論建筑抗震的設計理念與設計方法

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抗震狀態下的結構受力特點分析

1.地震作用下結構最突出的表現即變形大。如柱的二階效應附加彎矩顯著增大，不但會引起構造縫相鄰的結構發生碰撞，甚至會引起整個結構失穩、傾覆，使結構本身存在極大的安全隱患。另一方面，非結構部件也會隨之收到嚴重的損壞。抗震設計的核心即控制變形的總量。

2.動力響應和變形性能的影響因素。建筑結構是否具有實際的抗震能力而保證穩定和安全，結構物的靜承載力只是決定性因素的一部分，在地震作用中對于結構上產生的實際荷載作用并不是理想模型中靜荷載那樣的定值，而是結構反應加速度和質量共同產生的一個綜合慣性力。剛性大，變形性能相對較小的，延性差的結構無法消耗點容許范圍內地震產生的能量，建筑物產生的地震反映顯著增大，對建筑整體損害大，穩定性極為降低。反之，則能夠最大程度的避免地震對結構的損傷，保證整體不會出現嚴重破壞，對于部分受損構件也可保證在可控范圍以內。

3.屈服后臨界狀態。雖然地震達到或超出建筑抗震設計設防烈度的情況不多見，但考慮此種臨界狀態是非常必要的，按我國現行規范的設計原則與設計方法，鋼筋混凝土結構構件均會產生不同程度的損傷，尤其在節點受力較大的位置普遍出現結構裂縫，且部分裂縫寬度較大，構件局部表面出現剝落和破損，受拉區鋼筋屈服且有殘余變形，但仍不至于使整個結構物發生破壞性倒塌。

4.地震作用分項系數選取的科學性與實用性。前文指出，在一般地震作用下隨著與震源距離的變化，水平和垂直地震作用在不同范圍內變化的特點，然而地震作用其實在實際發生時并無明顯的界限而是無規律的發生綜合運動，對于表內的分項系數選取需要反復計算與驗算。

5.低周期的荷載反復作用。基于一般地震作用持續時間并不是很長，地震發生時建筑結構在水平方向往復振動，結構內部的剪力與彎矩甚至軸力出于正負交變狀態，其交變反復次數不多，意即周期較低，由此可見在設計時考慮鋼筋混凝土構件在低周期交變荷載的作用下滯回的特性是非常必要的。

高層抗震的設計理念與設計方法

正在應用中的《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）中對于結構體系抗震設計要求其應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力；應具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震的能力；對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力。處于不同設防烈度地震條件下，建筑結構物受損后經修理可用時需要滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態驗算,要求建筑的彈性變形不超過規定的彈性變形限值，而地震作用接近本地區設防烈度條件下結構屈服進入非彈性變形階段時要求結構具有相當的延性能力，嚴格避免發生不可修復的脆性破壞，最后當遭遇最高級別設防烈度的罕遇地震情況下，要求建筑結構的變形能力使其彈塑性變形不超過規定的彈塑性變形極值，最大程度的保證不發生倒塌等危及生命的嚴重破壞。

通過以往經驗的總結：三個水準烈度的地震作用水平,按三個不同重現期來劃分。多遇地震:50年重現期63.2%,重現期50年；基本地震（設防烈度地震）:50年重現期10%,重現期475年；罕遇地震:50年重現期2%～3%,重現期1641～2475年,平均約為2000年。

以不同的設防標準應運而生的設計方法通過科學實踐證明是合理的，其具體設計方法如下:首先，采用一般烈度為極限進行初步計算，根據相應的地震作用動參數計算建筑結構在彈性狀態下的地震效應，合理選擇承載力抗震調整系數，結合中重力荷載與風荷載進行組合計算，從而設計構件截面。接著，保持地震動參數不變來計算建筑結構層間的位移角，并采用適合本地區的抗震構造措施增大建筑結構的變形能力、塑性耗能和延性。最后，采取最高條件下的地震動參數來計算建筑結構的彈塑性層間位移角，這里尤其指出要注意抗震薄弱環節如柔弱樓層處，保證在各種狀態下的計算都滿足層間位移角小于抗震規范的極限值。并附加必要的抗震構造以滿足最終水準的防倒塌要求。

不規則建筑空間建模的抗震設計要求

（1）平面不規則而豎向規則的建筑在扭轉不規則時應計入扭轉影響。各層豎向構件彈性水平位移極值與層間位移宜小于等于樓層兩端水平位移和層間位移均值的1.5倍（最大層間位移遠小于規范限值時可放寬要求）；樓板局部不連續或凹凸不均時要考慮平面內剛度的實際變化；綜合上述兩種情況的要根據實際情況分塊計算扭轉位移比，對扭轉較大的部位應采用局部內力增大系數。

（2）豎向不規則而平面規則剛度小的樓層的地震剪力應乘以不小于1.15的增大系數，其薄弱層應按本規范有關規定進行彈塑性變形分析。豎向抗側力構建不連續時需考慮實際情況乘以1.25～2.0的增大系數；樓層承載力存在突變時，薄弱層抗側力結構的受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的65%。

（3）平面豎向均不規則的建筑采取不低于5.1和5.2要求進行有針對性的具體設計。

建筑結構抗震措施

概念設計與結構抗震驗算固然重要，建筑限高、提高結構延性也不容忽視，將構造措施合理融入，建立設計地震力與結構延性要求相互協調的雙重設計指標與方法,強柱弱梁,強剪弱彎和強節點弱構件在提高結構延性方面的作用已得到普遍的認可。（本文作者：宋傳洲 單位：亞泰都會(北京)城市規劃設計研究院股份有限公司）