(shè)計指標(biāo)，選取適當(dāng)?shù)牡卣饟p傷模型計算出結(jié)構(gòu)的損傷指數(shù)，驗(yàn)算其是否滿足預(yù)定的損傷性能目標(biāo)。

2.4 基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

基于位移的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計有多種不同的設(shè)計方法：（1）按延性系數(shù)設(shè)計方法；（2）能力譜法；（3）直接基于位移的設(shè)計方法。三種方法各有優(yōu)點(diǎn)，都在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中有一定范圍的應(yīng)用。其中直接位移法和控制延性方法是依據(jù)位移目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，而能力譜法則更多的是一種位移驗(yàn)算方法。

2.5 基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計理論是最后發(fā)展起來的建筑抗震設(shè)計方法，該方法應(yīng)用時間較短尚不成熟，基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計要廣泛應(yīng)用于設(shè)計，需要進(jìn)一步的在以下方面進(jìn)行研究探索才能得到更加廣泛的認(rèn)同。第一是如何對地震危險性區(qū)域的過渡進(jìn)行定義，如何進(jìn)行量化。第二是加快建立判定結(jié)構(gòu)功能失效的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)破壞的標(biāo)準(zhǔn)。

目前，前文所述的現(xiàn)代抗震設(shè)計方法已經(jīng)得到了一定發(fā)展，隨著這些理論的逐漸發(fā)展和應(yīng)用，建筑設(shè)計的新理論新方法將會被應(yīng)用到實(shí)際建筑物的設(shè)計當(dāng)中，為保障建筑抗震性能提供新的有力的工具。

3 結(jié)束語

從現(xiàn)代抗震設(shè)計思路提出至今，世界各國的抗震學(xué)術(shù)界和工程界又取得了許多新的成果。在設(shè)計方法上也不再拘泥于以前單一的基于力的傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法，開始嘗試基于性能和位移的新的抗震設(shè)計理念。在這樣的環(huán)境中，抗震設(shè)計思路也應(yīng)該在完善自身不足的同時，不斷向前發(fā)展。

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