淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

涂冬冬

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)各類自然災(zāi)害發(fā)生的較為頻繁，給人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了較大的危害，特別是地震災(zāi)害的發(fā)生，所帶來(lái)的損失更為嚴(yán)重。在地震發(fā)生時(shí)，一旦建筑倒塌則會(huì)造成嚴(yán)重的人身傷亡。所以需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將抗震設(shè)計(jì)放在非常重要的位置，有效地提高建筑的抗震能力，降低地震中建筑的損壞程度，保障人們生命和財(cái)產(chǎn)的安全。文章對(duì)抗震設(shè)防的目標(biāo)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；抗震

引言

近年來(lái)，隨著建筑開(kāi)始不斷向高層及超高層方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)也開(kāi)始呈現(xiàn)復(fù)雜化，為了確保建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，則對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問(wèn)題。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工作，需要從選址到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中都要對(duì)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行充分地考慮，需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用不同的抗震方法來(lái)確保設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)能夠更好地符合貫徹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，而且建筑項(xiàng)目的不同，其抗震的設(shè)計(jì)也存在著較大的差別，所以需要在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)建筑的特點(diǎn)選擇最合理的抗震設(shè)計(jì)方案。

1 抗震設(shè)防目標(biāo)

目前在我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。這是對(duì)于抗震設(shè)計(jì)的具體要求。即在發(fā)生的地震烈度低于建筑的抗震設(shè)防烈度時(shí)，建筑建筑處于彈性工作狀態(tài)，即其在地震中不會(huì)受到損壞，仍可以正常進(jìn)行使用；而對(duì)發(fā)生的地震烈度與建筑的抗震烈度相當(dāng)時(shí)，則此時(shí)建筑結(jié)構(gòu)處于非彈性階段，建筑物可能受到損壞，但經(jīng)一般性的修理即可繼續(xù)使用，即建筑物在地震破壞下經(jīng)修理后仍可以繼續(xù)進(jìn)行使用，即建筑結(jié)構(gòu)處于可修復(fù)的范圍；而當(dāng)發(fā)生較大震級(jí)的地震時(shí)，其烈度高于建筑物設(shè)防的烈度，在這種情況下，建筑物處于非彈性變開(kāi)中，但要求建筑結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)不致于倒塌或危及生命安全，在非彈性變形下人員可以從建筑物內(nèi)進(jìn)行逃離。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)策略

2.1 建筑場(chǎng)地

在進(jìn)行建筑場(chǎng)地選擇時(shí)，需要選擇對(duì)抗震有利的平坦開(kāi)闊地段來(lái)進(jìn)行建設(shè)，而且在確保建設(shè)場(chǎng)地的土具有較好的堅(jiān)硬性及密實(shí)度，而且硬度和密實(shí)度較為均勻。避免選擇一些對(duì)抗震不利的地段上進(jìn)行建筑物的建設(shè)。因?yàn)橐恍┸浲?、液化土、山岳、陡坡、采空區(qū)及河岸邊緣等地段，其場(chǎng)地土無(wú)論在其分布、巖性及狀態(tài)上都處于不均勻狀態(tài)，不利于達(dá)到抗震的要求，對(duì)于實(shí)在無(wú)法避開(kāi)需要在這些地段上進(jìn)行建筑物施工時(shí)，則需要做好防震措施。對(duì)于一些極易發(fā)生滑坡、地陷、地裂及泥石流等抗震危險(xiǎn)地段，則不能進(jìn)行甲、乙、丙類建筑的施工，同時(shí)對(duì)于地震斷裂帶上易發(fā)生錯(cuò)位的地段也不能進(jìn)行建筑物的建設(shè)。

2.2 選擇有利于抗震的建筑平面和立面布置

2.2.1 建筑的體型要簡(jiǎn)單，平立面布置宜規(guī)則

當(dāng)建筑物其體型較為簡(jiǎn)單和規(guī)則時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)能夠更好地明確其受力性能，而且對(duì)于其在地震發(fā)生時(shí)的實(shí)際反應(yīng)及其內(nèi)力也能夠進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，而且結(jié)構(gòu)內(nèi)部具體的構(gòu)造也易于處理，這樣的結(jié)構(gòu)即使在地震作用下其受到的損害也較小。而相對(duì)于體型及平面不規(guī)則的建筑物，由于立面上高低錯(cuò)落，這樣就會(huì)形成剛度和強(qiáng)度上的突變，極易使應(yīng)力或是變形集中出現(xiàn)，導(dǎo)致薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生，在地震作用下其薄弱處會(huì)首先發(fā)生變形損壞，產(chǎn)生較大的危害。

