提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)思想與方法

黃琬平 張明德

(1.云南泛亞工程設(shè)計(jì)院有限公司，云南 昆明 650224;2.云南奕輝建筑設(shè)計(jì)有限公司，云南 昆明 650000)

地震是人類在生存中常見的重大自然災(zāi)害之一，其突發(fā)性強(qiáng)，損害嚴(yán)重，對社會生產(chǎn)生活有著巨大影響。在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，建筑物被破壞后引起的倒塌是造成地震危害的主要原因，是威脅人們生命財(cái)產(chǎn)安全的根本問題。而在地震災(zāi)害中大量的建筑物倒塌，擴(kuò)大災(zāi)害程度的大多不是地震引起的，往往的是不合理地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成的。因此，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗地震倒塌能力，是保證地震多發(fā)區(qū)域人民人身財(cái)產(chǎn)安全的重要措施。

1 、提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)思想分析

在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中，為了提高建筑進(jìn)度和便于工程建設(shè)，往往會把整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分成多個(gè)獨(dú)立的建筑構(gòu)件。建筑構(gòu)件依托于整體結(jié)構(gòu)，對整體建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有著深刻影響，建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，需要所有建筑構(gòu)件有效協(xié)同發(fā)揮功能作用，一旦缺少任何一個(gè)建筑構(gòu)件，建筑構(gòu)件自身的功能不但不能發(fā)揮，還會影響整個(gè)建筑系統(tǒng)整體的功能。因此，還要注意建筑構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，如果建筑構(gòu)件之間的相互依存關(guān)系處理不當(dāng)，也會影響整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的功能發(fā)揮，就可能影響到建筑系統(tǒng)的整體抗震能力。

地震的發(fā)生存在一定的復(fù)雜性質(zhì)和不確定性，即便在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況和歷史資料記載經(jīng)過充分科學(xué)的演算，但超過建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)強(qiáng)度的地震仍然時(shí)有發(fā)生。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到整體建筑結(jié)構(gòu)各方面因素，合理把握設(shè)計(jì)方向，因地制宜地進(jìn)行科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。目前，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上提出了采用“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)間”的方式，以便提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震功能，減少墻體受到的破壞程度;提高伸縮性，有效弱化地震災(zāi)害所造成的沖擊力，使建筑結(jié)構(gòu)有一定的延性。但是，這種建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式，對施工操作規(guī)程具有相對較高的施工技術(shù)要求，對于施工人員的職業(yè)素養(yǎng)的要求也相對較高。但這種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，可以很好的保證建筑物的整體抗地震倒塌功能。房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一定要結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮各方面的因素，進(jìn)行科學(xué)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 、提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)方法

2.1選擇科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，造型設(shè)計(jì)工作是必不可少的，在進(jìn)行造型設(shè)計(jì)之前要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)各方面的因素，進(jìn)行實(shí)際考察科學(xué)分析，找出最適合的建筑結(jié)構(gòu)體。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，我們一般采用框架－剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。

框架剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中的框架以及剪力墻，分別承受來自水平方向以及垂直方向兩方面的重量承載，具有較強(qiáng)的堅(jiān)韌性與良好的抗震緩沖能力。在進(jìn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工過程中，要合理控制各層樓板之間的變化，保證框架與剪力墻在地震的作用下實(shí)現(xiàn)有效協(xié)同。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，框架基本上都可以通過建筑底部剪力墻自身的作用緩沖抗震，有效降低地震帶來的損害。遵循“強(qiáng)柱弱梁”建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，有效降低墻體因受到剪力而造成的破壞性。

鋼結(jié)構(gòu)建筑體系具有較強(qiáng)的伸縮性，在地震發(fā)生時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的伸縮性可以有效的減弱地震引起的沖擊力，減小在地震災(zāi)害中房屋建筑受到的破壞力。鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的施工周期相對較短，而且節(jié)能環(huán)保，是未來幾年高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的主流方向。

最后，剪力墻承擔(dān)著整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)水平方向與垂直方向負(fù)荷，需要非常高的強(qiáng)度以及剛度。因此，這部分結(jié)構(gòu)具有著較強(qiáng)的抗地震倒塌能力，基本上被廣泛應(yīng)用抗震強(qiáng)度要求很高的高層建筑結(jié)構(gòu)中。

