解讀建筑設(shè)計中的抗震設(shè)計

1、<p>　　解讀建筑設(shè)計中的抗震設(shè)計</p><p>　　摘要：高層建筑抗震工作一直是建筑設(shè)計和施工的重點，概述高層建筑的發(fā)展，對建筑抗震進行必要的理論分析，從而來探索高層建筑的設(shè)計理念、方法，從而采取必須的抗震措施。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發(fā)生，首先要正確判定短柱，然后對短柱采取一些構(gòu)造措施或處理，提高短柱的延性和抗震性能。 關(guān)鍵詞：高層建筑； 抗震； 設(shè)計； </p>&

2、lt;p>　　Abstract: High-rise building work has always been the focus of building design and construction, the development of the high-rise buildings, analysis the necessary theory for seismic design of buildings, in ord

3、er to explore the design concept, the method of high-rise buildings, and seismic measures must be take. In order to avoid the brittle failure of short columns in high-rise buildings, first of all to the judgment of short

4、 column, and then take some structural measures and treatment of short</p><p>　　Key words: high-rise building; seismic design; </p><p>　　中圖分類號：TU2 </p><p><b>　　0 引言 </b>

5、</p><p>　　結(jié)構(gòu)工程師按抗震設(shè)計要求進行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計，其目標(biāo)是希望使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在強度、剛度、延性及耗能能力等方面達到最佳，從而經(jīng)濟地實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一種隨機性很強的循環(huán)、往復(fù)荷載，建筑物的地震破壞機理又十分復(fù)雜，存在著許多模糊和不確定因素，在結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時效、阻尼變化等多種因素，計算方法還很不完善，

6、單靠微觀的數(shù)學(xué)力學(xué)計算還很難使建筑結(jié)構(gòu)在遭遇地震時真正確保具有良好的抗震能力。 </p><p>　　1 高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則 </p><p>　　1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件、強底層柱(墻)”的原則。②對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。③承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主

7、要耗能構(gòu)件。 </p><p>　　1.2 盡可能設(shè)置多道抗震防線①一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架―剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。②強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能

8、構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時倒塌。③適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。④在抗震設(shè)計中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計超強，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。 </p><

9、p>　　1.3 對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力①構(gòu)件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構(gòu)件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。②要使樓層(部位)的實際承載能力和設(shè)計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。③要防止在局部上加強而忽視了整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。④在抗震設(shè)計中有意識、有目的地控制薄弱層，使之有足夠的變形能力又不

10、使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。 </p><p>　　2 建筑抗震的理論分析 </p><p>　　2.1建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范 </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實際上是各國建筑抗震經(jīng)驗帶有權(quán)威性的總結(jié)，是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(包括結(jié)構(gòu)動力計算，結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容)的法定性文件它既反映了各個國家經(jīng)濟與建設(shè)的時代水平，又反映了

11、各個國家的具體抗震實踐經(jīng)驗。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo)，向技術(shù)經(jīng)濟合理性的方向發(fā)展，但它更要有堅定的工程實踐基礎(chǔ)，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識，現(xiàn)代規(guī)范中的條文有的被列為強制性條文，有的條文中用了“嚴(yán)禁，不得，不許，不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須，應(yīng)該，宜于，可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。 </p><p>　　2.2抗震設(shè)計的理論 </p><

12、;p>　　2.2.1 擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀(jì)10~40年代發(fā)展起來的一種理論，它在估計地震對結(jié)構(gòu)的作用時，僅假定結(jié)構(gòu)為剛性，地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)(地震系數(shù))。 </p><p>　　2.2.2 反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是在加世紀(jì)40~60年代發(fā)展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性

13、的研究為基礎(chǔ)，是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。 </p><p>　　2.2.3 動力理論。動力理論是20世紀(jì)70－80年廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計算機技術(shù)和試驗技術(shù)的發(fā)展外，人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程

14、分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計工作。 </p><p>　　3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 </p><p><b>　　3.1 抗震措施 </b></p><p>　　在對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，除要考慮概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)抗震驗算外

15、，歷次地震后人們在限制建筑高度，提高結(jié)構(gòu)延性(限制結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)材料使用)等方面總結(jié)的抗震經(jīng)驗一直是各國規(guī)范重視的問題。當(dāng)前，在抗震設(shè)計中，從概念設(shè)計，抗震驗算及構(gòu)造措施等三方面入手，在將抗震與消震(結(jié)構(gòu)延性)結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立設(shè)計地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計指標(biāo)和方法，直至進一步通過一些結(jié)構(gòu)措施(隔震措施，消能減震措施)來減震，即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟的抗震性能是當(dāng)代抗震設(shè)計規(guī)范發(fā)展的方向。而且，強

16、柱弱梁，強剪弱彎和強節(jié)點弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用已得到普遍的認可。 </p><p>　　3.2 高層建筑的抗震設(shè)計理念 </p><p>　　我國《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2001）對建筑的抗震設(shè)防提出“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求，“三水準(zhǔn)”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當(dāng)遭遇第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀

17、態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求建筑結(jié)構(gòu)滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗算，要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時，結(jié)構(gòu)屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞。但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。要求結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)难有阅芰Γㄗ冃文芰Γ┎话l(fā)生不可修復(fù)的脆性破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震時，結(jié)構(gòu)雖然

18、破壞較重，但結(jié)構(gòu)的非彈性變形離結(jié)構(gòu)的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，從而保障了人員的安全。因此，要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。 </p><p>　　三個水準(zhǔn)烈度的地震作用水平，按三個不同超越概率（或重現(xiàn)期）來區(qū)分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重現(xiàn)期50年；設(shè)防烈度地震（基本地震）：50年超越概率 10%，重現(xiàn)期475年；罕遇地震：50年超越概

19、率 2%－3%，重現(xiàn)期 1641－2475年，平均約為2000年。 </p><p>　　對建筑抗震的三個水準(zhǔn)設(shè)防要求，是通過“兩階段”設(shè)計來實現(xiàn)的，其方法步驟如下：①第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動參數(shù)，先計算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進行構(gòu)件截面設(shè)計，從而滿足第一水準(zhǔn)的強度要求；第二步是采用同一地震動參數(shù)計算出結(jié)構(gòu)的層間位移角，使其不超過抗震規(guī)范所

20、規(guī)定的限值；同時采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。②采用與第三水準(zhǔn)相對應(yīng)的地震動參數(shù)，計算出結(jié)構(gòu)（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范的限值。并采用必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。 </p><p>　　3.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法 </p><p>　　我國的《建筑抗震

21、設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）對各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算應(yīng)采用的方法作了以下規(guī)定：①高度不超過 40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡化方法。②除1 款外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜方法。③特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值。 <