王光宇

【摘要】本文基于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計重要性探討了如何創(chuàng)新思維，采用新型設(shè)計技術(shù)方式提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，對降低地震災害帶來的破壞性影響損失，提升建筑結(jié)構(gòu)抵御強震影響的防倒塌功能，促進建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方式的持續(xù)完善發(fā)展有重要的實踐意義。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計；方式

汶川5.12地震給我國造成的直接經(jīng)濟損失便高達八千億元，而人員傷亡更是觸目驚心。由此可見，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)抗震設(shè)計尤為重要，可顯著降低地震災害傷亡人數(shù)，并控制直接經(jīng)濟損失。因此從設(shè)計層面如何有效提升框架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)抗震性能，尤其是建筑在強震作用影響下的預防倒塌性能，成為我們應主力探討的重要課題。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方式

1.采用隔震設(shè)計技術(shù)營造以柔克剛效果

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用隔震技術(shù)是一類效果顯著的新型工程抗震方式，我們可通過安放消能隔震裝置，例如隔震墊、橡膠于結(jié)構(gòu)建筑基礎(chǔ)與底部之間，將基礎(chǔ)同上部結(jié)構(gòu)有效隔開，進而令其動力作用與性能有效改變，顯著減輕建筑結(jié)構(gòu)地震反應，營造以柔克剛的良好建筑結(jié)構(gòu)抗震效果。通過國內(nèi)外工程實踐與大量試驗證明，該隔震設(shè)計體系可令結(jié)構(gòu)水平加速度地震反應有效下降約百分之六十，進而控制或消除了建筑結(jié)構(gòu)受到地震的損壞影響程度，提升了建筑物與空間內(nèi)部人員的安全水平。一般來講該隔震體系技術(shù)擁有強大的垂直方向承載力，可達到五十至兩千噸，同時該設(shè)計技術(shù)體系擁有較大垂直向壓縮剛度，相應的其水平向具有的變形剛度有限，僅為每毫米四分之一千牛至每毫米一點八千牛，而其在水平向變位極限值則較大，最大可達到五十厘米，并具有較充足的初始剛度，可抵抗輕微地震與風荷載。一旦發(fā)生強烈地震時可產(chǎn)生一定程度的柔性自由滑動。而倘若發(fā)生了較大變形則會回升剛度，發(fā)揮一定的限位與保護作用。其中采用橡膠鋼板夾層隔震墊可有效發(fā)揮顯著復位能力，通過實踐研究不難發(fā)現(xiàn)，其在眾多地震災害中均能產(chǎn)生瞬時自動復位。再者該類技術(shù)方式構(gòu)建的隔震裝置具有良好的耐久性，其服務(wù)使用壽命高達七十年左右，因而遠遠高出一般住宅、民用建筑使用期限五十年的壽命要求。另外隔震建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式主要使用在重要多層與低層建筑中，例如學校、醫(yī)院、科研機構(gòu)、商場與各類重要職能單位建筑。

2.減震消能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方式

減震消能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方式主要指位于某些建筑結(jié)構(gòu)部位，例如剪力墻、支撐、連接縫、節(jié)點或連接件等位置合理設(shè)置消能元件或阻尼裝置，利用該消能裝置內(nèi)含的非線性摩擦滯回變形進行能量耗散，或?qū)Φ卣鹉芰窟M行吸收，進而降低主體建筑結(jié)構(gòu)豎向與水平向的地震反應，避免建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生倒塌或破壞現(xiàn)象，以實現(xiàn)抗震、減震科學目標。該類設(shè)計方式主體適用于超高層或高層建筑，并在日本、美國等地實現(xiàn)了一定水平的應用，具有良好的抗震害效果。目前該減震消能抗震設(shè)計方式已在我國通過試點形式應用于一些建筑工程中并積累了良好經(jīng)驗。同時隨著新一輪抗震設(shè)計相關(guān)規(guī)范的出臺對上述減震消能與隔振技術(shù)應用于建筑工程明確了指導意見，表明該類新型抗震設(shè)計方式已逐步進入了實用發(fā)展階段。當然基于該類抗震設(shè)計方式的特殊性其造價成本相對較高，且由技術(shù)設(shè)計到構(gòu)造再到施工均包含一定的復雜性，因此對其進行準確的掌握與合理的實施還存在一些問題，因此我們應繼續(xù)對其進行深入研究，力爭早日實現(xiàn)廣泛大規(guī)模的實踐應用。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計科學思路

