潘建

摘 要：隨著城市化進程的加快，高層建筑在城市中相當普遍，而高層建筑抗震工作一直是建筑設計和施工的重點。文章先概述現(xiàn)代抗震設計思路，再引出現(xiàn)代建筑的抗震設計方法，最后揭秘建筑的加固設計，希望可以為建筑工程設計人員在今后的高層設計工作中提供了一些思路。

關(guān)鍵詞：建筑設計；抗震設計

隨著建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)理論研究的不斷發(fā)展，抗震設計思路也經(jīng)歷了一系列的變化。最初，在未考慮結(jié)構(gòu)彈性動力特征，也無詳細的地震作用記錄統(tǒng)計資料的條件下，經(jīng)驗性的取一個地震水平作用（0.1倍自重）用于結(jié)構(gòu)設計。高層抗震設計思路經(jīng)歷了從彈性到非線性，從基于經(jīng)驗到基于非線性理論，從單純保證結(jié)構(gòu)承載能力的“抗”到允許結(jié)構(gòu)屈服，并賦予結(jié)構(gòu)一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉(zhuǎn)變。

1 現(xiàn)代抗震設計思路

在當前抗震理論下形成的現(xiàn)代抗震設計思路，其主要內(nèi)容可歸結(jié)為：

1.1 合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準的地震作用

一般先以一具有統(tǒng)計意義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強弱標志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系數(shù)）得到不同的設計用地面運動加速度（即小震的）來進行結(jié)構(gòu)的強度設計，從而確定了結(jié)構(gòu)的屈服水準。

1.2 制定有效的抗震措施

制定有效的抗震措施使建筑結(jié)構(gòu)確實具備設計時采用的R所對應的延性能力。其中主要包括內(nèi)力調(diào)整措施（強柱弱梁、強剪弱彎）和抗震構(gòu)造措施。

現(xiàn)代抗震設計理念是基于對結(jié)構(gòu)非彈性性能的研究上建立起來的，其核心是關(guān)系，主要指在不同滯回規(guī)律和地面運動特征下，結(jié)構(gòu)的屈服水準與自振周期以及最大非彈性動力反應間的關(guān)系。其中R為彈塑性反應地震力降低系數(shù)，簡稱地震力降低系數(shù)；而μ為最大非彈性反應位移與屈服位移之比，稱為位移延性系數(shù)。在抗震設計時，對在同一烈度區(qū)的同一類結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)情況取用不同的R，也就是不同的用于強度設計的地震作用。

2 現(xiàn)代建筑抗震設計

2.1 建筑抗震設防標準

建筑地震設防標準是指未來可能施加于建筑結(jié)構(gòu)的地震作用的大小，其直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。某機構(gòu)認為基于建筑結(jié)構(gòu)性能的設計理論來尋求能有效控制建筑結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的所有地震波譜的破壞水準。為了實現(xiàn)這個目的，根據(jù)不同地震重現(xiàn)期選擇所有可能發(fā)生的對應于不同等級的地震動參數(shù)的波譜，而這些具體的地震動參數(shù)被稱為“地震設防水準”。建議建筑設防地震等級如表1所示。

建筑結(jié)構(gòu)抗震性能水準表示結(jié)構(gòu)在特定的某一地震設計水準下預期破壞的最大程度。建筑結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞及由其破壞引起的后果，主要用結(jié)構(gòu)破壞程度、結(jié)構(gòu)功能性和人員安全性來表達。不同等級的抗震性能應依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的類型、整體結(jié)構(gòu)、豎向和橫向承載構(gòu)件、結(jié)構(gòu)變形、設備與裝修和修復使用等方面加以定義，并應該表達為量化指標。建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分為三個等級：基本設防目標、重要設防目標和特別設防目標。建筑基本設防目標是一般建筑設防的最低標準；重要設防目標是醫(yī)院、公安消防、學校、通訊等重要建筑設防的最低標準：特別設防目標是包含核材料等特別危險物質(zhì)的特別重要建筑的最低建筑設防標準。

2.2 建筑防震設計方法

建筑抗震的概念設計指在進行建筑結(jié)構(gòu)抗震設計時，應著眼于建筑物結(jié)構(gòu)的總體地震的震動反應，按照建筑結(jié)構(gòu)的破壞機制和破壞過程，靈活應用建筑抗震的設計準則，全面而合理地解決建筑結(jié)構(gòu)設計中出現(xiàn)的基本問題。

