建筑结构设计中抗震性能化设计要点探讨

张红鹤 赵成前

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国综合国力的提升，也带动了建筑工程行业发展的步伐。我国位于欧亚板块和太平洋板块边缘，历史上就是地震多发的国家，抗震设计成为了建筑结构设计中的重要组成部分，本文主要对建筑结构设计中抗震性能化设计要点进行探讨，详情如下。

关键词：建筑结构设计;抗震性能化;设计要点

引言

当前，由于高层建筑结构抗震设计与工程的质量安全有着密切相关的联系，并且在展开抗震设计期间，所能够涉及到的领域及因素相对众多，在很大程度上增加了抗震设计的难度。所以目前建筑结构的抗震设计仍然存在很多问题和隐患，导致在发生地震时房屋不仅无法成为人们的避难所，反而成为了威胁人们生命健康的一根稻草。因此，对现代建筑结构抗震设计及加固处理展开分析对于建筑工程的发展而言有着非常重要的现实意义。

1高层建筑结构设计

为实现美观等目的，结构体系多样化程度不断增加，受力结构也逐渐以剪力墙为主。框架结构主要是由建筑承受水平荷载的横纵向梁和承受竖向的柱子共同构成，其框架结构布置较为灵活、方便，一般为双向、均匀且对称，尽量避免扭转效应的发生。为有效防止刚度发生突变的情况，电梯间以及水箱多使用框架进行承重。钢筋混凝土的结构设计多以框架结构体系为主，但由于框架梁和柱截面相对较小，刚度也较低，使其抗震性能降低，建筑高度受到影响，多在75m以下。剪力墙结构体系主要由墙体承受竖向力以及抵抗侧向力结构组成，多为双向布置，两向的墙体刚度也较为接近剪力墙截面形式一般为工字或T字型，有助于提高建筑的刚度和稳定性。为防止刚度突变须对框支剪力墙结构的部分，剪力墙落地并加固。短支剪力墙一般使用的是暗梁和暗柱，为有效抵抗水平力，须设定相应的普通剪力墻。对于高层建筑剪力墙来说，多以弯曲和变形为主。层间位移在高度增加的同时，层间位移上大下小。

2建筑结构设计中抗震性能化设计要点

2.1基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法

按照GB50011—2010《建筑抗震设计规范》（以下简称抗震规范）规定，罕遇地震是指一般场地条件下50年超越概率为2%～3%的地震，具体来说，7、8、9度区罕遇地震的50年超越概率分别约为3%、2.5%和2%。因此，按现行的设防对策，不同烈度区罕遇地震的概率水准存在差异，烈度越低，其概率水平越低，会导致不同烈度区建筑的防倒塌水准不一致，烈度越低防倒塌的水准也越低。另一方面，由于我国的基本地震烈度或地震动参数区划图具有很大的不确定性，中低烈度区常常发生灾害深重的强烈地震，例如，1975年海城地震，震中的区划烈度为6度，不设防，实际遭遇地震烈度为10度;1976年唐山地震，震中的区划烈度为6度，不设防，实际遭遇地震烈度为11度;2008年的汶川地震，震中的区划烈度为7度，实际遭遇地震烈度为11度。因此，中低烈度设防的建筑物实际面临的地震灾害风险远大于高烈度设防区，这是我国当前及今后相当长一段时期内应重点研究并加以解决的问题，也是抗震防灾工作的重点和难点之一。为了保证不同烈度区、不同结构类型的各类建筑物在相同的设计基准期（50年）内，具有相同或一致的地震倒塌风险，践行与落实“以人为本、人人平等”的灾害防御理念，有必要根据预定的地震倒塌风险构建或调整现有的抗震设计方法，即构建基于预定倒塌风险的抗震设计方法。该方法包括倒塌风险量化指标、三级设计地震参数取值、层间位移角限值、柱最小截面尺寸、柱轴压比限值、构件承载力冗余系数等，是合适可行的。

