【摘要】：本文從結(jié)構(gòu)抗震原理與結(jié)構(gòu)減震原理、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法與結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)抗震與結(jié)構(gòu)減震的設(shè)防目標(biāo)、結(jié)構(gòu)抗震與結(jié)構(gòu)減震的設(shè)計(jì)要點(diǎn)等方面進(jìn)行了比較分析，得出采取結(jié)構(gòu)隔震比僅僅采用普通結(jié)構(gòu)抗震更加有效更加經(jīng)濟(jì)的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu);抗震;減震;普通抗震;

工程抗震被認(rèn)為是一項(xiàng)切實(shí)有效的措施——預(yù)防或減輕地震災(zāi)害對(duì)建筑的損害，其方法是尋求最合理的抗震設(shè)計(jì)，使在地震時(shí)能夠保證建筑結(jié)構(gòu)足夠安全，這是普通的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想。

建筑結(jié)構(gòu)隔震的技術(shù)早已有人提出和實(shí)施，北京故宮在其基礎(chǔ)底就設(shè)有糯米加石灰的柔性減震支座層;1909年國外工程師提出（上部結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)）隔震結(jié)構(gòu)方案，在建筑物結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間用滑石〔云母）層隔開，地震時(shí)建筑物可以滑動(dòng)。日本建筑師中村太郎于1927年提出的阻尼隔震結(jié)構(gòu)方案，使用阻尼泵來消耗地震的能量，并且在該建筑地下層柱的上下端采用鉸接構(gòu)造，建筑物可以水平自由移動(dòng)。 如圖 B 所示

圖B 阻尼隔震建筑

普通抗震結(jié)構(gòu)：利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形能力抵御地震作用，吸收地震能量，側(cè)重于“抗”。隔震結(jié)構(gòu)：在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置減震層，阻止地震能量向上傳遞，側(cè)重于“隔”。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震原理與建筑結(jié)構(gòu)減震原理的比較

普通結(jié)構(gòu)抗震的基本原理是：通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能〔強(qiáng)度、剛度、延性〕來抵御地震作用的，即由結(jié)構(gòu)本身儲(chǔ)存和消耗地震能量。這是被動(dòng)消極的抗震對(duì)策。

結(jié)構(gòu)減震原理和隔震的原理是：通過設(shè)置隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層，延長結(jié)構(gòu)的周期，適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的阻尼，使結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)大大減少，同時(shí)使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層，上部結(jié)構(gòu)像剛體一樣，自身相對(duì)位移很小，結(jié)構(gòu)基本上處于彈性工作狀態(tài)。這是主動(dòng)積極的抗震對(duì)策。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震與建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)方法的比較

普通抗震設(shè)計(jì)方法：以概率理論為基礎(chǔ)，建筑抗震采用三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)和兩階段設(shè)計(jì)方法，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”為三水準(zhǔn)。兩階段設(shè)計(jì)方法是第一階段：對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)彈性變形驗(yàn)算，對(duì)各類結(jié)構(gòu)按規(guī)范規(guī)定采取抗震措施;第二階段：一些規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的彈性變形驗(yàn)算。普通抗震結(jié)構(gòu)體系實(shí)際上是依靠結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞消耗大部分輸入能量，往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件嚴(yán)重破壞甚至倒塌，這在一定程度上是不合理也是不安全的。

二、兩階段設(shè)計(jì)：

結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)方法：是指在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能裝置，通過結(jié)構(gòu)附加阻尼器，以消耗輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量，達(dá)到預(yù)期設(shè)防要求。具體說就是把結(jié)構(gòu)的某些構(gòu)件〔如支撐、剪力墻、連接件等）設(shè)計(jì)成消能桿件，或在結(jié)構(gòu)的某些部位〔層間空間、節(jié)點(diǎn)、連接縫等）安裝消能裝置，在小風(fēng)或小震下，這些消能桿件〔或消能裝置）和結(jié)構(gòu)共同工作，結(jié)構(gòu)本身處于彈性狀態(tài)并滿足正常使用要求;在大震或大風(fēng)下，隨著結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的增大，消能桿件或消能裝置產(chǎn)生較大阻尼，大量消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震或風(fēng)振能量，使結(jié)構(gòu)的動(dòng)能或者變形能轉(zhuǎn)化成熱能等形式耗散掉，迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震或風(fēng)振反應(yīng)，使主體結(jié)構(gòu)避免出現(xiàn)明顯的非彈性狀態(tài)〔結(jié)構(gòu)仍然處于彈性狀態(tài)或者雖然進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，但不發(fā)生危及生命和喪失使用功能的破壞）。

