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(zāi)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(zāi)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(yù)防倒塌性能，成為我們應(yīng)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)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(fēng)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(fù)位能力，通過實踐研究不難發(fā)現(xiàn)，其在眾多地震災(zāi)害中均能產(chǎn)生瞬時自動復(fù)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(xué)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(yīng)，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(xué)目標(biāo)。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(yīng)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(yīng)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(yīng)用于建筑工程明確了指導(dǎo)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(dāng)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(fù)雜性，因此對其進行準(zhǔn)確的掌握與合理的實施還存在一些問題，因此我們應(yīng)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(yīng)用。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計科學(xué)思路

1.基于承載力與延性科學(xué)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(yīng)譜與靜力方式，前者通過加速度地震反應(yīng)作為縱向坐標(biāo)，并將體系周期自振作為橫向坐標(biāo)，得出的曲線關(guān)系便可作為反應(yīng)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(yīng)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(yīng)對其剛度分布進行適應(yīng)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(yīng)對地震的抗震功能，為消除該類層面包含的局限性，我們應(yīng)綜合考量地震重現(xiàn)期，結(jié)合抗震設(shè)防現(xiàn)實目標(biāo)，科學(xué)采用反應(yīng)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(zhǔn)確預(yù)知建筑結(jié)構(gòu)地震非彈性反應(yīng)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(xué)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(yù)定各項目標(biāo)性能要求，同時具體性能標(biāo)準(zhǔn)要求我們可依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)重要性進行細化確定。可以說該類性能設(shè)計方式較單一傳統(tǒng)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)沒有全面明確，因此我們應(yīng)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(fēng)險等級、選擇目標(biāo)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(biāo)，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(zhǔn)則、效益明確目標(biāo)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(biāo)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(yīng)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(yīng)用新技術(shù)、新工藝，則更能顯著降低地震災(zāi)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(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計科學(xué)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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