小议现代建筑与防震技术

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1.高层建筑剪力墙应用

现代建筑的特点是高层建筑很多，而剪力墙发挥很大的作用，具有较好的抗震性。一般来说，剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构是一个完全由剪力墙抵抗水平荷载的结构，可作为设备井的墙体，也可作为电梯井、楼梯问的墙体或房间的内隔墙。由于其平面内刚度和强度都很大，非常适用于35层以下需设支撑的建筑，同时又可以承担重力荷载。

高层剪力墙结构体系建筑中，剪力墙常需开有排列整齐洞口。其受力特点、内力分布情况和变形状态与其所开的洞口大小和数量有直接的关系。在近似计算中分为整体墙、小开口整体墙、联肢墙和壁式框架。剪力墙结构体系的优点：（1）刚度大。因而侧移小，非结构构件破损小，断水、断电、火灾等次生灾害小，维构次生内力如N—A效应等几何非线性问题小，弹塑性稳定性问题不突出。（2）抗扭刚度大。只要布置得当，整体及层问扭转小。（3）以弯曲变形为主，延性可满足抗震设计要求。如采取适当措施如“人工塑性铰”，延性还可提高。（4）截面大，抗剪强度高。（5）在受荷全过程中，性能变化小。

2.钢结构建筑分析

现根据空间组成和规模大小初步形成了几种类型，包括低层轻钢结构、多层纯钢结构和多高层钢混结构等。总得来说，钢结构建筑有许多优良的特性。有很好的的抗震、抗风性能。钢结构整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强，建筑物自重仅是砖混结构的1/5，抗震性能是砖混结构的2倍以上，并有很强大抗风性能，使生命财产能得到有效的保护。多层钢结构使施工速度快，建筑布局限制小。其结构都是由多层水平的楼盖和竖向的柱、墙等组成。楼盖主要承受竖向荷载，而竖向的柱、墙等构件因为建筑高度的变化，其组成方式及受力变形特性一结构体系也有明显的变化。框架、剪力墙及筒体是结构中抵抗竖向及水平荷载的基本单元，由它们及其变体组成了各种结构体系，如框架结构体系、框架一支撑结构体系、框架一剪力墙体系、框架一筒体结构体系、交错析架结构体系等。

（1）纯框架结构框架结构因为其空间灵活性较大，很早就被应用在住宅中。它可以组成大开间，充分满足建筑布置上的要求。钢材强度高刚度大，当采用与钢筋混凝土结构相同的开间和进深时，梁柱的截面将减小一半左右，增加了房间的使用面积和净空，当二者截面积相同时，钢框架的跨度增加很多，扩大房间的采光面积。

（2）框架-剪力墙该体系是以框架体系为基础沿其柱网的几个主轴方向，通常是沿建筑平面的纵向、横向或斜向，在框架间布置一定数量的剪力墙所形成的结构体系。在框架间设置的剪力墙，可以是现浇钢筋混凝土剪力墙，也可以是带竖缝钢筋混凝土墙板。在平面位置上，剪力墙的布置应尽量符合“分散、均匀、对称、靠边”四准则。

（3）框架支撑结构框架支撑体系在钢结构住宅中应用比较多。由于住宅结构中横向刚度一般不容易满足抗侧移，因此需要加设支撑，规范建议在两个方向采用同样的结构体系，因此纵向一般要加设支撑，实际工程中由于在纵向加支撑使得建筑的布置不方便，因此也有不加设纵向支撑，只在横向加支撑。

3.现代抗震性的静力弹塑性分析

3.1基本概念

静力弹塑性分析方法是近年来在国内外得到广泛应用的一种结构抗震能力评价的新方法，是实现基于性能、位移抗震设计方法的关键之一，其主要用于已有建筑的抗震鉴定和加固，以及新建结构设计方案的抗侧能力分析。它既能够对结构在多遇地震下的设计进行校核，也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制，找到最先破坏的薄弱环节，从而使设计者仅对局部薄弱环节进行修复和加强；对于多遇地震的计算，可以与弹性分析的结果进行验证，看总侧移、层间位移角和各杆件是否满足弹性极限要求；对于罕遇地震的计算，可以检验总侧移、层间位移角和各个杆件是否超过弹塑性极限状态，满足大震不倒的要求。

3.2分析方法

弹塑性变形分析，可根据结构特点采用静力弹塑性分析，静力弹塑性分析主要是指Pushover方法。各种pushover分析法的步骤有各自的特点，但是其基本步骤相同：

（1）确定各个构件的单元初始刚度矩阵或者根据前一步力一变形关系确定的单元弹塑性刚度矩阵，然后确定结构总刚度矩阵K；（2）根据第一步所确定的结构总刚度矩阵计算由竖向荷载作用产生的各个构件初始内力和变形；（3）选取水平加载模式，单调增加水平加载力的大小，求取水平荷载作用下结构的内力和变形，组合竖向和水平荷载作用下结构的内力和变形；（4）根据构件的内力和变形确定构件的物理参数是否被修改，若无构件物理参数被修改，转入（3）循环，若有构件物理参数被修改，记录结构底部剪力和结构代表变形，转入（1）循环；（5）当结构达到目标位移，构件达到极限弯矩（或剪力）或者结构形成独立的机构，终止计算过程。无论是在结构构件层面还是从结构整体层面它都能对其抗震性能做出很好的预测。

3.3ETABS计算机分析

ETABS是由CSI公司开发研制的房屋建筑结构分析与设计软件，是美国乃至全球公认的高层结构计算程序，可以进行PO分析。应用ETABS进行非线性分析需要时间与耐心。每个非线性问题都不一样，从简单开始并逐步完善。确保模型性能在线性荷载与模态分析下如所期望的那样，宁可起始在预期为最大非线性域中逐步添加铰，也不在起始就到处使用铰。使用不丢失主构件强度的铰模型开始；可在以后修改铰模型或重新设计结构。执行没有非线性几何形的初始分析。添加P－Δ效应，最终很有可能导致大面积的破坏。以适度目标位移和有限制的步骤数量开始。在开始时，目标应是快速执行分析，以便可得到建模的体验。然后进一步遵循真实世界结构路径的限制。需要注意的是，SAP2000、ETABS等程序目前只能对框架结构进行POA分析，对于带剪力墙的结构只能人为简化为杆系模拟。如何完善其计算仍旧是我们需要努力探讨的问题。但是随着计算机技术的不断发展，相信在不久的将来POA方法一定会焕发更为强大的生命力。