2.2静力弹塑性分析

静力弹塑性分析主要依据能力谱法对结构抗震性能进行有效的评价。依据相应的反应谱建立相应的设防地震、罕遇地震以及多遇地震作用下的需求谱，明确具体性能点。对于罕遇地震来说，和结构推覆极限点相比，其对应的性能点位移发展空间较大，能够得出结构的位移安全性也较高。在进行最大楼层的角位移曲线计算时，层间位移角未发生明显的突变，结构也并未出现较为明显的薄弱楼层。在罕遇地震作用下，少数的下部楼层剪力墙发生的损伤较轻，只有个别楼层的剪力墙发生的损伤较为严重，一些耗能构件出现较为严重的损伤，甚至出现无法使用的问题。罕遇地震的速度峰值为多遇地震速度峰值的6.21倍，但罕遇地震下基底剪力是多遇地震下基底剪力的3.6倍左右，因此可以得出，罕遇地震作用下部分构件累积的损伤能够造成建筑整体刚度降低，从而出现塑性现象。

2.3隔震层位置选择

目前国内应用较多的隔震技术有基础隔震和低位层间隔震。隔震层初步考虑设置在地下室一层柱顶和地下室顶板顶。隔震支座设置在地下室一层柱顶，根据《抗规》第12.2.9条的规定，地下室柱子应采用隔震结构罕遇地震下隔震层底部的内力，进行承载力验算。地下一层柱子按照悬臂构件设计，承受上部高层传递下来的力，柱子断面难以满足刚度和承载力要求，首层柱子间需设置拉梁来增加整体刚度和减小柱底弯矩。地下室增设拉梁后，净高降低，地下室层高需提高，造价将大幅提高。同时，隔震层设置在地下一层柱顶，需按照整体多塔计算，受力复杂且不合理。隔震层设置在地下室顶板时，地下室一层柱子受到的地震力，将远小于隔震支座设置在地下室一层柱顶。地下室的柱子由地下室顶板、梁共同连接，形成的整体刚度将大于仅靠拉梁连接形成的整体刚度，地下室柱子断面可满足刚度和承载力要求。同时，将隔震层设置在地下室顶板，多塔可按照单塔计算，受力简单且合理。

2.4抗震技术的合理应用

在建筑短肢剪力墙结构的具体应用中，其底层位置的构件并不具备足够强的抗震性能。因此，在地震发生的情况下，短肢剪力墙底层的构件就很容易产生裂缝，进而让上层与底层之间的刚度比进一步加大。同时，随着建筑中楼层数量的增加，底层构件所具有的弹塑性也会呈现出逐渐降低的趋势，尤其是在高层或超高层建筑中，一旦地震发生，短肢剪力墙结构便很容易出现弯曲变形情况，严重时甚至会出现位置偏移现象，导致上层结构具有越来越大的刚度，整体结构的稳定性也会显著降低，甚至会出现建筑损坏或倒塌风险，对用户的生命和财产安全造成严重威胁。基于此，在短肢剪力墙技术的具体应用中，为实现其稳定性和抗震性，设计者一定要对其上层及其底部之间的侧移刚度比严格控制，并将剪力墙构造适当加强，以此来实现其整体结构抗震性能的进一步强化。在此过程中，设计者应利用专业知识、结合设计经验，通过合理的方法进行整体剪力墙结构的精确计算，使其设计值得到全面明确。为实现整体结构延性的进一步提升，设计者也可将短肢剪力墙截面上的纵向配筋数量适当加大。在此过程中，为进一步提升短肢剪力墙的承载力，设计者一定要做好其轴压比控制，并根据实际情况对剪力墙位置和间距进行合理调整。通过这样的方式，才可以有效确保整体建筑结构的稳定性与可靠性，实现其抗震性能的良好保障。

结语

建筑设施的规模越来越大，而且不断完善，建筑业在经济领域中占有重要的地位。在地震频发的环境下，加强对现代建筑结构抗震设计和加固处理是非常必要的，因此要不断创新和优化建筑结构设计，是保障人们生命财产安全的重点，更是建筑行业得以持续发展的关键。

参考文献

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[2]李秀芬，汪志纲.基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计探究[J].百科论坛电子杂志，2019，1：76～77.