論現(xiàn)代住宅建筑抗震設(shè)計(jì)

鐘華

（中油遼河工程有限公司結(jié)構(gòu)工程所，遼寧 盤錦 124010）

建筑結(jié)構(gòu)工程師是住宅建筑抗震性能好壞的主要責(zé)任人，其建筑進(jìn)行的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)是竣工后的住宅建筑結(jié)構(gòu)在剛度上、強(qiáng)度上、延性性能等多種性能可以到到最大值，從而可以實(shí)現(xiàn)我們常說(shuō)的“小震不壞，中震可修，大震不倒”。但是，地震往往存在著諸多的不確定的因素，它對(duì)住宅建筑的破壞機(jī)理是十分復(fù)雜的，地震又都是往復(fù)循環(huán)的對(duì)建筑進(jìn)行破壞，所以建筑設(shè)計(jì)師是很難充分的考慮到建筑結(jié)構(gòu)的空間作用、材料時(shí)效、非彈性性質(zhì)等諸多的結(jié)構(gòu)內(nèi)力因素的，計(jì)算機(jī)的水平也不夠完善，因此現(xiàn)代的住宅建筑結(jié)構(gòu)在遭遇地震時(shí)并沒(méi)有特別良好的抗震能力。

1 現(xiàn)代住宅建筑抗震設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 盡可能多的設(shè)置抗震防線。①若干個(gè)延性較好的體系才可以組成一個(gè)良好的抗震結(jié)構(gòu)體系，并且這若干個(gè)延性較好的分體系的結(jié)構(gòu)構(gòu)件還應(yīng)該協(xié)同工作的。②往往地震都不是只發(fā)生一次，特別是級(jí)別較高的地震，其第一次地震之后往往伴隨著多次的余震，如果只設(shè)置一道抗震防線，當(dāng)建筑面對(duì)地震之后伴隨而來(lái)的余震時(shí)，建筑往往會(huì)失去抗震能力而導(dǎo)致倒塌。住宅建筑的抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有意識(shí)建立屈服區(qū)并盡可能多的留有外部及內(nèi)部的冗余度，而主要的消耗地震震能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件也應(yīng)具有較好的剛度及延性，這樣抗震結(jié)構(gòu)便可以最大化的消耗地震震能，從而提高建筑的抗震性能，建筑也不會(huì)在地震中倒塌。③要準(zhǔn)確處理好抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，當(dāng)主要耗能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到屈服狀態(tài)時(shí)，同一樓層內(nèi)的其他構(gòu)件應(yīng)當(dāng)仍處于彈性狀態(tài)，這樣有效的屈服便可以保持的時(shí)間更長(zhǎng)，也就提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能及延性。④在抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不應(yīng)差距過(guò)大，如果某一部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)太強(qiáng)，那么其他部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件也就相對(duì)較為薄弱，這樣就可能會(huì)導(dǎo)致在地震到來(lái)時(shí)，過(guò)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)還沒(méi)有展現(xiàn)抗震能力，住宅建筑的建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)瞬間倒塌了。

1.2 抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須具有足夠的承載力、剛性、延性等抗震性能。①住宅建筑的抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守四強(qiáng)三弱原則，即“強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，強(qiáng)底層墻”。②抗震的主要耗能結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)當(dāng)采用承受橫向荷載的構(gòu)件，不宜采用承受縱向荷載的構(gòu)件。③對(duì)于在地震中可能抗震性能較為薄弱的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)采取一定的措施從而提高其抗震性能。具體有以下四種措施：由于在強(qiáng)烈的地震條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件是不存在安全儲(chǔ)備的，因此往往判斷構(gòu)件抗震性能是否薄弱的基礎(chǔ)就是抗震構(gòu)件的實(shí)際的承受荷載的能力；當(dāng)樓層部位的實(shí)際的承載能力與在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)所設(shè)計(jì)的彈性受力的比值有突變時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致塑性變形的集中，從而減弱樓層部位的抗震性能，因此這個(gè)比值必須是均勻的；應(yīng)注意建筑抗震結(jié)構(gòu)個(gè)部位的抗震性能的協(xié)調(diào)，避免結(jié)構(gòu)局部抗震性能的加強(qiáng)；在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)有意識(shí)的控制控制抗震性能較為薄弱的部位，在不產(chǎn)生位移的情況下具有足夠的抗變形能力，這也是提高薄弱部位抗震性能的有效的措施。

2 現(xiàn)代住宅建筑抗震設(shè)計(jì)的常見(jiàn)的問(wèn)題

2.1 抗震結(jié)構(gòu)的平面布置的問(wèn)題：在同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，抗震結(jié)構(gòu)的剛度不均勻，平面形狀不對(duì)稱，結(jié)構(gòu)的平面長(zhǎng)度太長(zhǎng)，抗震結(jié)構(gòu)整體的外形凹凸變化尺度過(guò)大以不對(duì)稱、不規(guī)則。