2.2.2 建筑的平、立面剛度和質(zhì)量分布力求對(duì)稱

建筑的剛度和質(zhì)量分布不對(duì)稱、即使在地面平動(dòng)分量作用下也會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而造成比較嚴(yán)重的危害。所以，建筑或其獨(dú)立單元應(yīng)力應(yīng)求剛度、質(zhì)量的對(duì)稱，使其質(zhì)心與剛心重合或偏心很小。

2.2.3 建筑的質(zhì)量和剛度變化要均勻

建筑的質(zhì)量和剛度沿豎向分布往往是不均勻的。例如，由于建筑的豎向收進(jìn)，地震時(shí)收進(jìn)處上、下部分振動(dòng)特性不同，易于在收進(jìn)處的橫隔層（樓板）產(chǎn)生應(yīng)力突變，使豎向收進(jìn)的凹角處產(chǎn)生應(yīng)力集中；又如，在建筑物底層設(shè)置上下不連續(xù)的抗震墻（如底層框支抗震墻）、使建筑物沿豎向的不均勻性；框架的填充墻在層高范圍內(nèi)未連續(xù)設(shè)置或存在樓層的錯(cuò)層，使框架形成短柱，也易于造成危害。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上述質(zhì)量和剛度沿豎向分布不連續(xù)的情況應(yīng)加以限制、采取必要的構(gòu)造措施。

2.2.4 必要時(shí)設(shè)置防震縫

防震縫的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)建筑類型、結(jié)構(gòu)體系和建筑體型等具體情況區(qū)別對(duì)待，不提倡一切都設(shè)，也不主張都不設(shè)，可按結(jié)構(gòu)的實(shí)際需要考慮。

體型復(fù)雜的建筑不設(shè)防震縫時(shí)，應(yīng)選擇符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，進(jìn)行精細(xì)的抗震分析，估計(jì)其局部應(yīng)力和變形集中及扭轉(zhuǎn)影響、判別其易損部位、采取措施提高抗震能力。

當(dāng)設(shè)置防震縫時(shí)，應(yīng)將建筑分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，防震縫應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類別、房屋類型等留有足夠的寬度，其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開(kāi)。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇

2.3.1 建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)喪失抗震能力失去對(duì)重力荷載的承載能力

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則就是結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有必要的贅余度、良好的變形能力和內(nèi)力重分配的功能，地震中，即使一部分構(gòu)件退出工作，其余部分構(gòu)件仍能承擔(dān)起豎向荷載，避免整體建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

2.3.2 建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)具有清晰明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和恰當(dāng)合理的地震作用傳遞路徑

在這過(guò)程中，豎向建筑構(gòu)件的布置，應(yīng)盡量使豎向建筑構(gòu)件在垂直重力荷載作用下的壓應(yīng)力水平接近均勻；樓屋蓋梁體系的布置，應(yīng)盡量使垂直重力荷載以最短的路徑傳遞到豎向構(gòu)件墻、柱上去；轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系的布置，應(yīng)盡量做到使上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件傳遞來(lái)的垂直重力荷載通過(guò)轉(zhuǎn)換層一次至多二次轉(zhuǎn)換。另外，建筑的整體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系也必須明確，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)一般由框架、簡(jiǎn)體、剪力墻、支撐等組成，它們宜盡量連續(xù)貫通。

2.3.3 建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)具有合理適度的強(qiáng)度和剛度

宜具有合理恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度分布，防止和避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形集中或應(yīng)力集中；建筑的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使節(jié)點(diǎn)基本不被破壞，底層柱底的塑性鉸宜形成晚，應(yīng)當(dāng)使柱、梁端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能地分散；對(duì)于可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取適當(dāng)措施提高抗震能力。

2.4 重視建筑平面布置的規(guī)則性

在我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)于各種不規(guī)則的建筑都對(duì)其所需要選擇的計(jì)算模型進(jìn)行了規(guī)定。對(duì)于建筑的平面和立面布置在設(shè)計(jì)時(shí)盡可以的按照抗震設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用規(guī)則的設(shè)計(jì)方案，特別是在我國(guó)建筑的建設(shè)時(shí)，由于其和種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要想實(shí)現(xiàn)抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性較為容易。而且建筑平面布置的規(guī)則性不僅對(duì)抗震性能有較大的影響，而且在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也具有非常重要的作用，所以需要在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這點(diǎn)進(jìn)行特別關(guān)注。

3 結(jié)束語(yǔ)

建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能對(duì)于建筑物整體的性能具有十分重要的影響，所以需要在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將抗震性能貫穿于從選址到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通達(dá)達(dá)到符合的要求。所以要求設(shè)計(jì)師在進(jìn)行不同建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇最適合的抗震設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的合理布置，提高建筑物的抗震性能，確保在地震中建筑物盡可能發(fā)生較小的損傷，保護(hù)人們生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

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