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摘要：对当前建筑结构抗震设计中若干原则性问题进行讨论，提出：建筑结构抗震设计不适宜采用概率可靠度方法而更适合采用多安全系数设计方法；应以设防烈度地震即中震的地震动参数进行结构承载力设计，依 R-μ-T规律改进设计中的地震作用-延性等级组合；当结构的计算基底剪力不满足规定的最小基底剪力时，可以加大地震作用力，而不应该调整结构的刚度来加大地震反应；比较了巨型框架与普通框架结构的侧向刚度，说明巨型框架的侧向刚度远较普通框架差，不具备担一定比例地震作用剪力的必要刚度，而应令核心筒承担全部的地震剪力；我国现行规范对结构的层间位移角限值过于严格，分析其主要原因并建议大幅度放宽。
关键词：抗震设计；多安全系数；R-μ-T 规律；巨型框架；层间位移角限值
0引言
我国是世界上地震灾害最严重的国家之一。半个世纪以来，我国的结构抗震设计方法随地震学、动力学、结构分析和结构试验等的进步而从无到有，在强震观察、震害调查、学习和借鉴其它国家先进经验的过程中不断成熟。笔者长期从事建筑结构的设计工作，在学习和从事结构抗震设计的实践中有一些思考和心得，现结合自己的工程经验，对我国建筑结构抗震设计的若干原则性问题提出一些粗浅的看法，期望引起讨论。
1结构抗震设计中可靠度设计方法的适用性
强烈地震是破坏性很大但发生几率很小的小概率事件。我国是地震多发国家，大部分地区都受到破坏性地震的威胁。新中国成立以来，发生过 1976年7.8 级的唐山大地震和2008年8级的汶川大地震，造成了人民生命和财产的极大损失。同时，也应当看到，大多数抗震设防区的建筑物在其整个服役期间并未遭受较大地震的袭击。强震发生次数不多，在同一地区重复发生的机会更少，无从进行工程意义上的有价值的统计分析，由于其难以把握的不确定性，使可靠度设计方法失去最基本的依据。多安全系数设计方法要比可靠度设计方法更合适规范采［1］用”。这个结论用于结构抗震设计更为恰当。近年来，基于性能的设计方法引入抗震设计，中震作用甚至大震作用的分析更频繁地见诸初步设计文件和超限设计可行性报告，实际上已连可靠度方法的外壳也抛弃了。
2 采用设防烈度地震动参数进行 结构构件承载力设计
我国 GBJ 11—1989《建筑抗震设计规范》颁布并沿用至今的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则已经受了历史的考验，与当今世界上抗震设计较先进的国家如美国、日本、欧洲等大致相同。所不同的是，他们以设防烈度地震即中震的地震动参数进行构件的承载力设计，我国则以多遇烈度地震即小震作为设计依据。前者验算中震作用下结构构件的安全性，同时也就保证了“小震不坏”；后者辅加各种以小震作用组合及地震作用调整系数进行结构构件的承载力设计，满足较大安全系数的小震组合的承载力要求，也就保证了“中震可修”，从最终结果看，有安全度的高低，但并无原则性的差别。
但是，采用小震地震动参数有如下缺点：
（1）借鉴和学习其它国家的抗震设计的经验和方法是提高我国抗震设计水平的途径之一。决定结构构件抗震承载力安全度高低的主要因素有：地震作用的大小；结构材料强度的取值；安全系数的大小。
（2）与美、日、欧洲等国家的抗震设计原则类似。我国也以“中震”作为设防目标，但却用小震作用进行结构构件承载力设计，并又考虑了各种与抗震等级相关的内力增大系数。地震作用取值小，调整系数多，对应于给定可靠指标的、小至104103量级的失效概率不便于设计人员对结构总体及关键构件安全度的直观把握。
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3 依 R-μ-T 规律改进设计中的地震 作用-延性等级组合
