關(guān)于建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

鄧玥

摘要：本文作者介紹了建筑抗震設(shè)計的標準及設(shè)計的基本要求，提出了建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施。

關(guān)鍵詞：建筑；抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計；分析

Abstract: In this paper, the author introduces the building seismic design standards and the basic design requirements, and puts forward the building seismic structural design measures.

Key words: building; seismic structural design; analysis

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

結(jié)構(gòu)工程師按抗震設(shè)計要求進行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計，其目標是希望使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在強度、剛度、延性及耗能能力等方面達到最佳，從而經(jīng)濟地實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一種隨機性很強的循環(huán)、往復(fù)荷載，建筑物的地震破壞機理又十分復(fù)雜，存在著許多模糊和不確定因素，在結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時效、阻尼變化等多種因素，計算方法還很不完善，單靠微觀的數(shù)學(xué)力學(xué)計算還很難使建筑結(jié)構(gòu)在遭遇地震時真正確保具有良好的抗震能力。 自從去年東京的大地震之后，人們對于建筑物防震性能的關(guān)注加強了，建筑物的防震性能在地震來臨之時對于保護人民的財產(chǎn)和生命安全起著至關(guān)重要的作用，作為一名建筑工作者，對于建筑結(jié)構(gòu)中有關(guān)防震設(shè)計的理念和措施，提出了一些自己的看法和見解。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震措施的標準

對于性能方面：一種是以損壞的程度來描述，另一種是以用途的重要性來描述的；將建筑中的各種危害層級和可能造成的損失堿性等級劃分，從高到低的劃分為幾類，根據(jù)不同類別制定不同的標準來要求各個部分，在遭遇到相當(dāng)層級的影響時，各個部分對于抗擊震災(zāi)祈禱自己所在層級相當(dāng)?shù)淖饔茫袚?dān)相應(yīng)的壓力和風(fēng)險，其按照按照層級的不同遞增或者遞減，而非簡單的“一刀切”和平均化。具體執(zhí)行和劃分標準可參照現(xiàn)行《抗震鑒定標準》中的有關(guān)標準，盡可能的嚴格遵守，不越級。例如，結(jié)構(gòu)抗力的高低，可用結(jié)構(gòu)樓層的受剪承載力與設(shè)計地震剪力的比值，即樓層的受剪承載力與設(shè)計地震剪力的比值即樓層屈服強度系數(shù)來表征；結(jié)構(gòu)變形能力的高低，可以采用量化的標準來表示，便于清楚的比照各項指標?，F(xiàn)行的抗震能力的測試不外乎抗壓力和變形能力的測試，因為對于建筑物來說，首先在地震來臨時應(yīng)該抗壓，如若超出其抗壓能力范圍，則應(yīng)想辦法將其轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移其力量對于該支柱結(jié)構(gòu)的直接傷害。在確定綜合抗震能力的兩個因素中樓層屈服強度系數(shù)的定量在現(xiàn)行的抗震設(shè)計規(guī)范中已經(jīng)是現(xiàn)成的，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際截面尺寸和配筋，取材料強度標準值按承載力計算的有關(guān)公式得到。

2 建筑物對于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求

a 一個抗震結(jié)構(gòu)體系由若干個分支系統(tǒng)組成，而且必須協(xié)同工作才能發(fā)揮優(yōu)勢，常見性的如框架--剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個分體組成，缺少一個則不能都成上層體系。

b 強烈的地震不會只有一次主震，通常會伴隨多次余震，而且其余震的威力往往較普通地震的威力有過之而無不及，這就要求我們不能依靠一道防線，防線一旦遭到破壞，則無法面臨即將而來的余震，最終煩人結(jié)果只能是倒塌。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，設(shè)計者應(yīng)該有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，這樣在地震來臨之時，可以分散壓力，有意識地轉(zhuǎn)移來自震源的力量。

c 構(gòu)件的選擇最主要的因素是構(gòu)件的堅韌程度。

d 樓層的實際承載能力和設(shè)計計算的彈性受力的比值應(yīng)該保持一個相對的平衡狀態(tài)，一旦其中的一項產(chǎn)生突變，必定導(dǎo)致其他部分的力量轉(zhuǎn)移。

e 要杜絕重局部，輕整體的情況。

f 加強薄弱環(huán)節(jié)的防震保護，不在地震來臨時使其首當(dāng)其沖。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效抗震措施

