建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析

劉紅玉

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責(zé)任公司 845350）

建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析

劉紅玉

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責(zé)任公司 845350）

一直以來，地震都嚴(yán)重威脅著人們的生命財產(chǎn)安全，而地震中的建筑倒塌損毀有90%以上的幾率對人員造成巨大傷亡。因而，要確保地震中的人員傷亡最大限度降低，就一定要做好建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌性能設(shè)計。本文主要基于地震破壞原理，對建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力影響因素分析，探討其設(shè)計思路方法，以期對建筑抗震性設(shè)計提供有益建議。

建筑結(jié)構(gòu)；抗地震倒塌能力；設(shè)計

地震災(zāi)害的發(fā)生使得因地震而倒塌的建筑物很容易成為對人造成二次傷害。因?yàn)槿藗兊姆勒鹨庾R在不斷加強(qiáng)，如何提高建筑結(jié)果抗地震倒塌能力逐步受到重視。要想減少地震的房屋倒塌，就需要遵循嚴(yán)格的設(shè)計理念及規(guī)范的設(shè)計方法，提高建筑物抗震質(zhì)量，從而有效防范地震帶來的二次傷害。

1 地震破壞原理

我們都知道地震只能防范而不能避免。盡管地震時間短，但其危害卻極大，既能嚴(yán)重?fù)p壞建筑物，又會給人的生命造成嚴(yán)重的二次傷害。而且如今的建筑正朝著高層化方向發(fā)展，人們的建筑質(zhì)量意識也越來越高，故而建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性、抗震性成為了人們重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。在地震發(fā)生的瞬間，建筑物遭受極為強(qiáng)烈的沖擊，底層出現(xiàn)振動，該作用力隨后延伸到建筑結(jié)構(gòu)中，讓建筑慢慢變得不平衡，甚至讓建筑直接倒塌。[1]所以，這會對人身財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響，故而提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震倒塌能力影響因素

2.1 原材料

建筑結(jié)構(gòu)的安全性直接體現(xiàn)在材料上，因而設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力時，需要選擇高質(zhì)量、抗震性好、延性好的材料，如果能有效避免地震破壞則更好。所以，必須高度重視建筑結(jié)構(gòu)的原材料選擇。事實(shí)上，建筑結(jié)構(gòu)施工中，墻體、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需的材料一定要有很高的抗震性、安全性、穩(wěn)定性，這樣建筑結(jié)構(gòu)對地震破壞才能很好地承受。

2.2 場地位置

建筑設(shè)計中，項(xiàng)目場地位置很關(guān)鍵。建筑場地選擇對建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響很大。當(dāng)下，不少建筑企業(yè)在施工前沒有充分考慮項(xiàng)目位置的地理環(huán)境、地質(zhì)地貌狀況。在了解勘查中也考慮不周到，這讓建筑場地位置存在一定問題。對建筑場地位置的選擇沒有充分考慮，則會降低建筑安全性，甚至有可能因?yàn)樵匦蔚淖兓l(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。特別是在一些地震多的地方，這會導(dǎo)致地震二次傷害，對人們的人身財產(chǎn)安全是很不利的。

2.3 施工質(zhì)量

建筑結(jié)構(gòu)施工的終極目標(biāo)就是保證施工質(zhì)量，這密切關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。但是，目前建筑受到工程工期和進(jìn)度、施工技術(shù)和工程造價控制等的影響，在建筑經(jīng)濟(jì)效益第一的原則下，建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量并不是很有保證，最終也降低了建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。

3 抗震場地選擇

我們都知道建筑的基礎(chǔ)是地基，地基沉降會破壞建筑結(jié)構(gòu)，降低建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。所以，設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的地基時，需要科學(xué)地考慮建筑結(jié)構(gòu)中地基對其抗地震倒塌能力的影響。設(shè)計過程中，需要先全面勘查項(xiàng)目施工場地，不要選擇位置不利的地方，以避免地基強(qiáng)度被降低。要是能選擇堅硬地段作為場地就更好了，這會很好地增強(qiáng)建筑地基的抗地震強(qiáng)度。地基的埋置深度應(yīng)科學(xué)，讓建筑水平作用所產(chǎn)生的滑移和傾覆抵抗能力更高，強(qiáng)化自身的穩(wěn)定性能。與此同時，建筑場地選擇設(shè)計中，應(yīng)該有科學(xué)而全面的規(guī)劃理念、方案，對場地的具體位置、周圍環(huán)境要求有清楚的了解，確保建筑項(xiàng)目和周邊環(huán)境條件協(xié)調(diào)存在，并兼顧社會公共利益。[2]還有就是要根據(jù)區(qū)域土地利用、周邊設(shè)施功能、區(qū)域風(fēng)貌特點(diǎn)、傳統(tǒng)文化選擇和設(shè)計。

