建筑結構基于位移的抗震設計

(江蘇省紡織工業(yè)設計研究院有限公司 江蘇 南京 210008)

現階段，隨著國民生活水平的穩(wěn)步提升以及人口的激增，對高層建筑提出了更加復雜的要求，致使建筑結構抗震設計也面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。而目前中國的地震頻繁出現，人們?yōu)榱俗约旱纳c財產安全，進而更加關注建筑的抗震性能，同時建筑設計師也變得更加重視基于位移的抗震設計。這種設計方法有很多優(yōu)點，尤其是可以快速、準確的分辨出不安全的設計，而且還能給出一些解決方案，從而提高建筑結構的安全性及經濟性。

1 建筑結構中基于位移的抗震設計要點

1.1 平面布置。平面布置應簡單、規(guī)則、對稱，盡可能避免復雜的布置，平面的剛度中心應盡量靠近質心，提高結構的抵抗扭轉能力，以便減少地震的扭轉破壞。而不均勻的平面剛度是引起扭轉破壞的關鍵因素，而剪力墻是影響剛度均勻度的主要原因，故剪力墻必須均勻對稱。同時平面上突出的建筑，也會發(fā)生局部扭轉，故應將突出長度控制在允許范圍內，無法避免時，可將剪力墻或井筒設置在其端部，以便減少其側向位移，進而減少局部扭轉。

1.2 豎向布置。豎向布置也必須均勻、規(guī)則，以防出現較大的內收和外挑，豎向抗側力的結構構件應上下連續(xù)貫通，且結構的剛度和承載力應從下到上慢慢減小。剪力墻也是影響豎向剛度均勻性的關鍵因素。該類結構的底部剛度應增大，轉換層上下的剛度應盡量接近，控制好轉換層高度等。如果結構中頂部樓層比下部樓層收進，當收進高度與平面尺寸不當時，則會破壞上部結構，故應限制收進與外挑尺寸。

1.3 延性設計。延性是結構和構件屈服后，其承載能力不降低，且塑性變形足夠的性能。通過延性結構發(fā)生的塑性變形，能將地震能力耗散，雖然會加大結構變形，而結構中的慣性力卻不會快速上升，也不會再增大內力，所以，對其承載力要求可適當降低。延性結構設計經濟、合理、安全，反之，如果結構具有較差的延性，則在地震中，容易被破壞，甚至會倒塌。

2 建筑結構中基于位移的一些抗震設計方法

2.1 延性系數法。以前研究中的延性系數法是指計算可資利用構件或結構的變形能力和其需求延性的方法，通過對比延性需求與可資利用延性，對結構的延性進行評價，并將其用在考慮扭轉影響的基于位移延性結構的設計中。相關學者將其用在了框架構件變形能力的設計中。延性系數法實際上是通過建立構件的截面曲率延性系數或位移延性系數和混凝土極限壓應變的關系，利用約束箍筋使核心區(qū)混凝土的極限壓應變能達到要求，進而使構件的延性系數滿足要求。該方法可以用于評估結構的抗震性能及抗震加固設計。

2.2 能力譜法。通過能力譜設計，可以節(jié)省抗震性能檢測和結構優(yōu)化時間，還能指導施工過程，設計可以重點從以下方面來展開：

(1)分析結構的非線性靜力。在這一分析過程中，需要分別從水平和垂直方向來實施，找出其中存在的問題，可以優(yōu)化、整改初期構建的模型，設計進入到確定方案的最終階段，則需要全面考慮是否可以滿足理想的使用標準，需要從局部方面，優(yōu)化結構體系，以防出現影響質量安全的隱患因素。

(2)計算結構頂層的系數與振型參數。分析各種結構的震動系數，建立結構的安全震動標準。設計抗震參數時，應認真考慮結構的完善內容和建設區(qū)域地質災害強度，促進工程結構穩(wěn)定性的提高。計算參數時，應根據固定公式來進行，并正確判斷建筑結構的受力情況是否合理，將材料的強度適當提高，利用優(yōu)質的材料來避免影響建筑結構強度，同時也需要避免浪費建設原料。

2.3 直接基于位移的方法。直接基于位移的設計方法能結合不同的位移要求，全面考慮建筑結構的安全性和適用性。該設計方法通過位移的設計，能夠充分明確有效的周期結構，并基于此，了解結構的實際剛度，進而了解建筑結構的基底剪力，然后結合分析使加固設計更具體。但是，因為該方法和基于力的設計方法的區(qū)別很大，因此，在進行研究時，會產生很大的工作量，而且必須足夠仔細，使其與工程實踐盡量接近。

3 結語

綜上所述，基于位移的抗震設計將是未來抗震設計的方向。對于建筑工程，應掌握位移化抗震設計的具體要求，深入研究，提出易于實施、科學、合理的方法，進而真正實施基于位移的抗震設計。為此，研究與設計人員應加強對建筑結構抗震性的研究力度，不斷完善基于位移的抗震設計，從而促進我國建筑行業(yè)的長足發(fā)展。