a 首先，建筑物結(jié)構(gòu)懸掛隔震，將建筑物的全部或者一部分懸掛起來以隔離地震，就是我們常說的懸掛結(jié)構(gòu)，名字很恰當(dāng)?shù)乇磉_了它的特點，同時，我們也能很直接的感受到它的缺點和局限，即耗費的成本太大，和并不適合于普遍的推廣，雖然是一種非常行之有效的方法，但是執(zhí)行起來卻是值得商榷的。一般情況下，大型的鋼結(jié)構(gòu)會采用此種措施。大型鋼結(jié)構(gòu)一般分為主框架和子框架，在懸掛體系中，子框架通過索鏈或者吊桿懸掛于主框架上，地震來臨時主體框架雖然受到?jīng)_擊，但是其子框架以及其他零部件是用近似于雙節(jié)棍的鏈接方式與主體相連的，那么主體受到的沖擊力在傳送給子框架時就會減小很多，有益于保護子體框架。

b建筑物基礎(chǔ)設(shè)置隔震裝置減震，這這種減震措施與上文的不同之處在于是在建筑物中間加上輔助材料或者部分已達到減震目的，而前者則是在整體框架結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新上入手，減震裝置屬于獨立于建筑物自身的材料，使用得當(dāng)最多可使震力減少三分之一左右，不過這種方法局限于非高層建筑，高層如果采取這種方法，反而會增加建筑物的質(zhì)量，而使地震來臨時，這些附屬物的重量給生命和財產(chǎn)造成更大的傷害。

c 建筑物地基，用具有防震功能的材料，徹底從根源上穩(wěn)固地基，將防震落實到最底部，從而到達減震的最終目的。傳統(tǒng)的做法是在建筑物的基礎(chǔ)部位用粘土和砂子結(jié)合固定，也可以直接設(shè)置粘土或砂子墊層。在我國建筑史上，曾經(jīng)有人突發(fā)奇想以糯米為原材料，采起優(yōu)良的粘著性，在建筑物底部形成防震的糯米墊層，減少地震對建筑物的損害，不可謂不奇，當(dāng)然現(xiàn)當(dāng)今的的材料學(xué)，尤其是建筑材料學(xué)已經(jīng)發(fā)展的足夠進步，我們可以不仿照古人的做法了，但是這種創(chuàng)新和探索的精神還是值得我們學(xué)習(xí)的。

d 層間隔震，層間隔離主要用于舊房改建的改建中對于防震的需求，在施工方面很簡潔，專業(yè)性不強，居民可自行操作。當(dāng)然于此對應(yīng)的是低收益，也就是層間隔離的效果沒有上述幾種方法明顯，這也是必然的，因為舊房改建，舊房的地基，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是不能改變的，也是無法改變的，所以只能作為輔助結(jié)構(gòu)使用，其作用原理與前面提到的在建筑物中增加輔助減震的原理基本相同，可以借鑒，也可以根據(jù)不同的具體情況選擇使用。

e以上我們闡述的幾種措施主要是對建筑結(jié)構(gòu)的一部分或者幾部分進行減震方面的設(shè)計，所謂安裝減震裝置減少地震的能量向建筑物傳遞，也是在于局部的減震。無論哪一種，都是利用建筑物的一部分或者幾部分的特征然后有針對性的進行減震設(shè)計。

f對于輔助類的裝置，主要分為滯回型和粘滯型兩種。主要有以下兩種情況：其一，在對建筑物的地基或基礎(chǔ)進行隔震設(shè)計時，我們一定要在建筑物沒有動工以前按照隔震設(shè)計的措施，完成相應(yīng)的工作。最遲也是在建筑物的施工過程當(dāng)中，在建筑物的關(guān)鍵部位設(shè)置特殊的隔震裝置。然而，建筑物建成以后，若想加強防震能力的話，只有采取增添輔助器具的方式和方法了，在添加的時候注意與室內(nèi)設(shè)計相結(jié)合，保證功能的同時兼顧室內(nèi)設(shè)計的和諧感，在此基礎(chǔ)上在建筑物的結(jié)構(gòu)上重新添加消能減震裝置?？梢员M量添加在不影響整體觀感的位置。其二，隨著人們安全意識的不斷增強，對于防震避災(zāi)的重視，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也在不斷更新中，以滿足人們對于居所的規(guī)避自然災(zāi)害和風(fēng)險的要求。設(shè)計師在從事設(shè)計的時候，依照上文的跡象建議，除了可以對建筑物的基礎(chǔ)部分采用特殊處理之外，還可以借助外力的轉(zhuǎn)移來保證人們的財產(chǎn)和省生命安全，這是我們從事設(shè)計的最終目的和最美好的愿景。

4 結(jié)束語

建筑物的抗震問題是目前建筑業(yè)的熱點話題之一，大家圍繞各種抗震結(jié)構(gòu)的分析闡述自己的見解，抒發(fā)自己的觀點，因為它直接關(guān)系到人民的財產(chǎn)和生命安全，平時，沒有災(zāi)難時，看似無關(guān)緊要，但是一旦震災(zāi)來臨，就面臨生死攸關(guān)的大問題，因此，我們在對建筑物進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，必須把正視建筑物設(shè)計的抗震問題，端正態(tài)度，積極主動地探索減震措施。