性能下建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探析

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摘要：我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而日益提升。人們不再滿足建筑物僅給人們提供舒適的居住環(huán)境，而是對(duì)建筑物的安全抗震效果有著更高的標(biāo)準(zhǔn)。由于建筑物抗震效果的好壞直接關(guān)乎到在遇到危險(xiǎn)情況時(shí)是否能夠給人民提供安全的保障，只有保證我國(guó)建筑物的抗震效果達(dá)到嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)一步保證我國(guó)國(guó)民的生命安全。文章主要介紹基于性能的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)理論以及抗震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用，簡(jiǎn)要說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)階段抗震設(shè)計(jì)理論存在的一些問(wèn)題，并提出增強(qiáng)我國(guó)建筑物抗震設(shè)計(jì)的具體操作，希望能為我國(guó)業(yè)內(nèi)人士提供相應(yīng)的幫助。

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

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展以及人們生活水平的提高，對(duì)建筑物的質(zhì)量和抗震能力提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，建筑的設(shè)計(jì)單位開始逐漸重視抗震效果和抗震水平的進(jìn)一步提高，保證建筑物的抗震效果能夠達(dá)到小震不壞、中震可修、大震不倒的要求。建筑單位開始關(guān)注基于性能的建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，針對(duì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行及時(shí)排查，來(lái)保證建筑物的安全性和抗震性。

1抗震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

1.1主動(dòng)控制技術(shù)

主動(dòng)控制技術(shù)是指通過(guò)建筑物使用外部的能源來(lái)進(jìn)行增強(qiáng)建筑物本身的抗震效果。添加外力之后與地震所產(chǎn)生的作用力進(jìn)行有效對(duì)抗，形成一個(gè)反向的動(dòng)力，減少地震所帶來(lái)的強(qiáng)大推動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物的防震效果。主動(dòng)控制技術(shù)的工作原理是指建筑物在外部設(shè)立多個(gè)傳感器，通過(guò)對(duì)地震的反應(yīng)和激勵(lì)作用來(lái)進(jìn)行觸發(fā)響應(yīng)后，在科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的情況下，將信息進(jìn)行及時(shí)傳遞，計(jì)算出地震作用力的具體數(shù)值，再借助建筑外部的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)有效對(duì)抗地震作用力?，F(xiàn)階段我國(guó)所采用的主動(dòng)控制技術(shù)主要有防風(fēng)板、動(dòng)力脈沖設(shè)備、阻力設(shè)備等。

1.2被動(dòng)控制技術(shù)

被動(dòng)控制技術(shù)是指將建筑物內(nèi)部的系統(tǒng)支撐點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)張，形成一個(gè)小部分的結(jié)構(gòu)動(dòng)能增加?，F(xiàn)階段我國(guó)使用被動(dòng)形式的控制技術(shù)主要運(yùn)用在一些建筑物的減震、防震功能設(shè)計(jì)當(dāng)中。減震防震技術(shù)主要是將建筑物本身作為依托來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的內(nèi)部抵抗地震作用力的控制結(jié)構(gòu)，將地震產(chǎn)生的作用力通過(guò)科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行有效的作用力阻斷，減少地震給建筑物帶來(lái)的破壞性，最終實(shí)現(xiàn)建筑物有效防震的效果。現(xiàn)階段我國(guó)采用隔離震動(dòng)的設(shè)備包括了混合、隔離、支撐、擺動(dòng)等諸多設(shè)備技術(shù)。而消能減震技術(shù)主要是通過(guò)外部一些小的構(gòu)件來(lái)組成內(nèi)部系統(tǒng)的元件，通過(guò)這些小構(gòu)件來(lái)進(jìn)行阻隔地震所帶來(lái)的動(dòng)能。為了更好地對(duì)抗地震所帶來(lái)的動(dòng)能，一些地區(qū)采用阻力器，耗能元件來(lái)對(duì)抗小的震動(dòng)，風(fēng)和作用力來(lái)對(duì)抗震動(dòng)以提升整個(gè)建筑物的抗震強(qiáng)度。同時(shí)阻力器、耗能元件也會(huì)隨著地震的強(qiáng)度進(jìn)行改變，通過(guò)將地震所帶來(lái)的動(dòng)能進(jìn)行有效地吸收轉(zhuǎn)化來(lái)減少建筑物的晃動(dòng)頻率更好地保證建筑物能夠小震不壞、中震可修、大震不倒的抗震目的。

1.3混合控制技術(shù)

建筑當(dāng)中采用混合管理控制技術(shù)是有效的，將被動(dòng)控制技術(shù)和主動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行有效融合。通過(guò)管理者有效地進(jìn)行管理和科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，有效地將被動(dòng)技術(shù)和主動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，增強(qiáng)了建筑物內(nèi)部和外部的抗震效果。被動(dòng)控制技術(shù)適用性很強(qiáng)，主動(dòng)控制技術(shù)的抗震效果最好，但是兩者都存在缺陷，被動(dòng)控制技術(shù)容易出現(xiàn)檢測(cè)漏洞的問(wèn)題，而主動(dòng)技術(shù)則過(guò)于依靠外部的能量控制，且結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)建復(fù)雜，難以進(jìn)行有效普及。然而混合管理技術(shù)的抗震效果遠(yuǎn)高于單一使用主動(dòng)控制技術(shù)或者是被動(dòng)控制技術(shù)，所以我國(guó)很多建筑單位多采用混合管理技術(shù)來(lái)作為自身的抗震技術(shù)。

