建筑结构基于位移的抗震设计

(江苏省纺织工业设计研究院有限公司 江苏 南京 210008)

现阶段，随着国民生活水平的稳步提升以及人口的激增，对高层建筑提出了更加复杂的要求，致使建筑结构抗震设计也面临着更加严峻的挑战。而目前中国的地震频繁出现，人们为了自己的生命与财产安全，进而更加关注建筑的抗震性能，同时建筑设计师也变得更加重视基于位移的抗震设计。这种设计方法有很多优点，尤其是可以快速、准确的分辨出不安全的设计，而且还能给出一些解决方案，从而提高建筑结构的安全性及经济性。

1 建筑结构中基于位移的抗震设计要点

1.1 平面布置。平面布置应简单、规则、对称，尽可能避免复杂的布置，平面的刚度中心应尽量靠近质心，提高结构的抵抗扭转能力，以便减少地震的扭转破坏。而不均匀的平面刚度是引起扭转破坏的关键因素，而剪力墙是影响刚度均匀度的主要原因，故剪力墙必须均匀对称。同时平面上突出的建筑，也会发生局部扭转，故应将突出长度控制在允许范围内，无法避免时，可将剪力墙或井筒设置在其端部，以便减少其侧向位移，进而减少局部扭转。

1.2 竖向布置。竖向布置也必须均匀、规则，以防出现较大的内收和外挑，竖向抗侧力的结构构件应上下连续贯通，且结构的刚度和承载力应从下到上慢慢减小。剪力墙也是影响竖向刚度均匀性的关键因素。该类结构的底部刚度应增大，转换层上下的刚度应尽量接近，控制好转换层高度等。如果结构中顶部楼层比下部楼层收进，当收进高度与平面尺寸不当时，则会破坏上部结构，故应限制收进与外挑尺寸。

1.3 延性设计。延性是结构和构件屈服后，其承载能力不降低，且塑性变形足够的性能。通过延性结构发生的塑性变形，能将地震能力耗散，虽然会加大结构变形，而结构中的惯性力却不会快速上升，也不会再增大内力，所以，对其承载力要求可适当降低。延性结构设计经济、合理、安全，反之，如果结构具有较差的延性，则在地震中，容易被破坏，甚至会倒塌。

2 建筑结构中基于位移的一些抗震设计方法

2.1 延性系数法。以前研究中的延性系数法是指计算可资利用构件或结构的变形能力和其需求延性的方法，通过对比延性需求与可资利用延性，对结构的延性进行评价，并将其用在考虑扭转影响的基于位移延性结构的设计中。相关学者将其用在了框架构件变形能力的设计中。延性系数法实际上是通过建立构件的截面曲率延性系数或位移延性系数和混凝土极限压应变的关系，利用约束箍筋使核心区混凝土的极限压应变能达到要求，进而使构件的延性系数满足要求。该方法可以用于评估结构的抗震性能及抗震加固设计。

2.2 能力谱法。通过能力谱设计，可以节省抗震性能检测和结构优化时间，还能指导施工过程，设计可以重点从以下方面来展开：

(1)分析结构的非线性静力。在这一分析过程中，需要分别从水平和垂直方向来实施，找出其中存在的问题，可以优化、整改初期构建的模型，设计进入到确定方案的最终阶段，则需要全面考虑是否可以满足理想的使用标准，需要从局部方面，优化结构体系，以防出现影响质量安全的隐患因素。

(2)计算结构顶层的系数与振型参数。分析各种结构的震动系数，建立结构的安全震动标准。设计抗震参数时，应认真考虑结构的完善内容和建设区域地质灾害强度，促进工程结构稳定性的提高。计算参数时，应根据固定公式来进行，并正确判断建筑结构的受力情况是否合理，将材料的强度适当提高，利用优质的材料来避免影响建筑结构强度，同时也需要避免浪费建设原料。

2.3 直接基于位移的方法。直接基于位移的设计方法能结合不同的位移要求，全面考虑建筑结构的安全性和适用性。该设计方法通过位移的设计，能够充分明确有效的周期结构，并基于此，了解结构的实际刚度，进而了解建筑结构的基底剪力，然后结合分析使加固设计更具体。但是，因为该方法和基于力的设计方法的区别很大，因此，在进行研究时，会产生很大的工作量，而且必须足够仔细，使其与工程实践尽量接近。

3 结语

综上所述，基于位移的抗震设计将是未来抗震设计的方向。对于建筑工程，应掌握位移化抗震设计的具体要求，深入研究，提出易于实施、科学、合理的方法，进而真正实施基于位移的抗震设计。为此，研究与设计人员应加强对建筑结构抗震性的研究力度，不断完善基于位移的抗震设计，从而促进我国建筑行业的长足发展。