强震高烈度区建筑结构动力灾变性演化基础

王泽涛 刘树越 姜心怡

摘要：我国是时间上受地质灾害最严重的国家之一，地震对国家和人民都造成了严重的损失，因此以地震带的高层建筑结构体系为研究对象，本项目设施方案以研究建筑在墙震高烈度区结构的变化。 关键词：高层建筑抗震设计;强震高烈度区;建筑结构动力灾变性能演化

引言

我国疆域辽阔，人口众多，城市化进程的加快需要相应的基础设施，高层建筑群拔地而起，公路桥梁星罗棋布。提高重、大结构的抗震安全性能，实现“大震不倒”，是土木工程科研立项的一项重要课题。我国目前的结构抗震计算主要采用反应谱方法与动力时程分析，设计指导原则为“二阶段设计，三水准设防”，设计思想是利用结构自身的承载力与弹塑性变形抵御地震作用，通过设计引导破坏形态。工程实践表明，这一方法理念显其不足。 传统的抗震设计需要结构提高其强度、刚度与延性。强度与刚度的提高需要增大结构构件的截面与配筋，结构的自重增加导致其地震惯性力变大。对于特殊的建筑物，延性使得其中的重要设施遭受破坏。

探索结构作用的机理，构建先进的设计理念，提高结构的抗震能力是业界追求的目标，本项目以此立项，对于完善高层建筑结构的抗震设计理论，指导工程实践，保证基础设施及生命线工程的全寿命设计及震后恢复功能具有重大的现实意义。

构造特点以及材料组成对建筑抗震影响

近些年来，在我国的多数地区都发生过强震灾害，让国家和人民损失严重。建筑结构对于抗震设防有着巨大的作用。由于结构在地震灾害中不能够承受过多的地震作用，而产生巨大的结构破坏，甚至倒塌。其主要原因是整体性以及延性不足所造成的。整体性是结构在整个承受地震作用的过程中构件配合作用，保持对竖向荷载的支撑作用。而延性与脆性是相对的，延性破坏属于可以恢复的破坏范畴。各种类型结构均可以根据组成材料的性质及其构造上的特点来采取不同增加延性与整体性的措施。下面举几种常见的结构形式对其在地震作用中的性能简要讨论一下。

一、材料组成

钢结构

优质的钢结构具有良好的延伸性、能够有效将震动时发生的波动抵消掉。利用其所具有的高延性，可以提升其在地震中的抗震能力。钢结构通过自身的塑性变形特点，达到吸收和消耗震动过程中，抵抗强烈地震的能力。在钢结构建筑中，用的较多钢结构框架体系有纯框架结构、中心支撑结构、偏心支撑结构等。纯框架结构延性和抗震性能比较好，但是由于抗侧刚度比较差，一般不太适合用于层数比较高的建筑。以中心支撑的钢结构框架结构抗侧刚度大，适用于层数较高的建筑。由于一些钢结构支撑构件，具有的滞回性能较差，对于耗散的震动的能量有限，抗震性能没有钢结构纯框架的性能好。钢结构的框架偏心支撑结构，还可以通过偏心连梁进行剪切，达到耗散地震的能量，保证通过钢结构框架的支撑不丧失稳定，这种抗震性能的效果，优于中心支撑的钢结构框架，并且其弹性阶段的刚度也接近中心支撑框架。如果采用能与钢结构框架抗侧刚度相匹配含有钢板的剪力墙，还有带竖缝剪力墙的钢结构代替支撑，可以构成具有钢结构框架的抗震墙板结构，其抗震的性能强于由钢结构框架构成的中心支撑结构。当房屋建筑的刚度要求更高时，一般都可以采用沿着建筑周边，有秩序地进行设置一些密柱深梁框架，来构成钢结构的框筒结构。这样设计安装的框筒结构抗侧刚度大，能够起到具有良好抗震性能的效果。

钢筋混凝土结构

我国目前的建筑多采用钢筋混凝土结构，但由于混凝土的抗压能力远小于它的抗拉能力，所以钢筋混凝土结构的具有很高的强度，但其抗拉能力较差，所以在抗震方面需多在提高抗拉能力上下功夫。钢筋混凝土作为我国民用建筑中一种常用的结构，而在结构抗震设计中，实现延性框架是其主要方式。延性框架的设计概念主要分为三个方面：一、通过承载力与建筑物构件之间的相对大小，实现有一定效果的屈服机制，即“强柱弱梁”、“强墙弱肢连梁”等其他方式。二、通过调整建筑物构件正面承载力和斜面承载力之间的相对大小，从而实现延性破坏形態。三、通过设计抗震构件，是建筑物的构件自身的抗争能力大大提高。钢筋混凝土结构作为我国主要的建筑结构，建筑物的高度越高，它对抗震能力的要求也就越高。因此，在抗震设计对延性框架的要求也就越高，通过分析该地区的地震强度和建筑物的高度及其他性能，来选择合适的延性框架，以到“小震不坏、中震可修、大震不到”的要求。

二、构造特点

框架结构

大多数框架结构建筑物在遭受地震等自然灾害时都经历了相当大的非弹性变形，而钢筋混凝土框架结构在通过合理的设计后会依靠延性来抵抗地震作用下的非弹性变形。地震以地震波的形式快速从震源向四周传播，强烈的震动会使建筑物的基础和上部结构产生不规则的震动和变形，使结构内部的应力突然变大，当震动和变形超过一定极限之后，就会造成墙体产生裂缝、结构局部破损甚至倒塌的风险。钢筋混凝土框架的优点之一是可以通过设置内部钢筋的布设来进一步控制结构的性能。合理的配筋、梁柱端加密区、节点配筋都可以让结构有更好的变形能力和水平荷载承载力，还可以节省材料，便于施工。在发生地震条件下，钢筋混凝土框架结构还可以减小震动带来的惯性力，吸收更大的动能，降低动力反应，减轻地震对结构的破坏能力。框架剪力墙结构在设计上使它们的刚度和延性相匹配也可以提高构件的利用效率和抗震可靠性，各构件同步协调的发挥材料抗性增加结构的整体稳定性，在抗震性能上起到了良好的互补作用。

结语

建筑结构抗震加固设计及安全施工措施在建设工程中的意义重大，地震灾害防御是地震发生前必须做的防御性工作。震害防御其中工程性防御措施是减轻地震灾害最主要的途径。工程性抗震需要根据建筑的材料和构成做为必要前提，工程性防御措施是用工程的抗震设防和抗震加固来完成防御建筑物、构筑物遭受地震破坏，减轻地震灾害的措施。由于建筑物、构筑物破坏、倒塌造成的巨大的人员伤亡。因此，对各种建筑物、构筑物依法进行相应的抗震设防，使其在破坏性地震中不损坏、不倒塌，是避免人员伤亡的关键。首先可以充分保障人民的生命财产安全，有利于有利于维持社会的稳定，对于实现美丽中国，和实现中国梦有重大意义其次对于促进建筑在抗震方面技术和理念的创新发展有重要意义。

参考文献：

[1]吕丽丽.浅谈框架结构的抗震性能.中国房地产业：理论版.

[2]万利军.论结构抗震的几种方法[J].山西建筑，2006.

作者简介：

王泽涛，2002，山西长治人，现就读于山东农业大学水利土木工程学院土木工程专业。

姜心怡，2001，山东潍坊人，现就读于山东农业大学水利土木工程学院土木工程专业。

刘树越，2002，山东新泰人，现就读于山东农业大学水利土木工程学院土木工程专业。