1.基于承載力與延性科學選擇設(shè)計方式

基于建筑結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計方式可分為反應譜與靜力方式，前者通過加速度地震反應作為縱向坐標，并將體系周期自振作為橫向坐標，得出的曲線關(guān)系便可作為反應譜，并據(jù)此進行地震作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)慣性水平力計算，進而確定合理設(shè)計方式，對多自由度系統(tǒng)我們可應用分解組合振型方式明確地震作用。靜力方式將地震視為建筑物之上作用的總水平力，可將其取為總體建筑重量與地震系數(shù)乘積。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中我們應對其剛度分布進行適應性控制，令建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如墻、梁、節(jié)點、柱等在地震階段變?yōu)榉菑椥缘淖冃螤顩r，進而令地震能量合理消耗，確保其不產(chǎn)生建筑結(jié)構(gòu)倒塌現(xiàn)象。在該類設(shè)計階段中，整體建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)建均包含兩類功能，即確保使用結(jié)構(gòu)功能及應對地震的抗震功能，為消除該類層面包含的局限性，我們應綜合考量地震重現(xiàn)期，結(jié)合抗震設(shè)防現(xiàn)實目標，科學采用反應譜在承載力與確保構(gòu)造延性基礎(chǔ)上采用延性抗震規(guī)范設(shè)計方式，該類方式對尚無準確預知建筑結(jié)構(gòu)地震非彈性反應具有顯著的抗震設(shè)計效果。

2.基于建筑結(jié)構(gòu)性能完善設(shè)計

基于性能的設(shè)計方式最早由美國學者提出，該設(shè)計理念轉(zhuǎn)變了以往僅注重安全結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，合理發(fā)展成為注重安全、結(jié)構(gòu)性能與經(jīng)濟等多方因素的創(chuàng)新設(shè)計方式，令建筑工程結(jié)構(gòu)滿足使用期間預定各項目標性能要求，同時具體性能標準要求我們可依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)重要性進行細化確定?？梢哉f該類性能設(shè)計方式較單一傳統(tǒng)抗震設(shè)防標準實現(xiàn)了一定的創(chuàng)新發(fā)展，并為設(shè)計人員創(chuàng)設(shè)了設(shè)防抗震標準自主選擇空間，而基于現(xiàn)行對建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)性能的計算、具體描述與設(shè)計標準沒有全面明確，因此我們應對該項設(shè)計方式繼續(xù)深入研究探討。雖無法在該技術(shù)設(shè)計領(lǐng)域達成統(tǒng)一共識與一致設(shè)計方案，然而我們可在不同地震作用水平下令建筑結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對不同水平性能的明確。基于位移性能的設(shè)計抗震研究可包含確定地震風險等級、選擇目標性能、確定適宜建設(shè)場地、相關(guān)性能水平、展開概念、初步與最終設(shè)計，在設(shè)計進程中實施必要的可行性檢查與設(shè)計審核，確保建筑結(jié)構(gòu)施工階段工程質(zhì)量達標，在使用進程中實施有效的維護檢測等細化工作。在設(shè)計流程階段我們可首先依據(jù)業(yè)主要求與項目投資建設(shè)準則、效益明確目標性能并依據(jù)其展開結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成設(shè)計后履行評估設(shè)計結(jié)構(gòu)性能環(huán)節(jié)，對于滿足相關(guān)目標要求的設(shè)計我們對其結(jié)構(gòu)進行實際水平性能的明確說明，以便于建筑工程項目后續(xù)的優(yōu)質(zhì)施工與質(zhì)量安全控制管理。

由此可見，隨著科技的迅猛發(fā)展，各項新工藝、新材料、新技術(shù)與新理念在建筑設(shè)計行業(yè)得到了廣泛應用，有效豐富了抗震設(shè)計手段，提升了建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能。倘若我們采用高強度建筑材料可有效提升構(gòu)件承載極限能力，并顯著降低其結(jié)構(gòu)自重，而倘若我們廣泛樹立創(chuàng)新設(shè)計理念、善于應用新技術(shù)、新工藝，則更能顯著降低地震災害，抑制地震對建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞影響，營造良好的建筑使用環(huán)境。因此我們應對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計科學方式進行深入探討，明確實踐設(shè)計思路，進而切實提升安全設(shè)計水平。

參考文獻

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