建筑机构设计抗震分析与措施

　　随着经济的快速发展，高层建筑越来越多，结构设计十分关键，尤其在一些地震多发地区，在结构抗震方面要求更高一些。本文对于建筑结构中有关防震设计的理念和措施。

　　《建筑创作》Architectural Creation(双月刊)1989年创刊，是北京市建筑设计研究院出版发行的建筑学专著。本刊讲述设计方面新闻专题，全面展现建筑文化特色，品位不同的艺术风格，体验国内外建筑特点，了解新型产品风格，是建筑设计学专业人士的专业性资料。

　　建筑物的抗震问题是目前建筑业的热点话题之一，大家围绕各种抗震结构的分析阐述自己的见解，抒发自己的观点，因为它直接关系到人民的财产和生命安全，平时，没有灾难时，看似无关紧要，但是一旦震灾来临，就面临生死攸关的大问题，因此，我们在对建筑物进行结构设计的时候，必须把正视建筑物设计的抗震问题，端正态度，积极主动地探索减震措施。

　　1. 建筑物对于抗震结构设计的基本要求

　　1.1 一个抗震结构体系由若干个分支系统组成，而且必须协同工作才能发挥优势，常见性的如框架--剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，缺少一个则不能构成上层体系。

　　1.2 强烈的地震不会只有一次主震，通常会伴随多次余震，而且其余震的威力往往较普通地震的威力有过之而无不及，这就要求我们不能依靠一道防线，防线一旦遭到破坏，则无法面临即将而来的余震，最终烦人结果只能是倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，设计者应该有意识地建立一系列分布的屈服区，这样在地震来临之时，可以分散压力，有意识地转移来自震源的力量。

　　1.3 构件的选择最主要的因素是构件的坚韧程度。

　　1.4 楼层的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值应该保持一个相对的平衡状态，一旦其中的一项产生突变，必定导致其他部分的力量转移。

　　1.5 要杜绝重局部，轻整体的情况。

　　1.6 加强薄弱环节的防震保护，不在地震来临时使其首当其冲。

　　2. 对建筑结构抗震措施的衡量标准

　　对于性能方面：一种是以损坏的程度来描述，另一种是以用途的重要性来描述的;将建筑中的各种危害层级和可能造成的损失碱性等级划分，从高到低的划分为几类，根据不同类别制定不同的标准来要求各个部分，在遭遇到相当层级的影响时，各个部分对于抗击震灾祈

　　祷自己所在层级相当的作用，承担相应的压力和风险，其按照按照层级的不同递增或者递减，而非简单的“一刀切”和平均化。具体执行和划分标准可参照现行《抗震鉴定标准》中的有关标准，尽可能的严格遵守，不越级。例如，结构抗力的高低，可用结构楼层的受剪承载力与设计地震剪力的比值，即楼层的受剪承载力与设计地震剪力的比值即楼层屈服强度系数来表征;结构变形能力的高低，可以采用量化的标准来表示，便于清楚的比照各项指标。现行的抗震能力的测试不外乎抗压力和变形能力的测试，因为对于建筑物来说，首先在地震来临时应该抗压，如若超出其抗压能力范围，则应想办法将其转移，转移其力量对于该支柱结构的直接伤害。在确定综合抗震能力的两个因素中楼层屈服强度系数的定量在现行的抗震设计规范中已经是现成的，可以根据结构构件的实际截面尺寸和配筋，取材料强度标准值按承载力计算的有关公式得到

　　3. 建筑结构设计的有效抗震措施

　　首先，建筑物结构悬挂隔震，将建筑物的全部或者一部分悬挂起来以隔离地震，就是我们常说的悬挂结构，名字很恰当地表达了它的特点，同时，我们也能很直接的感受到它的缺点和局限，即耗费的成本太大，和并不适合于普遍的推广，虽然是一种非常行之有效的方法，但是执行起来却是值得商榷的。一般情况下，大型的钢结构会采用此种措施。大型钢结构一般分为主框架和子框架，在悬挂体系中，子框架通过索链或者吊杆悬挂于主框架上，地震来临时主体框架虽然受到冲击，但是其子框架以及其他零部件是用近似于双节棍的链接方式与主体相连的，那么主体受到的冲击力在传送给子框架时就会减小很多，有益于保护子体框架。

　　2.1 地基隔震即隔震层设在基础以下的地基中。历史上曾采用糯米垫层或砂垫层隔震，也能取得一定效果。还有的用一层软粘土一层砂土，其间加入一层土工布，使地震波在地基中被多次反射吸收达到衰减的效果。但由于土的性状较难由人来控制，它常随自然条件而变更，因此效果不稳定。杭州市抗震办曾组织研制了一种改性沥青阻尼隔震垫，达到了良好的效果。

