建筑結(jié)構(gòu)工程在抗震設(shè)計(jì)中的探索

孔濤

摘要：對(duì)建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很難有較大的修改，制定好建筑設(shè)計(jì)，原則上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只能對(duì)建筑設(shè)計(jì)的要求服從。在建筑初步設(shè)計(jì)、方案階段中如果建筑師能較好地對(duì)抗震的要求考慮，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)則結(jié)構(gòu)工程師就可以合理的進(jìn)行布置，建筑結(jié)構(gòu)相應(yīng)產(chǎn)生的地震作用以及剛度和質(zhì)量分布與變形結(jié)構(gòu)受力比較均勻協(xié)調(diào)，能得到較大的提高和改善建筑結(jié)構(gòu)的抗震承載力和抗震性。本文作者探討建筑的體型從抗震的角度，建筑豎向布置和平面布置、屋頂建筑、規(guī)范中設(shè)計(jì)限值的控制等設(shè)計(jì)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：抗震 ;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);加固

前 ?言

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了抗御和減輕地震災(zāi)害，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)合理的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)是其首要前提。如果建筑師沒(méi)有很好地在提供的建筑設(shè)計(jì)中對(duì)抗震要求考慮，那就會(huì)帶來(lái)較多困難給結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，建筑布置會(huì)限制結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和布置，甚至使得設(shè)計(jì)的不合理。有時(shí)為了讓結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力有所提高，不得不增大配筋用量或構(gòu)件的截面，從而給投資帶來(lái)不必要的浪費(fèi)。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，所謂的抗震設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)就是指對(duì)建筑結(jié)構(gòu)通過(guò)地震時(shí)的破壞，結(jié)合長(zhǎng)期實(shí)踐于建筑結(jié)構(gòu)工程中所積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)形成的一種基本的設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方法，也是確定細(xì)部構(gòu)造措施并且進(jìn)行結(jié)構(gòu)與建筑整體布置的一個(gè)過(guò)程。地震動(dòng)理論上其就是一種隨機(jī)的振動(dòng)，它具有復(fù)雜性、不確定性與隨機(jī)性使得人們難以把握，某建筑物可能遭遇的地震的參數(shù)與特性要想很精確地預(yù)測(cè)，我們就目前來(lái)說(shuō)還非常難以具備更好的方法。在建筑結(jié)構(gòu)分析抗震設(shè)計(jì)這個(gè)方面，由于我們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的外界引起變化、空間作用、建筑結(jié)構(gòu)的性質(zhì)以及建筑的材料等等不同的很多種因素不能夠很充分地考慮，因此有很大的不確定性。

二、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

1.解決地震不確定性的好方法是概念設(shè)計(jì)

對(duì)地震破壞機(jī)理我們還不十分清楚，對(duì)地震的破壞現(xiàn)象也只是停留在感性認(rèn)識(shí)階段，建筑物抗震計(jì)算的原理只是一種近似方法，卻不能代表建筑本身在地震中的真實(shí)反應(yīng)。概念設(shè)計(jì)的思想不妨是個(gè)解決這個(gè)問(wèn)題的好方法。地震是一種隨機(jī)振動(dòng)，有著難以把握的復(fù)雜性和不確定性，要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)建筑物遭遇地震的特性和參數(shù)，尚難以做到。在建筑抗震理論未達(dá)到科學(xué)嚴(yán)密的今天，單靠計(jì)算很難使建筑具備良好的抗震能力。因此，結(jié)構(gòu)工程師必須重視建筑總體抗震能力的概念設(shè)計(jì)。

2.工程師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的方法和原則是概念設(shè)計(jì)

展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵是概念設(shè)計(jì)，在特定的建筑空間中一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)采用整體的概念，并對(duì)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)、構(gòu)件與結(jié)構(gòu)的關(guān)系能有意識(shí)地處理。一般認(rèn)為，結(jié)構(gòu)工程師如果概念設(shè)計(jì)做得好，隨著他的不斷努力，隨年齡與實(shí)踐的增長(zhǎng)其結(jié)構(gòu)概念將會(huì)越來(lái)越豐富，設(shè)計(jì)成果也越來(lái)越創(chuàng)新、完善。

3.計(jì)算理論與實(shí)際受力的差別

使得概念設(shè)計(jì)成為結(jié)構(gòu)抗震的重要途徑概念設(shè)計(jì)的重要，主要是由于現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論與設(shè)計(jì)理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性，這一矛盾使結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)結(jié)果差之甚遠(yuǎn)，為了對(duì)這類計(jì)算理論缺陷的彌補(bǔ)，或者無(wú)法計(jì)算對(duì)實(shí)際存在大量的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)，都需要結(jié)構(gòu)措施與優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的得到滿足。

