提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)思想

郭振東

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西太原 030001)

1 建筑結(jié)構(gòu)中存在問題

1)突發(fā)性因素。突發(fā)事件指的是由于人為失誤或者一些人為損壞導(dǎo)致的，這種突發(fā)事件的不確定性的發(fā)生幾率是高于一些自然災(zāi)害的。生活中，人們?cè)诮ㄖ褂脮r(shí)往往是無法正確合理的預(yù)測(cè)這些突發(fā)事件和偶然性因素的，這使得建筑設(shè)計(jì)人員無法合理的估測(cè)一些準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)受阻。

2)建筑工程質(zhì)量差。建筑工程過于劣質(zhì)，建筑材料大多都是一些劣質(zhì)材料，存在許多不安全隱患，而且施工時(shí)一些工作人員不認(rèn)真執(zhí)行建筑工程施工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，未按照程序施工，這都是導(dǎo)致建筑物坍塌的直接原因。

3)倒塌全過程的分析。目前建筑企業(yè)并未深入研究結(jié)構(gòu)倒塌起因、過程及后果。這對(duì)于建筑以抗連續(xù)倒塌為最終目標(biāo)的結(jié)構(gòu)倒塌分析還是大大不足的。因此，建筑施工時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮建筑倒塌發(fā)生的整個(gè)過程，重視每一個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)也要分析建筑倒塌后發(fā)生碰撞位移的狀況，以及建筑結(jié)構(gòu)倒塌過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的問題進(jìn)行分析。

4)建筑市場(chǎng)管理失控。建筑設(shè)計(jì)部門人員資質(zhì)較差，但設(shè)計(jì)卻超出了自己的能力，有的建設(shè)單位沒有遵循招投標(biāo)的相關(guān)規(guī)定，暗箱操作;一些施工企業(yè)不斷進(jìn)行非法轉(zhuǎn)包，導(dǎo)致存在施工企業(yè)不符合資格的農(nóng)村施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，給施工安全和質(zhì)量埋下了不良隱患，導(dǎo)致建筑業(yè)的坍塌事故頻繁。

2 提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的措施

1)提升建筑的施工質(zhì)量。在建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)、建筑人員施工、監(jiān)理人員勘察監(jiān)督的過程中，各建筑行業(yè)有關(guān)部門人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行和遵守國家當(dāng)前對(duì)于建筑工程質(zhì)量進(jìn)行規(guī)定約束的法律法規(guī)，嚴(yán)格把關(guān)施工過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)自身責(zé)任意識(shí)，實(shí)施國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局規(guī)定的有關(guān)制度，從而保證建筑的施工質(zhì)量，保證建筑質(zhì)量的合格率，提高建筑的質(zhì)量，更好的抵抗地震。

2)消能減震加固。在建筑工程抗震原理中，結(jié)構(gòu)阻尼與地震作用為反比關(guān)系。在建筑施工時(shí)，主要通過在結(jié)構(gòu)變形較大的部位安裝阻尼器的消能減震方法、控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的預(yù)期變形使得結(jié)構(gòu)阻尼增加。通過阻尼器可以使建筑結(jié)構(gòu)在水平、豎直兩個(gè)方向的地震作用下降，保證建筑物在遭遇地震作用時(shí)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的損壞。

3)分析整體結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制。結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)抗震系統(tǒng)的相關(guān)概念，應(yīng)當(dāng)從建筑設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制出發(fā)，從而使設(shè)計(jì)人員確切的了解導(dǎo)致整個(gè)建筑物發(fā)生倒塌的原因以及破壞方法，也可以清楚建筑系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)中每個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能的不同作用、建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌時(shí)的變形情況以及整個(gè)建筑物的承載力情況，并且按照建筑的需要，可以設(shè)計(jì)諸如樓梯和衛(wèi)生間這種不容易發(fā)生倒塌的區(qū)域，以確保建筑內(nèi)的人員在遭遇緊急情況或遇到地震時(shí)能夠及時(shí)逃脫或者在局部區(qū)域躲避，等待救援人員。

4)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的審查。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的審查時(shí)，應(yīng)當(dāng)以建筑結(jié)構(gòu)抗震體系的合理性為基礎(chǔ)，審查時(shí)需要遵守每一條規(guī)定、一一審查。目前建筑業(yè)的相關(guān)規(guī)范大部分都是對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)以及具體的抗震構(gòu)造措施的規(guī)定，而建筑結(jié)構(gòu)抗震體系的規(guī)定所規(guī)范的相關(guān)規(guī)定都具有原則性，操作起來比較不容易。要確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全，結(jié)構(gòu)體系是首要問題。若建筑結(jié)構(gòu)體系本身存在缺陷，即便是其他抗震構(gòu)造措施與規(guī)范相符合，也無法確保整體結(jié)構(gòu)的抗震安全，更無法保障建筑結(jié)構(gòu)的防倒塌能力。

5)嚴(yán)格細(xì)化管理體制。對(duì)于建筑管理制度，應(yīng)當(dāng)對(duì)其相關(guān)法律法規(guī)與專業(yè)規(guī)范之間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)整并加以完善，嚴(yán)格重視對(duì)于建筑工程管理中的制度規(guī)定，在管理制度中應(yīng)清楚規(guī)定設(shè)計(jì)人員對(duì)其工程結(jié)構(gòu)安全所需要承擔(dān)的責(zé)任，為工作人員提供參考，從而更加科學(xué)靈活的采用規(guī)范。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)監(jiān)管部門做出明確規(guī)定，重視工程監(jiān)理制度，必須及時(shí)向有關(guān)部門反映工程中存在的問題。并且，需要工程人員對(duì)建筑安全的相關(guān)責(zé)任和工作范圍加以明確，避免建筑人員隨意設(shè)計(jì)，建筑造型過于復(fù)雜、不符合設(shè)計(jì)要求，加大建筑結(jié)構(gòu)防倒塌設(shè)計(jì)的困難。

