關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法及措施探討

周松江

摘要：隨著社會的發(fā)展，人們的生活水平也日益提高了，在城市的建設(shè)中高層建筑大量涌現(xiàn)，同時，近幾年，自然災(zāi)害不斷發(fā)生，為了保證建筑物的穩(wěn)定性能，使建筑物在任何情況下都能完善的保持良好狀態(tài)。因此，就要加強(qiáng)建筑物的抗震設(shè)計，保障人們的人身安全，給人們創(chuàng)造一個舒適安全的居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；方法；措施

中圖分類號：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、建筑抗震設(shè)計的基本內(nèi)容

目前，我國實(shí)行的抗震政策主要是規(guī)范建筑物在發(fā)生較小地震時，立即根據(jù)反應(yīng)譜這一理論算出地震的作用力，并采用彈性的方法算出地震發(fā)生時釋放出的內(nèi)力和造成建筑的位移，用極限的方式設(shè)計出建筑的結(jié)構(gòu)部件。對于有特殊要求的重要建筑物，通常要進(jìn)行補(bǔ)充計算，必要時還要求做出建筑的變形驗(yàn)算。但是我國規(guī)范的要求驗(yàn)算的種類相對來說比較少、類型單一，明確具體彈塑性的計算要求，做出有效規(guī)定，提高彈塑性這種計算方式的可操作性，對于高層建筑抗震的進(jìn)步是非常有幫助的。一般來說，建筑抗震設(shè)計內(nèi)容主要由推力計算和時程分析兩部分構(gòu)成。推力計算又稱作靜力法，這種方法出現(xiàn)時間相對較早，但是仍有許多優(yōu)點(diǎn)可以供我們參考使用。靜力法使用的模型是空間和平面或者三維空間的結(jié)構(gòu)體，這就是說，各個構(gòu)件都必須符合具體標(biāo)準(zhǔn)以保證變形關(guān)系的確定。從這種方法，可以了解到各個組成部件的內(nèi)力、承載力大小，了解二者之間存在的關(guān)系，檢測它們強(qiáng)剪弱彎的符合度等等，從而幫助我們找出設(shè)計中不符合規(guī)范的內(nèi)容。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式被大多數(shù)設(shè)計人員所熟用，大部分的建筑就是在這種分析基礎(chǔ)上建立起來的。時程分析又可以稱為動力法，它是按照建筑物所處地理位置的烈度、類別和設(shè)計的評判，然后選擇一定數(shù)量的地面運(yùn)動時產(chǎn)生速度的記錄，通過分析計算得到的建筑物在虛擬地震過程中的位移和速度而制定的一種抗震計劃。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是隨著時間的變化，我們可以得到每一個樓層的準(zhǔn)確反應(yīng)。雖然它是從宏觀范圍上檢驗(yàn)建筑物的結(jié)構(gòu)是否安全，這一過程也十分清晰準(zhǔn)確，但是卻很少被人們采納使用。究其根源，是因?yàn)閯恿Ψㄔ诜治鲞^程中需要消耗大量的時間和資金，最后顯示出來的數(shù)據(jù)量紛繁復(fù)雜，分析過程難度大，因此也就無法得到重視。

二、我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要充分考慮建筑的抗震能力，這關(guān)乎人民的生命財產(chǎn)安全。我國位于地中?！柴R拉雅地震帶上，因此我國是一個地震多發(fā)的國家之一。但是，從目前我國建筑的抗震能力來看，還存在著許多的問題。一直以來我國在進(jìn)行建筑設(shè)計時都遵循著小震級的地震可以抵抗，大地震能夠修復(fù)的原則，雖然這樣的設(shè)計理念在建筑物的抗震方面取得了一定的成效，可是，在面臨大的地震時還是存在不足。尤其是一些設(shè)計人員的僥幸心理，在設(shè)計時缺少靈活的應(yīng)變，一味的照抄照搬，使數(shù)據(jù)最終產(chǎn)生錯誤。不僅如此，在進(jìn)行建筑施工時，一些建筑承包公司為了節(jié)省建筑開支，從而偷工減料，降低了建筑物的抗震能力，有的甚至是私自改變施工的設(shè)計方案，最后在導(dǎo)致建筑物抗震結(jié)構(gòu)的改變。而施工人員不夠?qū)I(yè)也會影響整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，施工人員在進(jìn)行施工時，為了方便或者自身的不注意，對鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的施工沒有做到設(shè)計的相關(guān)要求，最終影響了整個工程的施工質(zhì)量。