　　2.2 基础隔震是在基础与上部结构之间设置隔震装置，减小地震动往上部结构传递，降低上部结构的地震反应。该种隔震方法适用于体形规则的低层或多层建筑结构，用于高层建筑结构的效果较差(隔震结构延长了结构的自振周期)。基础隔震包括粘弹性隔震、滚轴(珠)滑移隔震、摩擦摆隔震、摩擦滑移隔震等多种形式，隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、基底滑移隔震装置、混合隔震装置等等，其减震效果可达8%～60%。

　　2.3 层间隔震是结构隔震与抗震相结合的一种方法，它是在原结构上安装由质量和隔震支座组成的耗能减震装置，地震时，耗能减震机构吸收并消耗地震能量，减小结构的地震反应。该方法适用于旧房加层、抗震加固，减震效果一般在10%～40%之间。虽然层间隔震的效果不如基础隔震，但它可利用结构的加层或原结构的隔热层，做适当的改建而达到减震的目的，简单易行，隔震装置采用橡胶支座。在上海，几栋高层建筑用此方法控制结构的第二振型反应，收到很好的效果。

　　2.4 悬挂隔震是将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地面运动传递不到主体质量，产生不了惯性力，从而起到隔震作用。它最具有代表性的是巨型刚框架悬挂体系，其结构分为主框架和子结构：主框架同一般框架结构;子结构采用索或吊杆悬挂，分布有主要质量，此体系可以有效地隔离主框架和子结构，减少地震作用的传递，控制结构的地震反应。因此，目前已经广泛被很多国家采用该方法在桥梁、火电厂锅炉架中应用广泛。著名的香港汇丰银行新大楼(43 层) 即采用此种方法隔震。

　　2.5 消能减震技术主要通过提高结构的附加阻尼来减少结构的地震反应。其应用十分广泛：不仅可用于新建结构的减震设计，也可用于现结构的抗震加固;适用于钢筋混凝土结构，更适合钢结构、高耸结构;一般应用于上部结构，也可应用于基础隔震建筑中的隔震层。消能减振技术是用特别设置的机构和元件将地震动的能量加以吸收耗散，以保护主体结构的安全。这比传统的依靠结构本身及其节点的延性耗散地震能量相比显然是前进了一步。但是消能元件往往与主体结构是不能分离的，而且常常是主体结构的一个组成部分，也不能完全避免主体结构出现弹塑性变形，因此它还不能完全脱离延性结构的概念。从另一方面考虑，减振消能也可以看作是增加结构阻尼的方法。消能减震技术的实际应用效果与所选用的消能装置关系较大，消能装置的种类繁多，主要有摩擦阻尼器、塑性消能器、粘滞阻尼器、磁流变阻尼器、形状记忆合金阻尼器等。从阻尼器的工作原理方面可分为滞回型和粘滞型两类，亦可称为位移相关型和速度相关型。

　　对于辅助类的装置，主要分为滞回型和粘滞型两种。主要有以下两种情况：其一，在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时，我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施，完成相应的工作。最迟也是在建筑物的施工过程当中，在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而，建筑物建成以后，若想加强防震能力的话，只有采取增添辅助器具的方式和方法了，在添加的时候注意与室内设计相结合，保证功能的同时兼顾室内设计的和谐感，在此基础上在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。可以尽量添加在不影响整体观感的位置。其二，随着人们安全意识的不断增强，对于防震避灾的重视，建筑结构设计也在不断更新中，以满足人们对于居所的规避自然灾害和风险的要求。设计师在从事设计的时候，依照上文的迹象建议，除了可以对建筑物的基础部分采用特殊处理之外，还可以借助外力的转移来保证人们的财产和省生命安全，这是我们从事设计的最终目的和最美好的愿景。

　　结语

　　经过众多的事例证明，这种方法已显示出优越的抗震性能。也带来了经济效益及社会效益。同时这些技术在实际应用中的不足，也需要我们在实际工作中不断地摸索及验证。

　　参考文献：

　　[1] 鹿钊恺.建筑结构抗震概念设计初探[J].建材世界，2010(5).

　　[2] 杭银龙，冯宏团.结构设计中的抗震措施与抗震构造措施[J].陕西建筑，2008(12).

　　[3] 袁建龙，石军辉.谈建筑结构的抗震加固[J].陕西建筑，2007(4)

《建筑机构设计抗震分析与措施》

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