2.2建筑結(jié)構(gòu)合理的布置設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作人員不僅要保證建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性，還要對建筑結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計(jì)引起足夠的重視，保證設(shè)計(jì)的合理性。在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)布置的時(shí)候，需要從以下幾方面入手:

首先，在豎向的建筑承重結(jié)構(gòu)中，一定要保證均勻的建筑結(jié)構(gòu)布置，要有規(guī)律性，盡可能減少出現(xiàn)內(nèi)收或外挑的現(xiàn)象，保證其側(cè)向剛度變化的均勻。

其次，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)布置的過程中，要盡可能保證結(jié)構(gòu)自身的安全性，保證建筑結(jié)構(gòu)的剛度與承載能力不會因?yàn)橥庠谝蛩氐淖兓霈F(xiàn)問題，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的承載能力下降，產(chǎn)生安全隱患。

最后，當(dāng)前常見的建筑結(jié)構(gòu)布置方式就是，豎向建筑結(jié)構(gòu)和水平方向的建筑結(jié)構(gòu)，這兩種建筑結(jié)構(gòu)的負(fù)荷力度和承載能力相對較好，可以從根本上減少連續(xù)倒塌，減低災(zāi)害損失。

3 、高層建筑抗地震倒塌的設(shè)計(jì)方案

第一，科學(xué)合理的進(jìn)行抗震防線設(shè)置，增強(qiáng)抗震能力。一般來說，建筑結(jié)構(gòu)被地震破壞的主要原因，是因?yàn)榻ㄖ锏鼗霈F(xiàn)沉降，進(jìn)而破壞整體結(jié)構(gòu)。所以，在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該將地基與基礎(chǔ)抗震防線設(shè)計(jì)納入整體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中。因此，在設(shè)計(jì)過程中，要實(shí)事求是，做好前期準(zhǔn)備工作，選擇合適的地段進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，減少地震發(fā)生時(shí)造成的破壞。同時(shí)，合理的設(shè)置地基基礎(chǔ)的預(yù)埋深度，確保建筑結(jié)構(gòu)在受到水平作用力時(shí)，可以有效保證整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)前，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)大多采用多道抗震防線設(shè)置，有效減小建筑物局部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞時(shí)對整體建筑結(jié)構(gòu)承載力的影響，減少建筑物倒塌的可能性。

第二，提高結(jié)構(gòu)的延性，保證設(shè)計(jì)的規(guī)則性、科學(xué)性。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)在受到地震波沖擊時(shí)就會發(fā)生扭曲變形，這就是建筑結(jié)構(gòu)的延性。結(jié)構(gòu)延性就是通過扭曲變形進(jìn)而將地震波進(jìn)行逐步分散，提高了建筑整體的承載力，避免了建筑墻體變脆的問題，這對于抗地震倒塌有著非常重要的作用。因此，在建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行延性設(shè)計(jì)時(shí)，要加強(qiáng)可塑性設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)的塑性變形能力。同時(shí)，要有效結(jié)合整體建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

第三，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗地震倒塌功能。地震對于建筑物造成的破壞主要元兇就是地震的橫波和混合波，橫波和混合波先是對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)烈的沖擊，進(jìn)而引起建筑結(jié)構(gòu)整體的晃動(dòng)，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)某一方面的抗地震倒塌能力存在缺陷時(shí)，就會出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的局部倒塌或整體坍塌。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，要確保建筑整體結(jié)構(gòu)中每個(gè)建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)的科學(xué)性，加強(qiáng)建筑構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)性，以及建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)合理布局，提高建筑構(gòu)件的承載力，恪守高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，提升建筑整體結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌功能。

4 、結(jié)束語

要想有效提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗地震倒塌能力，需要在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分了解地震對建筑結(jié)構(gòu)破壞的原理，采用科學(xué)的結(jié)構(gòu)體系，合理布置建筑構(gòu)件，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震防線設(shè)置、建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)、延性設(shè)計(jì)和科學(xué)性合理化設(shè)計(jì)，優(yōu)化建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證建筑結(jié)構(gòu)能承受地震的考驗(yàn)。

［1］唐洪.提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)思想與方法［J］.城市建設(shè)理論研究 (電子版)，2014(16).

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［3］趙敏，高偉國.論提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)方法［J］.新材料新裝飾，2014(14).