三、建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。

(2)對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。

(3)承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

(4)盡可能設(shè)置多道抗震防線，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌。

(5)在抗震設(shè)計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。

四、常用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

(一)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)來進(jìn)行抗震設(shè)計

建筑物在發(fā)生地震的時候有高度的安全性，是抗震設(shè)計的最終目的，所以建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要求以將要建設(shè)建筑物的地區(qū)可能會發(fā)生的大地震的烈度為基本的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，而且還要以建筑自身以及建筑物的內(nèi)部沒有造成破壞為最終目標(biāo)來確定建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能指標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)的某些非抗震的下部結(jié)構(gòu)以及建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部位也需要有一定程度上的抗震能力，在發(fā)生大地震的時候建筑結(jié)構(gòu)要基本保持在所能承受的彈性范圍之內(nèi)。另外，建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能也應(yīng)得到重視。因由于風(fēng)壓所產(chǎn)生的建筑水平振動很有可能導(dǎo)致建筑的安全使用性能降低，以及使得抗震構(gòu)造構(gòu)件的耐久性能受到破壞。因此，建筑結(jié)構(gòu)要有一定的比較好的性能指標(biāo)，以便達(dá)到高的抗震設(shè)計要求。

(二)根據(jù)建筑場地和建筑規(guī)劃來進(jìn)行抗震設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)要有較好的抗震性，需要選擇比較穩(wěn)定性的建筑場地。另外，具有抗震性的建筑需要有抗震層的設(shè)置，而且建筑結(jié)構(gòu)的外部空間應(yīng)該進(jìn)行包括鄰棟間距、建筑外觀等等的一些舒適感以及安全性能的角度的考慮。而且在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的場地規(guī)劃的時候，也應(yīng)該從適應(yīng)建筑上部結(jié)構(gòu)的位移等特點(diǎn)與性能方面的角度來考慮。建筑物在經(jīng)過長時間的使用后，建筑結(jié)構(gòu)的整體可能發(fā)生移動的范圍之內(nèi)不應(yīng)該存在障礙物。在建筑結(jié)構(gòu)可能發(fā)生移動的范圍之內(nèi)一般來說會設(shè)置一些建筑的出入口，并且還要注意不能因此而使得人受到一些傷害。

五、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震措施

(一)選擇的建筑場地和地基有利于抗震

(1)場地選擇

在不同工程地質(zhì)條件的場地上,地震對建筑物的破壞程度是截然不同的。因此，進(jìn)行建筑場地選擇時，設(shè)計者必須綜合評價工程地質(zhì)的有關(guān)資料和地震活動情況，并結(jié)合工程的實(shí)際需要。首先，建筑宜避開對建筑抗震不利的地段，選擇對建筑抗震有利的地段，例如平坦、開闊的堅硬場地土。其次，當(dāng)沒有辦法避開時,適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施應(yīng)被采用。

(2)地基處理

基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)注意：a.當(dāng)?shù)鼗行陆钔痢⒁夯?、軟弱黏性土?xí)r,基礎(chǔ)的剛性、整體性應(yīng)得到加強(qiáng)；b.天然地基與樁基不宜混用在同一結(jié)構(gòu)單元上；c.性質(zhì)差異較大的地基上不宜設(shè)置同一結(jié)構(gòu)單元；d.地圈梁應(yīng)設(shè)置在墻下,以加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的整體性，以抵抗不均勻沉降。

(二)優(yōu)化平立面布置

(1)建筑布置的平立面應(yīng)規(guī)則，體型要簡單

當(dāng)建筑物體型規(guī)則、簡單時，其受力性能明確,在設(shè)計過程中就容易分析在地震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和實(shí)際反應(yīng)，且易于處理結(jié)構(gòu)細(xì)部的構(gòu)造，因此這類結(jié)構(gòu)在遭遇地震后受到的損害相對較輕。反之,建筑體型復(fù)雜、不規(guī)則時，強(qiáng)度和剛度就容易發(fā)生突變,引起應(yīng)力變形或集中，形成結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，從而造成較大的危害。

(2)力求建筑平、立面質(zhì)量分布和剛度對稱

建筑的質(zhì)量分布和剛度不對稱，在地震作用下就會發(fā)生十分明顯的扭轉(zhuǎn)振動。因此,建筑中的獨(dú)立單元及整個建筑應(yīng)力求質(zhì)量、剛度對稱,使其剛心與質(zhì)心偏心很小甚至完全重合。

