抗震理念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

河北拓樸建筑設(shè)計(jì)有限公司 050051

摘要：近年來，高層建筑在建筑領(lǐng)域越來越普遍，已成為我國(guó)建筑領(lǐng)域的中流砥柱。對(duì)于一個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)的施工和設(shè)計(jì)而言，其問題錯(cuò)綜復(fù)雜，無法在事先做好相關(guān)安排，只能遇到具體問題之后在做分析。在這種情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，但是在抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須要具備明確、清晰的抗震理念，全面系統(tǒng)的構(gòu)造方法，從而達(dá)到預(yù)計(jì)抗震效果。在這個(gè)過程中，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，以此保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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

一、抗震設(shè)計(jì)思路概述

我國(guó)結(jié)構(gòu)計(jì)算可謂是一個(gè)起伏不當(dāng)?shù)陌l(fā)展階段，它先后經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算、預(yù)應(yīng)力計(jì)算、破損計(jì)算、極限計(jì)算等多個(gè)階段，目前我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算處于一個(gè)極限拉力的計(jì)算階段，在這個(gè)階段，我國(guó)現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中明確的規(guī)定了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以此作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和安全適用性原則。

在工程項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)工程師要嚴(yán)格按照抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，其目的在于建筑結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、延性以及整體性都能達(dá)到最佳，從而實(shí)現(xiàn)小震不壞、中震可修、大震不倒的施工目的。但是由于地震本身存在著不確定性、隨機(jī)性以及循環(huán)、往復(fù)的特征，大多數(shù)建筑物在地震機(jī)理的作用下會(huì)產(chǎn)生各種復(fù)雜、模糊的不確定性因素，在結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析上產(chǎn)生很多缺陷和問題，從而給結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)造成影響。在這種設(shè)計(jì)情況下，計(jì)算方法存在著嚴(yán)重的不完善、不科學(xué)，單純的采用數(shù)學(xué)、力學(xué)計(jì)算方法來進(jìn)行計(jì)算的話很不現(xiàn)實(shí)，其中抗震能力也難以得到有效的控制。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)立足于現(xiàn)有工程抗震設(shè)計(jì)理論，將建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震反應(yīng)、結(jié)構(gòu)破壞構(gòu)成，靈活運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行分析，讓整體建筑設(shè)計(jì)在顧及總體布局原則的同時(shí)在關(guān)鍵部位進(jìn)行細(xì)節(jié)構(gòu)造，從根本上提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

1.1結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能

（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(duì)可能造成結(jié)構(gòu)的相對(duì)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。

1.2盡可能設(shè)置多道抗震防線

（1）對(duì)于一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)而言，它不可能是一個(gè)獨(dú)立、單一的系統(tǒng)，而是有若干個(gè)延性、剛性較好的分體系統(tǒng)共同組成的，并且是由這些延性較好的結(jié)構(gòu)和連接件協(xié)同進(jìn)行工作的。例如，框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，由于框架和剪力墻結(jié)構(gòu)本身都存在著一定的剛性、延性，因此在設(shè)計(jì)上通常都需要采用多肢剪力墻和雙支剪力墻兩種，通過這些不同體系的剪力墻來達(dá)到整體結(jié)構(gòu)剛度和整體性要求。（2）在地震發(fā)生之后，往往都是在強(qiáng)烈的地震之后伴隨著許多余震，這些余震有可能是等級(jí)較低的地震情況，也有可能會(huì)發(fā)生一些強(qiáng)烈的地震現(xiàn)象，日過抗震結(jié)構(gòu)在一次抗震之后無法及時(shí)的產(chǎn)生余震預(yù)防和抵抗，那么必然會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部冗余度發(fā)生變化，有的時(shí)候甚至?xí)霈F(xiàn)一些屈服去，進(jìn)而給建筑物整體性、剛度和耐久性造成影響。因此，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候我們必須要充分的認(rèn)識(shí)到建筑結(jié)構(gòu)剛度和延性設(shè)計(jì)，讓建筑結(jié)構(gòu)本身能夠吸收和耗散地震能量，從而提高建筑抗震性能，保證建筑結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。（3）在結(jié)構(gòu)處理的過程中，要適當(dāng)?shù)膶?duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系進(jìn)行處理，對(duì)于同一樓層內(nèi)部的構(gòu)件應(yīng)當(dāng)使用一些屈服構(gòu)件，對(duì)其他構(gòu)件抵抗能力、彈性處理能力進(jìn)行保持，從而提高結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力，避免結(jié)構(gòu)因?yàn)榈卣鸲a(chǎn)生整體塌陷。

1.3對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力

（1）構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。（2）要使樓層（部位）的實(shí)際承載能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力的比值在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。（3）要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。（4）在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、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。

2.提高短柱抗震性能的應(yīng)對(duì)措施

在高層建筑工程項(xiàng)目中，對(duì)于存在抗震設(shè)防要求的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不僅需要對(duì)建筑強(qiáng)度、剛度進(jìn)行處理，而且要滿足建筑結(jié)構(gòu)的延性要求。尤其是在建筑混凝土本身較重的情況下，在施工設(shè)計(jì)方面更要注重整體性和剛度設(shè)計(jì)，對(duì)于高層建筑的底層柱，隨著建筑物高度的增加，其所承擔(dān)的軸力不斷增加，而抗震設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明確的延性要求，在層高一定的情況下，提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內(nèi)而不能過大，這樣則必然導(dǎo)致柱截面的增大，從而形成短柱，甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)設(shè)防烈度或高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌。

2.1提高短柱的受壓承載力

提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，即采用高強(qiáng)混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比；但由于高強(qiáng)混凝土材料本身的延性較差，采用時(shí)須慎重或與其他措施配合使用。此外，可以采用鋼骨和鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。

2.2采用鋼管混凝土柱

鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側(cè)向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變得到很大的提高，混凝土特別是高強(qiáng)混凝土的延性得到顯著改善。同時(shí)，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下，相當(dāng)于配筋率2至少都在4.6%。

當(dāng)選用了高強(qiáng)混凝土和合適的套箍指標(biāo)后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。

2.3建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇

在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選擇的時(shí)候應(yīng)該要考慮的一個(gè)非常重要的問題就是建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇問題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選取評(píng)價(jià)是否具有科學(xué)性和合理性，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體安全性和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性起著非常決從建筑學(xué)的角度而言，應(yīng)該要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中著重注意到以下兩點(diǎn)：第一，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該要注意到避免在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中因?yàn)榻ㄖ哪承┎糠纸Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致的整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)喪失最基本的安全性、適用性和耐久性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

三、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，土與結(jié)構(gòu)物共同工作理論的研究與發(fā)展使建筑抗震分析在概念上進(jìn)一步走向完善，如果可以在結(jié)構(gòu)與地基的材料特性，動(dòng)力響應(yīng)，計(jì)算理論，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)諸方面得到符合實(shí)際的發(fā)展，自然會(huì)在建筑結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域內(nèi)起到重要的作用。

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