建筑結構設計中抗震性能化設計要點探討

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，抗震設計成為了建筑結構設計中的重要組成部分，本文主要對建筑結構設計中抗震性能化設計要點進行探討，詳情如下。

關鍵詞：建筑結構設計;抗震性能化;設計要點

引言

當前，由于高層建筑結構抗震設計與工程的質(zhì)量安全有著密切相關的聯(lián)系，并且在展開抗震設計期間，所能夠涉及到的領域及因素相對眾多，在很大程度上增加了抗震設計的難度。所以目前建筑結構的抗震設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)代建筑結構抗震設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高層建筑結構設計

為實現(xiàn)美觀等目的，結構體系多樣化程度不斷增加，受力結構也逐漸以剪力墻為主。框架結構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成，其框架結構布置較為靈活、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。鋼筋混凝土的結構設計多以框架結構體系為主，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。剪力墻結構體系主要由墻體承受豎向力以及抵抗側(cè)向力結構組成，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構的部分，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建筑結構設計中抗震性能化設計要點

2.1基于統(tǒng)一倒塌風險的建筑抗震設計方法

按照GB50011—2010《建筑抗震設計規(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，中低烈度設防的建筑物實際面臨的地震災害風險遠大于高烈度設防區(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)、不同結構類型的各類建筑物在相同的設計基準期（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建或調(diào)整現(xiàn)有的抗震設計方法，即構建基于預定倒塌風險的抗震設計方法。該方法包括倒塌風險量化指標、三級設計地震參數(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)能力譜法對結構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，和結構推覆極限點相比，其對應的性能點位移發(fā)展空間較大，能夠得出結構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，結構也并未出現(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有基礎隔震和低位層間隔震。隔震層初步考慮設置在地下室一層柱頂和地下室頂板頂。隔震支座設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構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件設計，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，首層柱子間需設置拉梁來增加整體剛度和減小柱底彎矩。地下室增設拉梁后，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抗震技術的合理應用

在建筑短肢剪力墻結構的具體應用中，其底層位置的構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，短肢剪力墻結構便很容易出現(xiàn)彎曲變形情況，嚴重時甚至會出現(xiàn)位置偏移現(xiàn)象，導致上層結構具有越來越大的剛度，整體結構的穩(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，在短肢剪力墻技術的具體應用中，為實現(xiàn)其穩(wěn)定性和抗震性，設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，并將剪力墻構造適當加強，以此來實現(xiàn)其整體結構抗震性能的進一步強化。在此過程中，設計者應利用專業(yè)知識、結合設計經(jīng)驗，通過合理的方法進行整體剪力墻結構的精確計算，使其設計值得到全面明確。為實現(xiàn)整體結構延性的進一步提升，設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構的穩(wěn)定性與可靠性，實現(xiàn)其抗震性能的良好保障。

結語

建筑設施的規(guī)模越來越大，而且不斷完善，建筑業(yè)在經(jīng)濟領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)代建筑結構抗震設計和加固處理是非常必要的，因此要不斷創(chuàng)新和優(yōu)化建筑結構設計，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)展的關鍵。

參考文獻

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