(3)建筑的剛度變化和質(zhì)量須均勻

建筑沿豎向分布的剛度和質(zhì)量常常是不均勻的。比如,樓層錯尾的存在或在層高范圍內(nèi)框架的填充墻設(shè)置不連續(xù)，短柱就在框架上形成。地震時就易對建筑造成損害。所以設(shè)計時必須采取必要的構(gòu)造措施，對建筑結(jié)構(gòu)中沿豎向分布不連續(xù)的質(zhì)量和剛度加以限制。

(三)選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)體系

(1)應(yīng)有多道抗震防線

多道抗震防線，是指在地震作用下，一個抗震結(jié)構(gòu)體系中的一部分延性好的構(gòu)件最大限度發(fā)揮其耗散、吸收地震能量的作用,首先達(dá)到屈服，起到第一道抗震防線的作用，其它構(gòu)件則在其后依次屈服,從而形成第二、第三或更多道抗震防線。這樣可以避免整個建筑結(jié)構(gòu)體系因部分構(gòu)件或結(jié)構(gòu)破壞而喪失抗震能力。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計須考慮設(shè)置多道抗震防線。

(2)應(yīng)具備良好的耗能、變形能力和必要的強(qiáng)度

一個沒有足夠延性,只有較高的抗側(cè)力強(qiáng)度的抗震結(jié)構(gòu)體系,在地震時很容易遭到破壞。但如果其抗側(cè)力強(qiáng)度不高,而有較大的延性，在地震作用不大的情況下，建筑結(jié)構(gòu)就不會受到破壞，只會產(chǎn)生較大的變形。如果抗震墻設(shè)置在框架中,就可增加其抗剪力強(qiáng)度；如果屆邊約束構(gòu)件加在砌體結(jié)構(gòu)上,能提高其變形能力。這樣就增大了兩種結(jié)構(gòu)的抗震潛力。

(3)結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度分布須合理

如結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度分布不合理，會產(chǎn)生塑性變形集中或過大的應(yīng)力,結(jié)構(gòu)就會突變或其局部受到削弱而形成薄弱部位。對結(jié)構(gòu)上可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取相應(yīng)措施提升其抗震能力。在強(qiáng)烈地震下，強(qiáng)度安全儲備在結(jié)構(gòu)上并不存在，而判斷結(jié)構(gòu)薄弱層的基礎(chǔ)就在于構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度分布。

(四)設(shè)計合理的建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)

計算分析參數(shù)設(shè)計，就是進(jìn)行建筑各構(gòu)件的地震響應(yīng)和地震作用計算,各墻柱梁板變形及承載力計算包含于其中。把正確的計算模型建立在建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況基礎(chǔ)上，并根據(jù)概念設(shè)計做適當(dāng)?shù)暮喕幚?、計算。多遇地震作用下的?fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形、內(nèi)力分析時,應(yīng)采用的力學(xué)模型不少于兩個,且不相同，其計算理論主要有兩種，即主拉應(yīng)力與剪摩理論。其中，主拉應(yīng)力理論適用于磚砌體,而剪摩理論適用于砌塊結(jié)構(gòu)。應(yīng)認(rèn)真分析判斷計算機(jī)的計算結(jié)果，確認(rèn)其合理、有效后，才能用于工程設(shè)計。結(jié)構(gòu)的位移、剪重比、自振周期等是結(jié)構(gòu)計算控制的主要計算結(jié)果。

結(jié)語

隨著科技的迅猛發(fā)展，各項(xiàng)新工藝、新材料、新技術(shù)與新理念在建筑設(shè)計行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，有效豐富了抗震設(shè)計手段，提升了建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的好壞是建筑物能否取得良好抗震效果的前提，因此， 在進(jìn)行抗震設(shè)計時，要根據(jù)理論分析，選擇的結(jié)構(gòu)布置和合理的材料運(yùn)用，從多個方面慎重考慮，從而使高層建筑結(jié)構(gòu)滿足人們的使用要求，能夠減輕甚至避免地震帶來的危害。

參考文獻(xiàn)

[1]方小丹,魏璉.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計若干問題的討論[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2011,12:46-51.

[2]楊宇.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法及措施探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012,20:199.

[3]李國強(qiáng).基于概率可靠度進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的若干理論問題[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2000,01:12-16+20.