1.4半主動(dòng)控制技術(shù)

半主動(dòng)控制技術(shù)可以在建筑物面臨地震來(lái)臨時(shí)，通過(guò)對(duì)于自身結(jié)構(gòu)的控制，根據(jù)地震的作用力大小來(lái)調(diào)整控制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行對(duì)抗地震所帶來(lái)的作用力。這項(xiàng)技術(shù)不像主動(dòng)控制技術(shù)，過(guò)于依靠外部能源和力量，只需要建設(shè)一些弱電設(shè)施，就能夠有效保證建筑物的抗震效果。半主動(dòng)控制技術(shù)的使用對(duì)象是技術(shù)開關(guān)，以及有效控制弱電裝置的使用狀態(tài)和優(yōu)化對(duì)抗地震作用力的動(dòng)能。雖然現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)于地震來(lái)臨時(shí)的預(yù)防災(zāi)難的措施和技術(shù)還存在不足，但是我們可以通過(guò)提升建筑物本身的抗震水平，不斷優(yōu)化我國(guó)抗震技術(shù)，必然可以在未來(lái)有效地進(jìn)行預(yù)防地震，減少甚至是消滅地震對(duì)于建筑物的破壞（見圖1）。

2基于性能的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要理論

對(duì)于抗震設(shè)計(jì)，基于結(jié)構(gòu)性能的主要理論包括地震設(shè)防水平結(jié)構(gòu)、抗震性能目標(biāo)、結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)等。

2.1地震設(shè)防水平

建筑物的地震設(shè)防水平是指在設(shè)計(jì)整個(gè)建筑物圖紙的過(guò)程中對(duì)建筑物的建設(shè)環(huán)境和設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)考量。我國(guó)普遍采用“三水準(zhǔn)”地震設(shè)防水平作為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化的地震設(shè)防水平。雖然“三水準(zhǔn)”地震設(shè)防水平有效地給我國(guó)建筑提供了地震設(shè)防水平的標(biāo)準(zhǔn)，但是由于對(duì)不同等級(jí)的設(shè)防水平存在巨大的差異和問(wèn)題，使得第一級(jí)和第二級(jí)水準(zhǔn)的重現(xiàn)期和超越概率都存在很大差異，這使得建筑物的設(shè)計(jì)不僅增加了成本，而且還存在危險(xiǎn)性。

2.2抗震性能目標(biāo)

抗震性能目標(biāo)是指對(duì)于建筑物對(duì)抗地震所能達(dá)到的性能水平或者是等級(jí)。對(duì)于建筑物的性能目標(biāo)是要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡卣痤l率、人民居住的數(shù)量情況、土地的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、建筑所在地區(qū)的文化價(jià)值、社會(huì)效益等多種因素來(lái)進(jìn)行構(gòu)建的。結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)也是體現(xiàn)建筑物和當(dāng)?shù)貙?duì)于抗震設(shè)防水平和結(jié)構(gòu)性能水平的具體體現(xiàn)和綜合的反應(yīng)能力。

2.3結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)

結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)是指建筑物在面臨地震時(shí)最大能夠承受的預(yù)期損傷。2004年，我國(guó)相關(guān)的專家學(xué)者總結(jié)世界上對(duì)于地震的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，參考了大量的數(shù)據(jù)文獻(xiàn)，并結(jié)合我國(guó)實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)編寫了《建筑工程抗震設(shè)計(jì)性態(tài)通則》，并在該通則當(dāng)中對(duì)于我國(guó)建筑物的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)有明確的要求，標(biāo)志著我國(guó)對(duì)于建筑物的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)已經(jīng)與國(guó)際接軌。但是還有一些不足，在一些具體的性能和力學(xué)指標(biāo)上無(wú)法給出具體的標(biāo)準(zhǔn)和說(shuō)明。

3我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于抗震設(shè)計(jì)理論存在的一些問(wèn)題

3.1過(guò)于重視抗震結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，忽視性能建設(shè)

我國(guó)現(xiàn)階段許多建筑物的設(shè)計(jì)單位過(guò)于重視建筑物的整體承載能力以及抗震結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，忽視了由于外界和內(nèi)部等多種因素下對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)提升。而且許多設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)人員所學(xué)的理論中，都是過(guò)于強(qiáng)調(diào)建筑的主體結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)地震時(shí)的抗損能力，而忽視了許多微小細(xì)節(jié)對(duì)于控制建筑物損失的能力不足，而且還缺乏抗震損失的經(jīng)濟(jì)評(píng)估準(zhǔn)則。

