王澤濤 劉樹越 姜心怡

摘要：我國是時間上受地質(zhì)災害最嚴重的國家之一，地震對國家和人民都造成了嚴重的損失，因此以地震帶的高層建筑結(jié)構(gòu)體系為研究對象，本項目設(shè)施方案以研究建筑在墻震高烈度區(qū)結(jié)構(gòu)的變化。 關(guān)鍵詞：高層建筑抗震設(shè)計;強震高烈度區(qū);建筑結(jié)構(gòu)動力災變性能演化

引言

我國疆域遼闊，人口眾多，城市化進程的加快需要相應的基礎(chǔ)設(shè)施，高層建筑群拔地而起，公路橋梁星羅棋布。提高重、大結(jié)構(gòu)的抗震安全性能，實現(xiàn)“大震不倒”，是土木工程科研立項的一項重要課題。我國目前的結(jié)構(gòu)抗震計算主要采用反應譜方法與動力時程分析，設(shè)計指導原則為“二階段設(shè)計，三水準設(shè)防”，設(shè)計思想是利用結(jié)構(gòu)自身的承載力與彈塑性變形抵御地震作用，通過設(shè)計引導破壞形態(tài)。工程實踐表明，這一方法理念顯其不足。 傳統(tǒng)的抗震設(shè)計需要結(jié)構(gòu)提高其強度、剛度與延性。強度與剛度的提高需要增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面與配筋，結(jié)構(gòu)的自重增加導致其地震慣性力變大。對于特殊的建筑物，延性使得其中的重要設(shè)施遭受破壞。

探索結(jié)構(gòu)作用的機理，構(gòu)建先進的設(shè)計理念，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力是業(yè)界追求的目標，本項目以此立項，對于完善高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論，指導工程實踐，保證基礎(chǔ)設(shè)施及生命線工程的全壽命設(shè)計及震后恢復功能具有重大的現(xiàn)實意義。

構(gòu)造特點以及材料組成對建筑抗震影響

近些年來，在我國的多數(shù)地區(qū)都發(fā)生過強震災害，讓國家和人民損失嚴重。建筑結(jié)構(gòu)對于抗震設(shè)防有著巨大的作用。由于結(jié)構(gòu)在地震災害中不能夠承受過多的地震作用，而產(chǎn)生巨大的結(jié)構(gòu)破壞，甚至倒塌。其主要原因是整體性以及延性不足所造成的。整體性是結(jié)構(gòu)在整個承受地震作用的過程中構(gòu)件配合作用，保持對豎向荷載的支撐作用。而延性與脆性是相對的，延性破壞屬于可以恢復的破壞范疇。各種類型結(jié)構(gòu)均可以根據(jù)組成材料的性質(zhì)及其構(gòu)造上的特點來采取不同增加延性與整體性的措施。下面舉幾種常見的結(jié)構(gòu)形式對其在地震作用中的性能簡要討論一下。

一、材料組成

鋼結(jié)構(gòu)

優(yōu)質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延伸性、能夠有效將震動時發(fā)生的波動抵消掉。利用其所具有的高延性，可以提升其在地震中的抗震能力。鋼結(jié)構(gòu)通過自身的塑性變形特點，達到吸收和消耗震動過程中，抵抗強烈地震的能力。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，用的較多鋼結(jié)構(gòu)框架體系有純框架結(jié)構(gòu)、中心支撐結(jié)構(gòu)、偏心支撐結(jié)構(gòu)等。純框架結(jié)構(gòu)延性和抗震性能比較好，但是由于抗側(cè)剛度比較差，一般不太適合用于層數(shù)比較高的建筑。以中心支撐的鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，適用于層數(shù)較高的建筑。由于一些鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件，具有的滯回性能較差，對于耗散的震動的能量有限，抗震性能沒有鋼結(jié)構(gòu)純框架的性能好。鋼結(jié)構(gòu)的框架偏心支撐結(jié)構(gòu)，還可以通過偏心連梁進行剪切，達到耗散地震的能量，保證通過鋼結(jié)構(gòu)框架的支撐不喪失穩(wěn)定，這種抗震性能的效果，優(yōu)于中心支撐的鋼結(jié)構(gòu)框架，并且其彈性階段的剛度也接近中心支撐框架。如果采用能與鋼結(jié)構(gòu)框架抗側(cè)剛度相匹配含有鋼板的剪力墻，還有帶豎縫剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)代替支撐，可以構(gòu)成具有鋼結(jié)構(gòu)框架的抗震墻板結(jié)構(gòu)，其抗震的性能強于由鋼結(jié)構(gòu)框架構(gòu)成的中心支撐結(jié)構(gòu)。當房屋建筑的剛度要求更高時，一般都可以采用沿著建筑周邊，有秩序地進行設(shè)置一些密柱深梁框架，來構(gòu)成鋼結(jié)構(gòu)的框筒結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)計安裝的框筒結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，能夠起到具有良好抗震性能的效果。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