4.概念設(shè)計(jì)在初步設(shè)計(jì)中的重要性

概念設(shè)計(jì)之所以重要，還在于在設(shè)計(jì)方案階段，不能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其初步設(shè)計(jì)過(guò)程。這就需要其掌握的結(jié)構(gòu)概念由結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用，選擇造價(jià)最低、效果最好的結(jié)構(gòu)方案。為此，不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，需要工程師深刻、深入對(duì)各類結(jié)構(gòu)的性能了解，并能有靈活地、意識(shí)地運(yùn)用它們。而人的設(shè)計(jì)，就是概念設(shè)計(jì)。有很多設(shè)計(jì)存在諸多缺陷，主要原因就是在總體方案和構(gòu)造措施上未采用正確的構(gòu)思，即未進(jìn)行概念設(shè)計(jì)所致。

三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)常用方法

1.進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)造

一般情況下，使用砼鋼筋框架結(jié)構(gòu)時(shí)，是對(duì)鋼筋砼構(gòu)件通過(guò)控制最小配筋率，以及截面尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)。建筑的磚混結(jié)構(gòu)，構(gòu)造方法一般比較常見的有限制建筑的層數(shù)與層高和房屋的整體高度;設(shè)置鋼筋砼構(gòu)造柱在建筑的橫縱墻中，并且還要有一些防震縫設(shè)置等等。在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修訂后對(duì)一些強(qiáng)制性的條例進(jìn)行了增加，例如：突出建筑屋頂?shù)碾娞?、樓，要求延伸?gòu)造柱到建筑的頂部，并且連接頂部的圈粱成為一體，以此來(lái)拉結(jié)主體結(jié)構(gòu)與突出部分成為整體，提高整體的承載力。

2.進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)

在發(fā)生地震的時(shí)候建筑物有高度的安全性，是最終抗震設(shè)計(jì)的目的，所以建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求的基本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為以可能會(huì)發(fā)生在要建設(shè)建筑物的地區(qū)的大地震的烈度，而且還要以建筑物的內(nèi)部以及建筑自身對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能確定指標(biāo)以沒(méi)有造成破壞為最終目標(biāo)。

3.進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)根據(jù)建筑規(guī)劃和建筑場(chǎng)地

要有較好的抗震性，建筑結(jié)構(gòu)將比較穩(wěn)定性的建筑場(chǎng)地作為優(yōu)先選擇。另外，需要對(duì)具有抗震性的建筑進(jìn)行抗震層的設(shè)置，而且包建筑外觀括、鄰棟間距等等的一些安全性能以及舒適感的角度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的外部空間應(yīng)該進(jìn)行考慮。而且在進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，也應(yīng)該從建筑上部結(jié)構(gòu)適應(yīng)的位移等性能與特點(diǎn)方面的角度來(lái)考慮。

四、加強(qiáng)建筑工程抗震措施

1.選址要科學(xué)合理

《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》規(guī)定，對(duì)于可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害和重大建設(shè)工程的建設(shè)工程，對(duì)地震安全性必須進(jìn)行評(píng)價(jià);并確定抗震設(shè)防要求，根據(jù)地震評(píng)價(jià)安全性的結(jié)果，進(jìn)行設(shè)防抗震。建筑物建造在可液化場(chǎng)地或臨近地震斷層或軟弱地基，地震引起地基失效由于對(duì)場(chǎng)地的液化作用，建筑物傾斜而很容易倒塌。

2.采用合理的結(jié)構(gòu)形式

目前我國(guó)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)等常用建筑結(jié)構(gòu)形式?？筛鶕?jù)不同的地區(qū)，選擇不同的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)不同設(shè)防烈度。本身鋼筋混凝土就具備柔性，因而這種結(jié)構(gòu)的建筑物承載能力高，變形能力好，通常抗震能力也強(qiáng)。應(yīng)根據(jù)建筑的抗震要求和功能要求在確定結(jié)構(gòu)方案時(shí)，合理進(jìn)行選擇。在選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)結(jié)構(gòu)的側(cè)移度從抗震角度來(lái)說(shuō)，是要考慮的重要因素，尤其是對(duì)于設(shè)計(jì)的高層建筑，這一點(diǎn)起控制作用，隨著高層和多層房屋高度的增加，在其他荷載作用以及地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平位移增大迅速，必須要求抗側(cè)移結(jié)構(gòu)剛度也隨之增大。

3.設(shè)計(jì)質(zhì)量切實(shí)提高

地震尤其是烈度和震級(jí)較高地震，危害性非常大，顯得尤為重要的就是建筑物的抗震性能。目前我國(guó)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)水平還非常低，所采用的建筑方案在大量的建筑上不是很合理，導(dǎo)致無(wú)法合理布置結(jié)構(gòu)方案，增加材料用量。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，為了提高剛度、延性和承載力為主導(dǎo)目標(biāo)，綜合運(yùn)用抗震原則，剛?cè)峤Y(jié)合多道防線，同時(shí)確保結(jié)構(gòu)體型簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)傳力和受力途徑直接，結(jié)構(gòu)構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)共同作用，從設(shè)計(jì)上如此一來(lái)就可以保證在地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

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