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑設計。鋼結(jié)構(gòu)建筑有許多優(yōu)良的特性。有很好的抗震、抗風性能。鋼結(jié)構(gòu)整體剛性好、強度高、重量輕、變形能力強，建筑物自重僅為磚混結(jié)構(gòu)的1/5，抗震性能卻是磚混結(jié)構(gòu)的2倍以上，并有很強的抗風性能，有效的保護人民生命和財產(chǎn)安全。建筑鋼結(jié)構(gòu)都是由多層水平的樓蓋和豎向的柱、墻等組成。樓蓋主要承受豎向荷載，而建筑豎向的柱、墻等構(gòu)件因為建筑高度的變化，其組成方式和受力變形。特性結(jié)構(gòu)體系也有明顯的變化?？蚣堋⒓袅巴搀w是結(jié)構(gòu)中抵抗豎向及水平荷載的基本單元，由它們及其變體組成了各種結(jié)構(gòu)體系，如框架結(jié)構(gòu)體系、框架-支撐結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻體系、框架-簡體結(jié)構(gòu)體系等。

2.2.2 建筑設計應設置多道抗震設防體系。由于地震的震動往往會持續(xù)一定時間，而且震動是往復的。根據(jù)對地震的大量研究可以看出，建筑物的倒塌通常是由于地震的持續(xù)往復作用，使建筑物的結(jié)構(gòu)造到破壞，從而喪失了對建筑物重力荷載的承載能力。所以，建筑抗震規(guī)范提出“強柱弱梁、強剪弱彎”的抗震設計思想。建筑柱樁是建筑主要承受重力荷載的構(gòu)件，通過科學、合理處理柱與梁之間的強弱關(guān)系，使建筑框架梁在地震中先于柱子屈服，出現(xiàn)了塑性鉸，從而耗散一定的地震能量，柱樁在建筑抗震中退居到第二道抗震設防體系。剪切破壞屬于力學的脆性破壞，而彎曲破壞是材料力學中的延性破壞，破壞后出現(xiàn)塑性鉸，建筑結(jié)構(gòu)還能夠繼續(xù)承載?！皬娂羧鯊潯钡脑O計思想則使剪切破壞退居到第二道抗震設防體系。

2.2.3 建筑延性系數(shù)設計方法。該方法的實質(zhì)是通過建立建筑構(gòu)件的位移延性系數(shù)或建筑截面曲率延性系數(shù)與塑性鉸區(qū)混凝土極限壓應變的關(guān)系，由結(jié)構(gòu)約束箍筋來保證核心混凝土能夠滿足所要求的極限壓應變，從而使建筑構(gòu)件具有所需要的延性系數(shù)。建筑延性包括建筑結(jié)構(gòu)延性、構(gòu)件延性和截面延性三個方面。

2.2.4 采用能力譜方法進行建筑抗震設計。該方法是通過地震反應譜曲線和建筑結(jié)構(gòu)能力譜曲線的疊加來評估建筑結(jié)構(gòu)在給定地震作用下的反應特性。反應譜是指單自由度體系在給定地震輸入下的加速度譜；能力譜是指通過對建筑結(jié)構(gòu)進行靜力推的分析，轉(zhuǎn)換得到等效單自由度體系的加速度和位移之間的關(guān)系曲線。能力譜方法由Freeman等提出，經(jīng)過不斷的完善和革新?！度毡窘ㄖ藴史ā泛兔绹鳤TC-40都采用能力譜法作為基于性能，位移抗震設計方法。Chopra提出了將能力譜方法和結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)評定相結(jié)合的屈服位移能力譜的地震損傷分析方法，增加并強化了能力譜法的實用性。因此，能力譜法的實質(zhì)是采用的基于承載力的設計方法加位移、變形的能力校核，并依據(jù)能量的設計方法。對抗震設計的研究表明地震動瞬時能量在大多數(shù)情況下對結(jié)構(gòu)最大位移反應具有決定性作用。但要建立基于能量的有效建筑抗震設計框架還需更深入的研究。

3 結(jié)語

建筑設計是建筑杭震設計的一個重要方面，建筑設計與建筑抗震設計有著密切關(guān)系。它對建筑抗震起著重要的基礎作用。一個優(yōu)良的建筑抗震設計，必須是在建筑設計與結(jié)構(gòu)設計相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設計基礎上完成。為此，要充分重視建筑設計在建筑抗震設計中的重要性，在建筑抗震設計中更好地發(fā)揮建筑設計應有的作用。

參考文獻

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