建筑结构抗震设计问题及措施初探(2)

　　对构件内力按上述设计原则进行调整之后再设计构件或结构，从而保证结构在小震、中震、大震下实现抗震设防目标。
　　4.结构中避免出现短柱
　　钢筋混凝土材料本身自重较大，所以对于高层建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所承担的轴力不断增加，而抗震设计对结构构件有明确的延性要求，在层高一定的情况下，提高延性就要将轴压比控制在一定的范围内而不能过大，这样则必然导致柱截面的增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于1.5的超短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。
　　混凝土短柱的延性主要受轴压比的影响，同时配箍率、箍筋的形式对混凝土短柱的影响也很大。高层混凝土结构短柱，特别是结构低层的混凝土短柱，其轴压比很大，破坏时呈脆性破坏，其塑性变形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性。因此，可以从以下几方面着手，采取措施提高混凝土的抗震性能。
　　（1）提高短柱的受压承载力
　　提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，可以采用钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。
　　（2）采用钢管混凝土柱
　　钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。
　　当选用了高强混凝土和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋混凝土柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。
　　（3）采用分体柱
　　由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。分体柱方法已在实际工程中得到应用。人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般，连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。
　　5.抗震构造措施
　　通过抗震构造措施来保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结构的整体性。例如：框架梁、柱的箍筋加密要求；结构中设置支撑体系等等。
　　四、隔震结构设计
　　一般的建筑物是由建筑物整体吸收地震动的振动能量。大地震时，会在大梁与柱子上发生损伤，并有可能损坏建筑物功能。另一方面，隔震结构的建筑物则是在建筑物下方设置一种地震时比其他层产生更大水平变形的"隔震层"，使得上层建筑物不容易与地基共振，同时集中吸收振动能量。由于振动能量不容易传递到上方建筑物，于是就降低大地震时产生损伤的可能性。这不仅能保护建筑物使用者的生命，也能够使功能的维持以及收藏物的保护变得可能，也可缓和地震时的恐怖感。
　　1.地震时建筑物摇动的比较
　　(1)隔震结构的建筑物：由于隔震层在水平方向极为柔软，于是地震时的大部分变形都集中在隔震层上。可缓和上部结构的摇动，也不容易引起家具的倾倒及外墙的剥离，而且几乎不会发生柱子与梁的损伤。适用于步行困难者利用的设施。
　　(2)一般的建筑物：一般的建筑物在地震时会将振动传递到整个建筑物，于是家具就会倾倒、外墙剥离，而且柱子与梁也产生损伤，各个楼层发生几乎相同程度的变形。
　　2.隔震层的位置
　　根据建筑物的功能与结构性质去选择隔震层的位置。基础的隔震需要基坑，但是其与非隔震层部分之间的衔接，采用最低限度，就能够给建筑物整体带来隔震的效果。中间隔震层的电梯与楼梯的连接困难，适用于地下楼层多的情况，或无法设置基坑的情况，以及地震时上方楼层比特定楼层更容易振动的构造情况。
　　3.隔震构件的能力与特性
　　大变形时的垂直支承能力：隔震构件要求即使在大变形时也能够确实支承建筑物的质量。叠层橡胶需要设计成当最大变形发生时重叠部分不得小于直径1/2以下的尺寸。采用直径小的叠层橡胶时，必须采用在大变形时可支承建筑物的质量的构造。