淺談結構的抗震設計方法

張丹丹

江蘇省建設工程設計院有限公司 江蘇 南京 211100

1 引言

早期結構設計對地震自然災害對建筑物的破壞是不可預計的，對于地震自然災害的破壞調查及研究是很重要的一個環節，尤其08年汶川地震及10年玉樹地震損失慘重，引起了業內對抗震設計的重視，并開展了大量的研究工作，修正了設計規范，為后續工程設計及對既有建筑的改擴建設計提供新的思路及方法。

2 結構的抗震設計

現在對于新建建筑，多提倡結構的概念設計，即從最初的直觀判定建筑平面、豎向是否有明顯的突變開始著手，盡可能的在建筑方案階段減少對結構不利的薄弱布置，從全局把控，根據結構構件傳力途徑清晰明確、簡單的原則對建筑進行結構構件的布置，更合理的注重結構剛度和強度的均勻性，然后再進行電算，對復雜的結構設置多道防線。一個好的結構方案的布置是會省去大量的電算時間，工程師也會對電算結果有一個整體的把控，從而使得整個設計圖紙更合理。

抗震性能化設計是貫穿結構抗震設計始終的，并且是對概念設計的集中體現。比如抗震規范中提到的三水準目標，就是最基本的抗震性能設計。但隨著城市人口的密集度越來越高，如發生大震，人員傷亡過多經濟損失慘重，從前的以減少人員傷亡保證生命安全為主的抗震設防目標不在適用，應當考慮震后能保證基本的生活運轉，減少經濟損失，能對震后建筑的破壞程度有所控制，這就提出了多種性能目標的設計方法。

設防標準有所不同，同樣的結構抗震性能目標也會有所不同。結構設計師根據甲方的要求（或根據自身的專業經驗主動引導甲方），采用合理的抗震性能目標進行結構設計，建筑物在未來震后所遭受的破壞程度，哪種是甲方可以接受的，這就是給與甲方投資效益分析直觀的參考，這使得社會和甲方在未來地震中能對結構的性能表現有所預期。

還有一種方法是主動的去減少地震對建筑物的破壞，就是對建筑物隔震和消能減震的設計。這種方法適用于都建筑物的使用功能有較高要求或甲方愿意增加經濟投入的項目。在實際工程中，我們有時采用增加阻尼器的方式來達到耗能的目的，有時是對節點做法進行一些改變來達到耗能的效果。比如，在鋼結構中，節點處地震力或位移較大時，我們通過改變螺栓孔的形狀，使得構件連接點可以在狹長的孔內摩擦運動而達到耗能目的。在高層結構中，核心筒與外圍框架間吸收的地震力不同，產生的位移就不同，這樣會造成連接核心筒和外圍框架間的梁計算不通過，往往設計師會加大這根梁的截面，去抵抗這些差異，其實換一種思路，相反減小這個梁的剛度，往往會能達到預期效果。這也是概念設計的一種體現，把傳統的硬抗地震力的做法改為了以柔克剛的做法，巧妙的化解了地震力。

3 結構抗震設計在加固設計中的體現

上一節介紹了新建建筑的抗震設計，那么對于既有結構的加固設計也是如此，而且隨甲方對建筑物使用功能的改變，其要求將很迫切，這為抗震概念設計在加固領域的應用創造了有利的條件。

既有結構的加固，大部分是建筑使用功能、及層數的改變，如辦公樓改為監控中心，其荷載不同，且有時存在柱距的改變；兩層辦公樓要求加建一層改為三層辦公樓，這就要對基礎進行鑒定是否滿足承載力要求。這些功能及層數的改變，即使這些建筑滿足現行抗震規范的要求，但由于建筑使用功能的改變、建造時間長等因素而必須進行加固，這也是概念設計及性能化設計的體現。

甲方的變更對既有結構的加固設計提出了新的挑戰，既有結構都是按照當時的現行規范進行設計，與當時的經濟態勢和研究水平相當的，但不同的甲方要求不同，比如有些業主對鋼筋混凝土結構的輕鋼屋面不慎欣賞，要求修改為鋼筋混凝土屋面，那么節點的設計就尤為重要，這也是概念設計及性能化設計的體現。

既有結構的加固設計，有時建筑物能滿足豎向荷載承載力要求，但是不滿足水平地震驗算的要求，傳統的設計方法是加大構件截面以達到滿足抗震驗算的目的，這種做法往往會使結構構件看起來相當笨重，影響建筑的整體美觀性及使用空間的局限性，換種思路，我們可以在局部節點處加以耗能構件達到目的。這樣可以有效的降低傳統方法中的混凝土及鋼筋的使用量，施工簡潔方便，既能節約材料成本和人工成本又可以使得建筑的凈空不受影響，有時還能節省工程周期，一舉多得。但增加耗能構件的做法在上部結構中使用廣泛，但對于地基基礎使用上并不是很多，操作較傳統方法復雜。

4 結論

隨著社會經濟的發展和甲方要求的提高，在結構設計工作中，概念設計和性能設計方法被越來越多的設計師所接受并運用到實際工程中。不論在新建建筑的設計還是既有結構的加固設計中，都對結構設計師提出來更高的要求，不在是過去的一味依賴計算機計算結構，而是要從全局把握，要有清晰的結構概念，實時學習國內外新的設計理念，與時俱進，掌握其精髓，并能準確判斷是否適用、應運用到什么結構體系的建筑物中，不得濫用、錯用，做出合理的結構方案，在建筑物滿足承載力及剛度要求的同時提高建筑物的延性，結合自身的專業經驗正確的引導甲方，使得設計出的建筑物經受的起自然災害的考驗，也能滿足甲方的高標準要求。