浅谈结构的抗震设计方法

张丹丹

江苏省建设工程设计院有限公司 江苏 南京 211100

1 引言

早期结构设计对地震自然灾害对建筑物的破坏是不可预计的，对于地震自然灾害的破坏调查及研究是很重要的一个环节，尤其08年汶川地震及10年玉树地震损失惨重，引起了业内对抗震设计的重视，并开展了大量的研究工作，修正了设计规范，为后续工程设计及对既有建筑的改扩建设计提供新的思路及方法。

2 结构的抗震设计

现在对于新建建筑，多提倡结构的概念设计，即从最初的直观判定建筑平面、竖向是否有明显的突变开始着手，尽可能的在建筑方案阶段减少对结构不利的薄弱布置，从全局把控，根据结构构件传力途径清晰明确、简单的原则对建筑进行结构构件的布置，更合理的注重结构刚度和强度的均匀性，然后再进行电算，对复杂的结构设置多道防线。一个好的结构方案的布置是会省去大量的电算时间，工程师也会对电算结果有一个整体的把控，从而使得整个设计图纸更合理。

抗震性能化设计是贯穿结构抗震设计始终的，并且是对概念设计的集中体现。比如抗震规范中提到的三水准目标，就是最基本的抗震性能设计。但随着城市人口的密集度越来越高，如发生大震，人员伤亡过多经济损失惨重，从前的以减少人员伤亡保证生命安全为主的抗震设防目标不在适用，应当考虑震后能保证基本的生活运转，减少经济损失，能对震后建筑的破坏程度有所控制，这就提出了多种性能目标的设计方法。

设防标准有所不同，同样的结构抗震性能目标也会有所不同。结构设计师根据甲方的要求（或根据自身的专业经验主动引导甲方），采用合理的抗震性能目标进行结构设计，建筑物在未来震后所遭受的破坏程度，哪种是甲方可以接受的，这就是给与甲方投资效益分析直观的参考，这使得社会和甲方在未来地震中能对结构的性能表现有所预期。

还有一种方法是主动的去减少地震对建筑物的破坏，就是对建筑物隔震和消能减震的设计。这种方法适用于都建筑物的使用功能有较高要求或甲方愿意增加经济投入的项目。在实际工程中，我们有时采用增加阻尼器的方式来达到耗能的目的，有时是对节点做法进行一些改变来达到耗能的效果。比如，在钢结构中，节点处地震力或位移较大时，我们通过改变螺栓孔的形状，使得构件连接点可以在狭长的孔内摩擦运动而达到耗能目的。在高层结构中，核心筒与外围框架间吸收的地震力不同，产生的位移就不同，这样会造成连接核心筒和外围框架间的梁计算不通过，往往设计师会加大这根梁的截面，去抵抗这些差异，其实换一种思路，相反减小这个梁的刚度，往往会能达到预期效果。这也是概念设计的一种体现，把传统的硬抗地震力的做法改为了以柔克刚的做法，巧妙的化解了地震力。

3 结构抗震设计在加固设计中的体现

上一节介绍了新建建筑的抗震设计，那么对于既有结构的加固设计也是如此，而且随甲方对建筑物使用功能的改变，其要求将很迫切，这为抗震概念设计在加固领域的应用创造了有利的条件。

既有结构的加固，大部分是建筑使用功能、及层数的改变，如办公楼改为监控中心，其荷载不同，且有时存在柱距的改变；两层办公楼要求加建一层改为三层办公楼，这就要对基础进行鉴定是否满足承载力要求。这些功能及层数的改变，即使这些建筑满足现行抗震规范的要求，但由于建筑使用功能的改变、建造时间长等因素而必须进行加固，这也是概念设计及性能化设计的体现。

甲方的变更对既有结构的加固设计提出了新的挑战，既有结构都是按照当时的现行规范进行设计，与当时的经济态势和研究水平相当的，但不同的甲方要求不同，比如有些业主对钢筋混凝土结构的轻钢屋面不慎欣赏，要求修改为钢筋混凝土屋面，那么节点的设计就尤为重要，这也是概念设计及性能化设计的体现。

既有结构的加固设计，有时建筑物能满足竖向荷载承载力要求，但是不满足水平地震验算的要求，传统的设计方法是加大构件截面以达到满足抗震验算的目的，这种做法往往会使结构构件看起来相当笨重，影响建筑的整体美观性及使用空间的局限性，换种思路，我们可以在局部节点处加以耗能构件达到目的。这样可以有效的降低传统方法中的混凝土及钢筋的使用量，施工简洁方便，既能节约材料成本和人工成本又可以使得建筑的净空不受影响，有时还能节省工程周期，一举多得。但增加耗能构件的做法在上部结构中使用广泛，但对于地基基础使用上并不是很多，操作较传统方法复杂。

4 结论

随着社会经济的发展和甲方要求的提高，在结构设计工作中，概念设计和性能设计方法被越来越多的设计师所接受并运用到实际工程中。不论在新建建筑的设计还是既有结构的加固设计中，都对结构设计师提出来更高的要求，不在是过去的一味依赖计算机计算结构，而是要从全局把握，要有清晰的结构概念，实时学习国内外新的设计理念，与时俱进，掌握其精髓，并能准确判断是否适用、应运用到什么结构体系的建筑物中，不得滥用、错用，做出合理的结构方案，在建筑物满足承载力及刚度要求的同时提高建筑物的延性，结合自身的专业经验正确的引导甲方，使得设计出的建筑物经受的起自然灾害的考验，也能满足甲方的高标准要求。