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陈文新
（湛江市城建设计院,广东 湛江 524000）摘 要：地震的危害巨大,因此建筑物的抗震性能显得尤为重要.随着人们对建筑产品要求的提高,各种新结构建筑逐渐增多,采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计,是可行有效的一条路径.文章介绍了地震区建筑结钩抗震体系的演变,对结构选型等问题进行了分析,并探讨了基于性能的结构抗震概念设计.
关键词：建筑结构；抗震设计；抗震体系；结构选型；概念设计；非线性反应
中图分类号：TU352 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）16-0131-02
一、抗震设计思路
结构抗震设计思路经历了一系列变化,我国抗震设计规范（GB50011-2001）规定建筑结构在抗震设计时,应遵循三个水准的抗震设防目标,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”.在这种设计思想下,结构抗震设计已经经历了刚性设计、柔性设计、延性设计和结构控制设计4个阶段.随着对结构非线性性能的研究,人们发现设计结构所取的地震作用只是赋予结构一个基本屈服承载力,当发生更大地震时,结构的控制部位进入屈服后非弹性变形状态,并靠其屈服后非弹性变形能力来承受地震作用.从而形成了结构在一定水平地震作用下进入屈服,并达到屈服后非弹性变形状态来耗散能量的现代抗震设计理论.
现代抗震设计思路,其主要内容是：合理选择确定结构屈服水准的地震作用.先以具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值（中震）,再以通过地震力降低系数R得到的设计用地面运动加速度（小震）来进行结构的强度设计,从而确定结构的屈服水准；采取有效的抗震措施满足结构设计时的对应的延性能力.
二、建筑结构抗震性能分析
地震的危害巨大,建筑物的抗震性能显得尤为重要.在抗震研究中对结构抗震性能进行分析是一项重要内容,非线性时程分析法和非线性静力分析法是目前常用抗震分析方法.
针对结构非线性反应的非线性时程分析法（非线性动力反应分析）,经历了从建立在层模型或单列梁柱模型上的方法到建立在截面多弹簧模型上的方法,再到建立在截面纤维滞回本构规律的纤维模型法,这使得模拟的准确程度不断提高.其基本思路是通过一系列数值方法来建立和求解动力方程,从而得到结构各个时刻的反应量.但对地震特点和结构特性的假设,使其结果存在不确定性,其主要价值是用来考察地震作用下普遍的而非特定的反应规律,以及对抗震设计后的结构进行校核分析,评估其抗震性能：非线性静力分析法（pushover）是近年来得到广泛应用的一种结构抗震能力评估的新方法.这种方法从本质上说是一种静力非线性计算方法,但它将反应谱引入了计算过程.其根本特征是用静力荷载描述地震作用,在地震作用下考虑结构的弹塑性性质.它的基本 思路是先以某种方法得到结构在地震作用下所对应的目标位移,然后对结构施加竖向荷载,并将表征地震作用的一组水平静力荷载以单调递增的形式作用到结构上,在达到目标位移时停止荷载递增,最后在荷载中止状态对结构进行抗震性能评估,判断是否可以保证结构在该地震作用下满足功能需求.
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三、结构抗震概念设计
由于地震作用的随机性、复杂性、间接性和偶然性,尤其在高层建筑中结构自振周期、材料性能、阻尼变化和基础差异沉降等因素的影响,使结构在地震作用下表现出极大的复杂性和计算假定与实际情况的不符,且目前各国所制定的抗震设计规范差异较大,甚至反映在定性分析上其结论完全相反,使计算结果差距很大.因此,在结构的抗震设计上不能完全依赖计算设计,在很大程度上,结构抗震性能的决定因素是良好的概念设计.概念设计即通过对建筑物的总体结构体系进行控制,选用体型简单、规则,平面对称,抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀的方案,设计出抗震性能良好的建筑.同时,概念设计还考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性、非结构构件与主体结构的关系及二者之间的锚拉、材料与施工等.
建筑物的体型是否对抗震有利是抗震设计首先遇到的问题.为此,应做到以下几点：
(一)建筑形状应力求规则和简单
通常认为简单的平、立面图形是方形或圆形的,而复杂的图形是有凹角的,容易造成有应力集中或变形集中的薄弱环节.如墨西哥城在1985年9月地震中,不少三角形建筑均遭到严重的破坏.从结构角度而言,平面形状是三角形的结构迎风面较大,在水平风力作用下,它受力的效果,即抗弯曲变形和抗侧移的能力比圆形、椭圆形、正方形、正多边形、十字形、工字形、口字形等平面形式的高层建筑要弱很多,而使得建筑物安全性较差.
(二)建筑结构尽量对称,尽可能满足建筑竖向均匀性
均匀性问题存在于建筑的竖向布置中,布置不均匀的结果产生了刚度、强度的突变,引起竖向的应力集中或变形集中,以致在中小型地震中损坏,在大震时倒塌.例如,由于结构竖向不规则,上部结构刚度与底层结构刚度比较大,形成所谓“鸡腿”建筑,地震时底层完全倒塌而上部结构基本完好；结构中部某一层刚度、承载力突变,则可能形成薄弱层或软弱层,地震时这一层的塑性变形过大,超过结构的变形能力或承载力,引起结构构件的严重破坏,楼层塌落,结构倒塌；结构顶部收进较多或顶部刚度很小,由于地震的鞭梢效应使结构顶部变形过大而导致破坏.
四、基于性能的结构抗震设计思想
随着社会的不断进步,人们逐渐认识到,在现代化充分发展的今天,再单纯强调结构在地震中不严重破坏和不倒塌,已不是一种完善的抗震思想,不能适应现代工程结构抗震的需要.在这样的背景下,美国和日本学者提出了基于性能的抗震设计理念.基于性能的抗震设计的基本思想,就是要使设计出来的结构在未来的地震发生时,能够达到各种选定的性能目标,包括结构进入非弹性阶段后损伤控制目标.其基础和关键工作是性能目标的确定,它包括设定地震水准、定义性能水准和选择性能目标.
五、结语
建筑结构的抗震是非常有必要,也是非常重要的一个方面,随着人们对建筑产品要求的提高,各种新结构、不规则结构和超出规范适用范围的结构会逐渐增多,在没有规范可供遵循的条件下,采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计,并通过专家论证,也是可行、有效的一条路径.
作者简介：陈文新（1968-）,女,湛江市城建设计院工程师,研究方向：结构设计.
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