小議現代建筑與防震技術

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1.高層建筑剪力墻應用

現代建筑的特點是高層建筑很多，而剪力墻發揮很大的作用，具有較好的抗震性。一般來說，剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。剪力墻結構是一個完全由剪力墻抵抗水平荷載的結構，可作為設備井的墻體，也可作為電梯井、樓梯問的墻體或房間的內隔墻。由于其平面內剛度和強度都很大，非常適用于35層以下需設支撐的建筑，同時又可以承擔重力荷載。

高層剪力墻結構體系建筑中，剪力墻常需開有排列整齊洞口。其受力特點、內力分布情況和變形狀態與其所開的洞口大小和數量有直接的關系。在近似計算中分為整體墻、小開口整體墻、聯肢墻和壁式框架。剪力墻結構體系的優點：（1）剛度大。因而側移小，非結構構件破損小，斷水、斷電、火災等次生災害小，維構次生內力如N—A效應等幾何非線性問題小，彈塑性穩定性問題不突出。（2）抗扭剛度大。只要布置得當，整體及層問扭轉小。（3）以彎曲變形為主，延性可滿足抗震設計要求。如采取適當措施如“人工塑性鉸”，延性還可提高。（4）截面大，抗剪強度高。（5）在受荷全過程中，性能變化小。

2.鋼結構建筑分析

現根據空間組成和規模大小初步形成了幾種類型，包括低層輕鋼結構、多層純鋼結構和多高層鋼混結構等?？偟脕碚f，鋼結構建筑有許多優良的特性。有很好的的抗震、抗風性能。鋼結構整體剛性好、強度高、重量輕、變形能力強，建筑物自重僅是磚混結構的1/5，抗震性能是磚混結構的2倍以上，并有很強大抗風性能，使生命財產能得到有效的保護。多層鋼結構使施工速度快，建筑布局限制小。其結構都是由多層水平的樓蓋和豎向的柱、墻等組成。樓蓋主要承受豎向荷載，而豎向的柱、墻等構件因為建筑高度的變化，其組成方式及受力變形特性一結構體系也有明顯的變化。框架、剪力墻及筒體是結構中抵抗豎向及水平荷載的基本單元，由它們及其變體組成了各種結構體系，如框架結構體系、框架一支撐結構體系、框架一剪力墻體系、框架一筒體結構體系、交錯析架結構體系等。

（1）純框架結構框架結構因為其空間靈活性較大，很早就被應用在住宅中。它可以組成大開間，充分滿足建筑布置上的要求。鋼材強度高剛度大，當采用與鋼筋混凝土結構相同的開間和進深時，梁柱的截面將減小一半左右，增加了房間的使用面積和凈空，當二者截面積相同時，鋼框架的跨度增加很多，擴大房間的采光面積。

（2）框架-剪力墻該體系是以框架體系為基礎沿其柱網的幾個主軸方向，通常是沿建筑平面的縱向、橫向或斜向，在框架間布置一定數量的剪力墻所形成的結構體系。在框架間設置的剪力墻，可以是現澆鋼筋混凝土剪力墻，也可以是帶豎縫鋼筋混凝土墻板。在平面位置上，剪力墻的布置應盡量符合“分散、均勻、對稱、靠邊”四準則。

（3）框架支撐結構框架支撐體系在鋼結構住宅中應用比較多。由于住宅結構中橫向剛度一般不容易滿足抗側移，因此需要加設支撐，規范建議在兩個方向采用同樣的結構體系，因此縱向一般要加設支撐，實際工程中由于在縱向加支撐使得建筑的布置不方便，因此也有不加設縱向支撐，只在橫向加支撐。

3.現代抗震性的靜力彈塑性分析

3.1基本概念

靜力彈塑性分析方法是近年來在國內外得到廣泛應用的一種結構抗震能力評價的新方法，是實現基于性能、位移抗震設計方法的關鍵之一，其主要用于已有建筑的抗震鑒定和加固，以及新建結構設計方案的抗側能力分析。它既能夠對結構在多遇地震下的設計進行校核，也能夠確定結構在罕遇地震下潛在的破壞機制，找到最先破壞的薄弱環節，從而使設計者僅對局部薄弱環節進行修復和加強；對于多遇地震的計算，可以與彈性分析的結果進行驗證，看總側移、層間位移角和各桿件是否滿足彈性極限要求；對于罕遇地震的計算，可以檢驗總側移、層間位移角和各個桿件是否超過彈塑性極限狀態，滿足大震不倒的要求。

3.2分析方法

彈塑性變形分析，可根據結構特點采用靜力彈塑性分析，靜力彈塑性分析主要是指Pushover方法。各種pushover分析法的步驟有各自的特點，但是其基本步驟相同：

（1）確定各個構件的單元初始剛度矩陣或者根據前一步力一變形關系確定的單元彈塑性剛度矩陣，然后確定結構總剛度矩陣K；（2）根據第一步所確定的結構總剛度矩陣計算由豎向荷載作用產生的各個構件初始內力和變形；（3）選取水平加載模式，單調增加水平加載力的大小，求取水平荷載作用下結構的內力和變形，組合豎向和水平荷載作用下結構的內力和變形；（4）根據構件的內力和變形確定構件的物理參數是否被修改，若無構件物理參數被修改，轉入（3）循環，若有構件物理參數被修改，記錄結構底部剪力和結構代表變形，轉入（1）循環；（5）當結構達到目標位移，構件達到極限彎矩（或剪力）或者結構形成獨立的機構，終止計算過程。無論是在結構構件層面還是從結構整體層面它都能對其抗震性能做出很好的預測。

3.3ETABS計算機分析

ETABS是由CSI公司開發研制的房屋建筑結構分析與設計軟件，是美國乃至全球公認的高層結構計算程序，可以進行PO分析。應用ETABS進行非線性分析需要時間與耐心。每個非線性問題都不一樣，從簡單開始并逐步完善。確保模型性能在線性荷載與模態分析下如所期望的那樣，寧可起始在預期為最大非線性域中逐步添加鉸，也不在起始就到處使用鉸。使用不丟失主構件強度的鉸模型開始；可在以后修改鉸模型或重新設計結構。執行沒有非線性幾何形的初始分析。添加P－Δ效應，最終很有可能導致大面積的破壞。以適度目標位移和有限制的步驟數量開始。在開始時，目標應是快速執行分析，以便可得到建模的體驗。然后進一步遵循真實世界結構路徑的限制。需要注意的是，SAP2000、ETABS等程序目前只能對框架結構進行POA分析，對于帶剪力墻的結構只能人為簡化為桿系模擬。如何完善其計算仍舊是我們需要努力探討的問題。但是隨著計算機技術的不斷發展，相信在不久的將來POA方法一定會煥發更為強大的生命力。