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(jìn)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(jìn)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(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面達(dá)到最佳，從而經(jīng)濟(jì)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(jī)性很強(qiáng)的循環(huán)、往復(fù)荷載，建筑物的地震破壞機(jī)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(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件、強(qiáng)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(qiáng)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。抗震結(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(qiáng)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(qiáng)，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(qiáng)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(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)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(qiáng)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(jì)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(jì)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(rèn)識，現(xiàn)代規(guī)范中的條文有的被列為強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(qiáng)

16、柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)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(rèn)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(jìn)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(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計，從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)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(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)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。 <