劉磊

摘 ?要：本文介紹抗震設(shè)計(jì)相關(guān)概念，設(shè)計(jì)思路及需要注意的問(wèn)題，以求更清晰地、合理地進(jìn)行建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu) ?抗震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)完整、系統(tǒng)的過(guò)程，從場(chǎng)址的選擇到建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)貫穿了整個(gè)過(guò)程。而且建筑物的抗震設(shè)計(jì)是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合要求的重要指標(biāo)。因此如何準(zhǔn)確、合理的運(yùn)用不同的抗震設(shè)計(jì)方法，是非常重要的，對(duì)于不同的建筑、不同的情況應(yīng)區(qū)別對(duì)待，從而尋求最合理的結(jié)構(gòu)布置。

1.建筑的抗震概念設(shè)計(jì)的含義

所謂“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，依此進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該是綜合概念設(shè)計(jì)、計(jì)算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設(shè)計(jì)，掌握了抗震概念設(shè)計(jì)，有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則，使設(shè)計(jì)人員不至于陷入盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2.結(jié)構(gòu)地震作用

從上面的介紹可以看到，按照我國(guó)三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，計(jì)算地震作用也是比較復(fù)雜的。但是由于國(guó)家規(guī)范已經(jīng)做了大量的工作，所以我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)是到了直接應(yīng)用的階段了。例如，某個(gè)城鎮(zhèn)，它的設(shè)防烈度是多少，設(shè)計(jì)基本地震加速度是多少，設(shè)計(jì)地震分組是什么，多遇地震下參數(shù)是多少，等等，規(guī)范里都有依據(jù)可以查到，但這些是要花費(fèi)非常大的精力去試驗(yàn)、實(shí)踐才能得出來(lái)的數(shù)據(jù)，而我們查下規(guī)范，就可以得到。所以我覺(jué)得，規(guī)范使得抗震設(shè)計(jì)可以有據(jù)可依，設(shè)計(jì)也才可以順利的進(jìn)行。另一個(gè)方面，隨著結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的發(fā)展，我們地震作用的計(jì)算也變得更簡(jiǎn)化。我們只需要準(zhǔn)確理解地震相關(guān)各種參數(shù)的意義，合理準(zhǔn)確的輸入到計(jì)算程序中，那么程序就可以計(jì)算出相應(yīng)情況下的地震作用，而后用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力、配筋計(jì)算。

3.建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

3.1 首先應(yīng)重視建筑工程結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的形狀設(shè)計(jì)方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中是頭等重要的，提倡平、立面簡(jiǎn)單對(duì)稱，因?yàn)檎鸷Ρ砻鳎朔N類型建筑在地震時(shí)較不容易破壞，而且容易估計(jì)出其地震反應(yīng)，易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理?！敖ㄖY(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對(duì)建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求。“規(guī)則建筑”體現(xiàn)在體形（平面和立面的形狀）簡(jiǎn)單;抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻;平面布置基本對(duì)稱。

3.2 結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當(dāng)結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時(shí)，其總體延性的要求可有所降低;反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對(duì)結(jié)構(gòu)提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造等因素，來(lái)衡量結(jié)構(gòu)具有的抵抗地震作用的能力。地震時(shí)建筑物所受地震作用的大小與其動(dòng)力特性密切相關(guān)，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關(guān)。但是，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。要使建筑物具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實(shí)際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之間尋找一種較好的匹配關(guān)系。

3.3 設(shè)計(jì)多道設(shè)防結(jié)構(gòu)

3.3.1 超靜定結(jié)構(gòu)

靜定結(jié)構(gòu)是只有一個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)，在地震中只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞或一個(gè)塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)就會(huì)倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)必須做成超靜定結(jié)構(gòu)，因?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)允許有多個(gè)屈服點(diǎn)或破壞點(diǎn)。將這個(gè)概念引申，抗震結(jié)構(gòu)不僅是要設(shè)計(jì)成超靜定結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該做成具有多道設(shè)防的結(jié)構(gòu)。第一道設(shè)防結(jié)構(gòu)中的某一部分屈服或破壞只會(huì)使結(jié)構(gòu)減少一些超靜定次數(shù)。同時(shí)要注意分析并控制結(jié)構(gòu)的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過(guò)程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則只允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應(yīng)當(dāng)作為第一道設(shè)防，連梁先屈曲或破壞都不會(huì)影響墻肢獨(dú)立抵抗地震力。

3.3.2 雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是可能實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防結(jié)構(gòu)的一種類型，而且雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側(cè)力體系的特點(diǎn)是，由兩種變形和受力性能不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)抗側(cè)力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過(guò)樓板連接協(xié)同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當(dāng)其中一部分結(jié)構(gòu)有所損傷時(shí)，另一部分應(yīng)有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作用力。在抗震結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)雙重抗側(cè)力體系實(shí)現(xiàn)多重設(shè)防，才是安全可靠的結(jié)構(gòu)體系。

3.3.3 總結(jié)構(gòu)體系與基本分結(jié)構(gòu)體系

1972年12月23日尼加拉瓜首都發(fā)生強(qiáng)烈地震，1 萬(wàn)多棟樓房倒塌。林同炎公司 1963 年設(shè)計(jì)的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設(shè)計(jì)地震作用 0.06g 大6倍的地震0.35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運(yùn)動(dòng)與由風(fēng)引起的位移是不同的，在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復(fù)雜。當(dāng)然主要是第一振型，同時(shí)也包括具有鞭梢效應(yīng)的第二、第三振型，變形量很大。所以設(shè)計(jì)者主要考慮的是如何避免就其結(jié)構(gòu)固有特征會(huì)引起倒塌的過(guò)大變形。再則，設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)所考慮抗風(fēng)與抗地震要求的出發(fā)點(diǎn)往往是矛盾的。剛度大的結(jié)構(gòu)對(duì)抗風(fēng)荷載有利，動(dòng)力效應(yīng)小;反之，較柔的結(jié)構(gòu)有利于抗震。所以要設(shè)計(jì)一個(gè)抗風(fēng)及抗震性能都很好的高層結(jié)構(gòu)不很容易。林同炎教授的設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)一個(gè)由4個(gè)柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結(jié)構(gòu)總體系。地震后的實(shí)地觀察，證明其設(shè)計(jì)思想是正確的，正如預(yù)料的那樣，聯(lián)梁的混凝土剝落，梁中有明顯裂縫。但四個(gè)柔性筒的本身均無(wú)裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

4.結(jié)論

抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的理論，規(guī)范把一系列的抗震技術(shù)措施以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的形式確定下來(lái)，從而作為建筑工程抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)。我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，理解規(guī)范的內(nèi)容，做好抗震設(shè)防設(shè)計(jì)，從而減輕地震災(zāi)害影響。