2.2 兩種不同的受力體系存在與同一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)的單元中。如同一結(jié)構(gòu)單元中一半采用全框架承重受力，而另一半采用砌體承重受力；又或是一般采用磚墻落地承重受力，而另一半采用底框承重受力。當(dāng)存在兩種受力體系時(shí)，抗震結(jié)構(gòu)的縱向剛度與橫向剛度會(huì)產(chǎn)生抵消甚至是突變，這對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能是非常不利的。

2.3 抗震結(jié)構(gòu)中的抗震構(gòu)造柱設(shè)置不當(dāng)。有的結(jié)構(gòu)不設(shè)置抗震構(gòu)造柱，如大廳死角；有的抗震結(jié)構(gòu)有設(shè)置了過(guò)多的抗震構(gòu)造柱，如縱墻和山墻的交接處。

2.4 抗震結(jié)構(gòu)平面布局的剛度不均勻。根據(jù)抗震的設(shè)計(jì)要求，建筑的平面及立面應(yīng)對(duì)稱并規(guī)正，平面布局的剛度應(yīng)分布均勻。

2.5 抗震結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)掌握不準(zhǔn)確。有的抗震等級(jí)需要高，設(shè)計(jì)時(shí)卻降低了；相反的有的低設(shè)計(jì)時(shí)卻提高了，設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)對(duì)建筑的土類型、結(jié)構(gòu)類型、建筑高度等做綜合評(píng)定，如果這些綜合評(píng)定評(píng)定不準(zhǔn)，則抗震等級(jí)也不準(zhǔn)確。

2.6 抗震結(jié)構(gòu)的其他問(wèn)題。有的抗震結(jié)構(gòu)南側(cè)是柱子，而北側(cè)是縱墻，這會(huì)造成建筑的南北剛度不均勻；有的設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)縱墻不落地而橫墻，這就變成了縱向框支；有的抗震結(jié)構(gòu)只有框支，底層卻沒(méi)有橫向落地抗震墻；有的內(nèi)框砌體抗震結(jié)構(gòu)沒(méi)有縱墻，取而代之的是大空間的隔斷設(shè)計(jì)。上述種種的抗震結(jié)構(gòu)問(wèn)題都存在著嚴(yán)重的抗震隱患，這些是需要引起建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師高度的重視的。

3 提高住宅建筑抗震性能的措施

有抗震要求的住宅建筑應(yīng)同時(shí)滿足強(qiáng)度、剛度及延性的要求，由于鋼筋混凝土的自重較大，住宅建筑的承擔(dān)的軸力會(huì)隨著樓層高度的增加而增加，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性就必須將軸壓比控制在一定的范圍內(nèi)，這樣就會(huì)導(dǎo)致柱的截面面積增加，也就是形成了短柱甚至是超短柱。由于短柱本身的延性很差，所以在發(fā)生地震時(shí)建筑就會(huì)因短柱結(jié)構(gòu)破壞而倒塌。因此，提高了混凝土短柱的延性也就是提高了混凝土短柱的抗震性能，可以從以下三方面，提高混凝土短柱的抗震性能。

3.1 提高短柱的受壓承載力。短柱的受壓承載力提高了，也就是意味著短柱截面減小了，短柱的剪跨比提高，也就是提高了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是提高短柱受壓承載力的最直接的方法，但是需要注意的是高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土本身延性較差，所以使用高強(qiáng)度的混凝土?xí)r應(yīng)其他抗震措施配合使用。另外，鋼管混凝土也可以提高短柱的受壓承載能力。

3.2 采用分體柱。當(dāng)?shù)卣鸬絹?lái)時(shí)，短柱往往是因?yàn)樽陨淼目辜魪?qiáng)度不夠而導(dǎo)致實(shí)效倒塌，短柱本身的抗彎強(qiáng)度比抗剪強(qiáng)度要高很多，所以認(rèn)為降低短柱的抗彎強(qiáng)度，使短柱的抗彎強(qiáng)度低于抗剪強(qiáng)度，這樣地震到來(lái)時(shí)，短柱便不會(huì)失效。降低短柱抗彎強(qiáng)度的方法就是采用分體柱，即將原有的短柱分為2個(gè)或4個(gè)柱肢組成的分體柱。

3.3 采用鋼管混凝土柱。鋼管混凝土是將混凝土填入到圓形鋼管內(nèi)而形成的鋼管混凝土的組合材料?；炷猎阡摴軆?nèi)部受到約束并呈現(xiàn)三面受壓狀態(tài)，這樣混凝土的抗壓強(qiáng)度便得到了很大的提高，混凝土的延性也得到了提高。如果選用鋼管混凝土和合適的套箍指標(biāo)做成柱子，柱子的承載便會(huì)大幅度的提高，鋼管混凝土柱的柱截面比普通的鋼筋混凝土柱的柱截面要小一半以上，這樣便消除了短柱并且提高了柱本身的抗震性能。

通過(guò)以上論述，我們對(duì)現(xiàn)代住宅建筑抗震設(shè)計(jì)的基本原則及建筑抗震設(shè)計(jì)所存在的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了提高住宅建筑抗震結(jié)構(gòu)的抗震性能幾種方法。只有做好了住宅建筑的抗震設(shè)計(jì)，住宅的居住居民住的才能夠安心，建筑業(yè)才可以蓬勃的發(fā)展起來(lái)。

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