地震因其极大的不确定性使得设计人员在结构抗震设计中常需要借助于经验及工程判断。然而，一些理论上及实践中均已经证明了的基本原则应该成为抗震设计方法的基石，R-μ-T 关系就是其中之一。R指地震作用折减系数，μ指结构的延性，T指结构的刚度。通俗地说，在满足一定的刚度需求的前提下，延性好的结构设计地震作用可折减多些，延性差的结构设计地震作用可折减少些，相应地提出不同的延性要求及对应的构造措施。以美国 UBC 1997 为例，以中震作用为设防目标，其折减系数包含了结构的延性及超强等因素，为 1 /2.5 1 /8 不等，地震作用折减多的（最多达 1 /8）需满足保证结构延性的一系列构造要求，体现了上述的 R-μ-T 原则。不幸是，地震反应谱、功率谱表明，恰恰是中、短周期的 中、低层建筑结构的地震反应更大。从实际震害看，也较少有高层、超高层建筑结构在地震中严重破坏、倒塌的报道，这当然不是巧合。为适当提高低烈度区结构的抗震安全性，使抗震设计更趋经济合理，可以调整抗震设计中的地震作用-延性等级组合。原则上，高烈度区结构的地震作用可折减多些，相应地提高其延性要求；低烈度区结构的地震作用可折减少些，相应的构造措施可以适当放松。
4不应调整结构刚度来满足规定的最小基底剪力要求
建筑结构对刚度的需求出于以下几方面考虑：
避免强震时非结构构件如玻璃幕墙、内隔墙等因结构过大的变形而破坏；避免结构过大的变形影响电梯等设备的正常运行；避免强震时结构过大的侧向变形加剧 P- 效应，恶化结构的受力；避免在较大风荷载作用下建筑物产生令人不舒服的低频振动。从一般抗震结构的适宜刚度原则出发，在满足上述要求的前提下，结构应当做得相对柔一些以 减少地震作用反应。
倘若由于采用比实际地震时小得多的地震作用作为结构构件设计的依据而没有把握，需要结构承担必要的、最低限度的地震作用，这不难理解；与此相反，如果要求加大结构的刚度来增加作用于其上的惯性力也即地震作用，就未免本末倒置了。很容易举出实际上可能存在的工程实例作为反证。例如，某位于上海地区类场地的超高层建筑结构各项控制性指标均满足相关规范的要求且有一定的富余，剪重比即最小地震作用也恰好满足要求；如果将其置于风荷载相似、抗震设防烈度同样是 7 度的广州地区，虽然场地的工程地质情况远好于上海地区，但结构却不满足最小地震作用要求。于是就有此不合理的情况出现：地质条件较好、结构地震反应较小、位于广州地区的超高层建筑，尽管结构的其它各项控制性指标均满足规范要求且富余量更多，却要再加大梁、柱、核心筒等构件的截面尺寸来增加结构的刚度，加大结构的地震作用反应来满足最小地震作用要求。
5 带伸臂加强层的巨型框架-核心筒结构中的框架剪力调整
带伸臂加强层的巨型框架-核心筒结构是一种抗震、抗风性能优良、适用于超高层建筑的结构型式。其受力特点为：加强层伸臂桁架及与其连接的巨柱、核心筒弯曲刚度极大，近乎满足平截面假定，侧向荷载作用产生的转角引起巨柱的拉伸和压缩，由于巨柱间力臂较大，从而提供了巨大的抗倾复力矩，大大减少核心筒承担的倾复力矩。与此同时，由于巨型框架的侧向刚度大致与伸臂加强层的间距成三次方为反比例关系，故其侧向刚度很小，核心筒需承担全部的水平剪力。此外，建筑物的全部重量集中于核心筒及为数不多的几根巨柱上，巨柱的竖向荷载较大，在大风及强震作用下一般不出现拉力，从而提高了结构的整体抗倾覆稳定性。
参考文献：
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[2]包世华，方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社，1985.
[3]徐培福，傅学怡，王翠坤，等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
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[5]徐培福，薛彦涛，等.带转换层型钢混凝土框架-核心筒结构模型拟静力试验对抗震设计的启示[J].土木工程学报，2005（9）.
论文作者:马兰英
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/9/26
标签：结构论文; 作用论文; 刚度论文; 延性论文; 烈度论文; 建筑结构论文; 构件论文; 《基层建设》2016年13期论文;