三、抗震結(jié)構(gòu)與減震結(jié)構(gòu)設(shè)防目標(biāo)的比較

普通抗震設(shè)防目標(biāo)：“三水準(zhǔn)”和“兩階段”的設(shè)防要求，即“小震 不壞，中震可修，大震不倒”;第一階段設(shè)計(jì)采用第一水準(zhǔn)烈度的地震動(dòng)參數(shù)，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，能夠滿足承載力和彈性變形的要求;第二階段設(shè)計(jì)采用第三水準(zhǔn)烈度的地震動(dòng)參數(shù)，結(jié)構(gòu)處于彈塑性狀態(tài)，要求具有足夠的彈塑性變形能力，但又不能超過變形限值，使建筑物“裂而不倒”。

減震結(jié)構(gòu)設(shè)防目標(biāo)：新規(guī)范對(duì)其抗震設(shè)防目標(biāo)只有如下的原則規(guī)定：“采用隔震或消能減震設(shè)計(jì)的建筑，當(dāng)遭遇到本地區(qū)的多遇地震影響、抗震設(shè)防烈度地震影響和罕遇地震影響時(shí)，其抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)高于本規(guī)范第1.0. 1條的規(guī)定?！边@里明確了消能減震建筑的抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)高于一般依靠自身強(qiáng)度及變形能力〔延性）來抗御地震的建筑的抗震設(shè)防目標(biāo)。

根據(jù)對(duì)消能減震結(jié)構(gòu)減震能力的系列研究、考慮不同工程情況可能的不同要求以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并參考建筑的普通抗震設(shè)防目標(biāo)的要求，為了促進(jìn)消能減震結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步與在工程中的實(shí)施，提出減震結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防目標(biāo)可具體化為如下A、B、C三類。

A目標(biāo)，這個(gè)設(shè)防目標(biāo)要求“小震不壞，中震可修，大震不倒”，抗震設(shè)防目標(biāo)與現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防目標(biāo)相同。B目標(biāo)，這個(gè)設(shè)防目標(biāo)要求“中震不壞，大震可修”。多數(shù)減震結(jié)構(gòu)可按照這個(gè)設(shè)防目標(biāo)設(shè)計(jì)。

C目標(biāo)，這個(gè)設(shè)防目標(biāo)要求“大震不壞”。對(duì)于消能減震要求更高的減震建筑及在較低設(shè)防烈度地震區(qū)，可采用這類設(shè)防目標(biāo)。

四、框架結(jié)構(gòu)抗震與減震的設(shè)計(jì)要點(diǎn)的比較

1、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)6要點(diǎn)

①框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析，主要是結(jié)構(gòu)自振周期的確定;②結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的計(jì)算，包括多遇烈度下的地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)側(cè)移計(jì)算;③結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力分析;④結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面抗震設(shè)計(jì)。

2、框架結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)6要點(diǎn)

①提出框架結(jié)構(gòu)消能減震后的預(yù)期變形;②確定結(jié)構(gòu)需要消能器提供的附加阻尼;③設(shè)計(jì)消能器的類型、數(shù)量和布置;④對(duì)消能減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的分析，達(dá)到滿足變形控制要求;⑤設(shè)計(jì)消能部件及其與主體結(jié)構(gòu)的連接。

六、結(jié)束語

結(jié)構(gòu)的普通抗震的設(shè)計(jì)思想主要是依靠結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的強(qiáng)度和延性來抵抗地震作用及吸收地震能量，這種設(shè)計(jì)方法是讓結(jié)構(gòu)自身承受較大的地震力。在抗震設(shè)防區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循：強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)結(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)壓弱拉的基本原則，可以保證結(jié)構(gòu)的整體性，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌，但是對(duì)組成結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)件來講，其吸收地震能量進(jìn)而發(fā)生構(gòu)件破壞的結(jié)果是必然的。因此，設(shè)置了隔震措施的建筑物要比普通的抗震建筑物更加安全更經(jīng)濟(jì)，建筑物中的隔震技術(shù)應(yīng)將被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

【1】周錫元，吳育才，工程抗震新發(fā)展[M]，清華大學(xué)出版社，暨南大學(xué)出版社，2002

【2】柳炳康，工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M]，武漢理工大學(xué)出版社，2005

【3】王社良，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]，武漢理工大學(xué)出版社，2004