3.2設(shè)計(jì)理念過(guò)于保守

我國(guó)許多設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念多是保守型，對(duì)于一些新技術(shù)和設(shè)備缺乏相應(yīng)的適應(yīng)能力，阻礙了新的科學(xué)技術(shù)和設(shè)施在我國(guó)建筑物抗震設(shè)計(jì)中的融入。而且許多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑的抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，缺乏對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工的了解以及對(duì)建筑性能的充分考慮，只是盲目地照搬過(guò)去一些抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行充分考察，就制定刻板的設(shè)計(jì)方案。3.3抗震指標(biāo)不清晰，理念不明確我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于建筑物的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法針對(duì)抗震效果的具體數(shù)值和規(guī)定都不甚明確。而且在一些地區(qū)的建筑單位建設(shè)者缺乏相應(yīng)的抗震知識(shí)和抗震的理念，對(duì)于建筑物建設(shè)完成后是否能夠建立抗震性能和抗震能力都無(wú)法進(jìn)行有效地自身判斷。

4增強(qiáng)建筑物抗震設(shè)計(jì)的具體操作

4.1設(shè)計(jì)過(guò)程中明確設(shè)計(jì)規(guī)則和方案

建筑單位在規(guī)劃建筑物的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要明確具體規(guī)則并對(duì)相應(yīng)建筑物的規(guī)劃進(jìn)行有效布置，通過(guò)對(duì)我國(guó)一些地區(qū)抗震數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)生地震的頻率，對(duì)建筑物的抗震效果做好相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)立平立面可以有效提升建筑物的抗震能力和減少地震對(duì)建筑物的破壞。所以建設(shè)單位要明確對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震規(guī)則，多從建筑物平立面的外形、測(cè)力承受力等角度進(jìn)行充分考慮。對(duì)于建筑物外部，要保證其對(duì)稱性和均勻性，減少不必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)建筑物的抗扭能力（見圖2）。

4.2設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮建筑物自身重量的問(wèn)題

建筑物在地震來(lái)臨時(shí)會(huì)造成巨大破壞，不僅是由于地震所帶來(lái)的動(dòng)力所引起的，還有可能是由于建筑本身的質(zhì)量問(wèn)題。因此，在對(duì)建筑物進(jìn)行具體開工前，保證地基等具體設(shè)施條件不變的情況下，盡可能減少建筑物本身的重量和增加其設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過(guò)對(duì)我國(guó)地震災(zāi)害的數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，土質(zhì)屬于軟土層的地區(qū)，如果建筑層數(shù)過(guò)高，建筑的結(jié)構(gòu)屬于頭重腳輕，地震對(duì)建筑物的破壞程度會(huì)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)同樓層的建筑。

4.3減少地震的能量輸入

建筑物抗震效果的具體體現(xiàn)就在于設(shè)計(jì)過(guò)程中能否對(duì)地震所帶來(lái)的最大破壞力提前預(yù)測(cè)，并對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)的形變能力做好提前的調(diào)整和規(guī)劃。對(duì)于建筑物的結(jié)構(gòu)形變數(shù)值，設(shè)計(jì)單位應(yīng)該對(duì)當(dāng)?shù)氐木唧w情況進(jìn)行充分調(diào)查以及對(duì)相應(yīng)的公式進(jìn)行有效運(yùn)算，來(lái)保證建筑物的形變能力能夠充分適應(yīng)地震的最大破壞能力，減少地震給建筑物帶來(lái)的能量輸入。

4.4抗震性能設(shè)計(jì)方法

提升抗震設(shè)計(jì)性能的方法主要有位移影響系數(shù)、直接位移設(shè)計(jì)等。位移影響系數(shù)法主要是通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)。做出最大期望位移值的判斷和設(shè)計(jì)，通過(guò)模擬地震作用力，整體判斷建筑物的抗震效果。直接位移設(shè)計(jì)法，通過(guò)對(duì)建筑材料的極限數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)期的位移判斷，來(lái)得到建筑物的抗震性能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。位移影響系數(shù)法無(wú)法具體展現(xiàn)建筑物某一層樓的損壞情況，是屬于整體性的大體評(píng)估。而直接位移設(shè)計(jì)法的局限性就是無(wú)法測(cè)量建筑材料極限數(shù)據(jù)之外的抗震效果。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上文的描述和分析，基于建筑物結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)新型的建設(shè)領(lǐng)域和技術(shù)，它與傳統(tǒng)的防震設(shè)計(jì)相比更具有科學(xué)性、系統(tǒng)性、適應(yīng)性和連貫性，能夠有效地提高我國(guó)建筑物的抗震體系構(gòu)建。政府和建筑單位必須要清楚地認(rèn)識(shí)到建筑物的結(jié)構(gòu)抗震效果以及建設(shè)水平高低，這直接關(guān)乎我國(guó)居民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。只有不斷地對(duì)我國(guó)建筑的防震設(shè)計(jì)和防震技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)，才能更好地保證我國(guó)居民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

作者:杜若紅 單位:蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院