6)完善第二階段抗震設(shè)計(jì)方法。對(duì)抗震有特殊要求或?qū)Φ卣鹛貏e敏感、地震時(shí)抗震能力較低、容易倒塌的多高層建筑結(jié)構(gòu)，比如純框架結(jié)構(gòu)以及抗震要求較高的建筑結(jié)構(gòu)甲類建筑，要進(jìn)行易損部位薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算。并采取措施提高薄弱層的承載力或增加抗變形能力，規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的彈塑性變形值保持在不會(huì)發(fā)生倒塌的范圍內(nèi)，若層間變形高于許可值范圍，則表明建筑結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重的損害或者發(fā)生倒塌，因此需要針對(duì)薄弱部位采取一定的對(duì)策，明確規(guī)定變形要求。這一階段設(shè)計(jì)主要是對(duì)甲類建筑和特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。

7)外部增加構(gòu)件。通過在原建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部增設(shè)構(gòu)件，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震承載力、變形能力。整體性方法指的是通過增設(shè)構(gòu)件的方法。通過增設(shè)構(gòu)件可以使建筑承載力與變形能力差的構(gòu)件得到加強(qiáng)，但采用增加構(gòu)件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)加固時(shí)，需將重點(diǎn)放在新增設(shè)構(gòu)件對(duì)固定后的建筑結(jié)構(gòu)整體抗震能力的影響方面。通常使用的技術(shù)方法主要是加設(shè)構(gòu)造柱或者加固圈梁、增加柱子和墻體加固、增設(shè)支托和拉桿加固、增設(shè)支撐和門窗加固等。

8)重視建筑結(jié)構(gòu)體系?？茖W(xué)完善的建筑抗震體系和建筑結(jié)構(gòu)形式是保障建筑整體抗震安全的第一要素。因此，首先要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加以重視，也就是建筑結(jié)構(gòu)抗震的方法，然后是保障抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的對(duì)策，最后是關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)的有關(guān)計(jì)算的問題。但是，建筑施工過程中，建筑結(jié)構(gòu)形式種類和抗震體系種類很多，不能單一的利用一些規(guī)范條文來規(guī)定。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)體系的工程教育層面上，長(zhǎng)期以來我國都存在重視建筑構(gòu)件、忽視建筑結(jié)構(gòu)的問題，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)工作人員往往不能從建筑設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的角度加以分析、采用規(guī)范，而且還會(huì)受到各種干擾，設(shè)計(jì)出來的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)嚴(yán)重缺乏意外安全儲(chǔ)備設(shè)計(jì)。所以，需要對(duì)地震導(dǎo)致的危害進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從中吸取教訓(xùn)，增強(qiáng)對(duì)抗震規(guī)范設(shè)計(jì)中有關(guān)結(jié)構(gòu)體系與選型的規(guī)定，改善當(dāng)前對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)的規(guī)定，以建筑結(jié)構(gòu)整體系統(tǒng)的思想和規(guī)范體系為基礎(chǔ)。建筑工程人員要從建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)角度出發(fā)，重視整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全，尤其是發(fā)生災(zāi)害的抵抗能力，使得建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)更加合理可行。

9)重視結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性。建筑平面設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮各方面因素，保持建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理對(duì)稱以免發(fā)生建筑平面不規(guī)則的情形。建筑上方縱橫墻布置要均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)對(duì)齊，同軸線的窗間墻寬度也要均勻。樓梯間不設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處。墻體不能被削弱，需要采取一定的措施，對(duì)稱分散布置抗震墻，將抗震墻橫縱向連接，在外縱軸線部位設(shè)置縱向抗震墻，防止發(fā)生傾斜或出現(xiàn)低矮抗震墻，保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心重合，避免發(fā)生地震后使建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)或者出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的情況。豎向布置應(yīng)使其質(zhì)量沿高度方向均勻分布，避免結(jié)構(gòu)剛度突變，并應(yīng)盡可能的降低建筑物的重心，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變產(chǎn)生薄弱層，造成應(yīng)力集中，以利結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。加強(qiáng)樓屋蓋的整體性，避免樓板大面積開洞。大幅提升建筑結(jié)構(gòu)的承載力安全儲(chǔ)備，會(huì)使得建設(shè)成本大幅增加。反之，若重視研究建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，能夠合理利用各層次結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用，使建筑結(jié)構(gòu)整體性加強(qiáng)。

3 結(jié)語

這幾年，各國都在發(fā)生地震，建筑物倒塌狀況時(shí)有發(fā)生，給人們帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失、對(duì)社會(huì)也有著不良影響。對(duì)于當(dāng)前的狀況迫使我國急需開展建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌方面的研究。文章對(duì)我國建筑抵抗倒塌能力的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究并提出了一些建議，也簡(jiǎn)要描述了影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的一些問題、建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌能力設(shè)計(jì)有待改善，為我國研究和盡快完善抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)提供參考。貫徹落實(shí)我國防震減災(zāi)法，促進(jìn)建筑業(yè)的健康發(fā)展。

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