我國目前的建筑多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但由于混凝土的抗壓能力遠小于它的抗拉能力，所以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的具有很高的強度，但其抗拉能力較差，所以在抗震方面需多在提高抗拉能力上下功夫。鋼筋混凝土作為我國民用建筑中一種常用的結(jié)構(gòu)，而在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，實現(xiàn)延性框架是其主要方式。延性框架的設(shè)計概念主要分為三個方面：一、通過承載力與建筑物構(gòu)件之間的相對大小，實現(xiàn)有一定效果的屈服機制，即“強柱弱梁”、“強墻弱肢連梁”等其他方式。二、通過調(diào)整建筑物構(gòu)件正面承載力和斜面承載力之間的相對大小，從而實現(xiàn)延性破壞形態(tài)。三、通過設(shè)計抗震構(gòu)件，是建筑物的構(gòu)件自身的抗爭能力大大提高。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為我國主要的建筑結(jié)構(gòu)，建筑物的高度越高，它對抗震能力的要求也就越高。因此，在抗震設(shè)計對延性框架的要求也就越高，通過分析該地區(qū)的地震強度和建筑物的高度及其他性能，來選擇合適的延性框架，以到“小震不壞、中震可修、大震不到”的要求。

二、構(gòu)造特點

框架結(jié)構(gòu)

大多數(shù)框架結(jié)構(gòu)建筑物在遭受地震等自然災害時都經(jīng)歷了相當大的非彈性變形，而鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在通過合理的設(shè)計后會依靠延性來抵抗地震作用下的非彈性變形。地震以地震波的形式快速從震源向四周傳播，強烈的震動會使建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不規(guī)則的震動和變形，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應力突然變大，當震動和變形超過一定極限之后，就會造成墻體產(chǎn)生裂縫、結(jié)構(gòu)局部破損甚至倒塌的風險。鋼筋混凝土框架的優(yōu)點之一是可以通過設(shè)置內(nèi)部鋼筋的布設(shè)來進一步控制結(jié)構(gòu)的性能。合理的配筋、梁柱端加密區(qū)、節(jié)點配筋都可以讓結(jié)構(gòu)有更好的變形能力和水平荷載承載力，還可以節(jié)省材料，便于施工。在發(fā)生地震條件下，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)還可以減小震動帶來的慣性力，吸收更大的動能，降低動力反應，減輕地震對結(jié)構(gòu)的破壞能力?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)在設(shè)計上使它們的剛度和延性相匹配也可以提高構(gòu)件的利用效率和抗震可靠性，各構(gòu)件同步協(xié)調(diào)的發(fā)揮材料抗性增加結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在抗震性能上起到了良好的互補作用。

結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計及安全施工措施在建設(shè)工程中的意義重大，地震災害防御是地震發(fā)生前必須做的防御性工作。震害防御其中工程性防御措施是減輕地震災害最主要的途徑。工程性抗震需要根據(jù)建筑的材料和構(gòu)成做為必要前提，工程性防御措施是用工程的抗震設(shè)防和抗震加固來完成防御建筑物、構(gòu)筑物遭受地震破壞，減輕地震災害的措施。由于建筑物、構(gòu)筑物破壞、倒塌造成的巨大的人員傷亡。因此，對各種建筑物、構(gòu)筑物依法進行相應的抗震設(shè)防，使其在破壞性地震中不損壞、不倒塌，是避免人員傷亡的關(guān)鍵。首先可以充分保障人民的生命財產(chǎn)安全，有利于有利于維持社會的穩(wěn)定，對于實現(xiàn)美麗中國，和實現(xiàn)中國夢有重大意義其次對于促進建筑在抗震方面技術(shù)和理念的創(chuàng)新發(fā)展有重要意義。

參考文獻：

[1]呂麗麗.淺談框架結(jié)構(gòu)的抗震性能.中國房地產(chǎn)業(yè)：理論版.

[2]萬利軍.論結(jié)構(gòu)抗震的幾種方法[J].山西建筑，2006.

作者簡介：

王澤濤，2002，山西長治人，現(xiàn)就讀于山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院土木工程專業(yè)。

姜心怡，2001，山東濰坊人，現(xiàn)就讀于山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院土木工程專業(yè)。

劉樹越，2002，山東新泰人，現(xiàn)就讀于山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院土木工程專業(yè)。