4 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)化建筑物抗地震倒塌能力

建筑項(xiàng)目場地選擇合適以后，就要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來加強(qiáng)其抗地震倒塌能力，即必須遵循建筑結(jié)構(gòu)的整體性、規(guī)則性、延展性、剛度要求，按照設(shè)計流程確保建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。在設(shè)計完成之初，應(yīng)針對設(shè)計方案中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件能量分布、變形問題進(jìn)行初步估算，然后再次修改完善，等計算準(zhǔn)確以后再敲定設(shè)計方案，并對設(shè)計進(jìn)行必要的補(bǔ)充。

4.1 提升建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性

頻繁的地震發(fā)生讓人們明白了規(guī)則、對稱的建筑不容易受到地震的破壞，有著較高的抗震能力。相反，要是建筑物的平面凸出凹進(jìn)，結(jié)構(gòu)不規(guī)則，那么則很容易遭受地震的破壞。對于結(jié)構(gòu)規(guī)則的的建筑來說，對地震反應(yīng)、地震作用傳遞路線的計算也更精確，也可以更好地做好細(xì)部處理，甚至運(yùn)用別的抗震構(gòu)造方法。所以，建筑平立面應(yīng)該規(guī)則、對稱地布置，這是確保建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力有保障的基本原則。并且也要注意結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度變化均衡，不能發(fā)生樓層錯層的問題。

4.1.1 建筑形狀應(yīng)規(guī)則對稱

建筑的平立面最好不要是凸角結(jié)構(gòu)，如果必須這樣修建，那么建筑平面的突出位置的長度應(yīng)該小于該方向總長度的30%，而且不能超過建筑總寬度。不考慮部分突出的樓或者電梯間，其它結(jié)構(gòu)平面長寬不能太大，房屋平面的總體長度不能太長。

4.1.2 建筑結(jié)構(gòu)最好對稱均勻

為了提高建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力，就應(yīng)該遵循結(jié)構(gòu)對稱均勻的原則，這是十分重要的。如果建筑結(jié)構(gòu)不能對稱，那么發(fā)生地震的時候，強(qiáng)力的扭轉(zhuǎn)作用就會對不對稱結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。要是周邊構(gòu)件強(qiáng)度、剛度不對稱，那么在布置過程中，要在整體上讓剛度偏心減少一點(diǎn)，在計算之時也應(yīng)該針對構(gòu)件內(nèi)力、變形、薄弱側(cè)位移進(jìn)行全面考慮。要是建筑外形對稱而抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不對稱，那么就可以運(yùn)用抗震縫將結(jié)構(gòu)變成規(guī)則、簡單的單元。

4.1.3 建筑豎向一定要有均勻性

要是建筑豎向布置沒有均勻，其剛度和強(qiáng)度則很容易發(fā)生突變，這樣一來，豎向應(yīng)力會出現(xiàn)或者造成集中變形，一旦發(fā)生地震，其損壞就很嚴(yán)重，甚至倒塌。一般來說，建筑的柔性底層構(gòu)件應(yīng)力變形會十分嚴(yán)重，在設(shè)計其抗震性時要運(yùn)用韌性很高的、好的構(gòu)件，從而能夠承受大的側(cè)移?？拐饓υO(shè)計之中，應(yīng)該全面考慮連續(xù)抗震墻的間距，并對上下層的剛度進(jìn)行合理限制。在框架里的填充墻設(shè)置時，要分開墻柱，利用輕質(zhì)墻連接框架柱。在建筑門、窗、管道等地方開洞時，應(yīng)該整齊開設(shè)，從而規(guī)避應(yīng)力集中的潛在問題。

4.2 增強(qiáng)建筑物的剛度及整體性

建筑的縱橫向承重構(gòu)件、樓蓋形成了建筑物的結(jié)構(gòu)體系，因而從整體上來說需要有很好的剛度與穩(wěn)定性。提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度，能夠讓構(gòu)件在面對地震時延遲屈服，讓構(gòu)件延性要求降低。另外，抗側(cè)力構(gòu)件布置、結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布也是需要十分注意的問題。剛性樓蓋可以使不同的抗側(cè)力構(gòu)件根據(jù)自身的側(cè)移剛度對地震作用進(jìn)行有效的分配。運(yùn)用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板和屋蓋可以有效增強(qiáng)其抗震性，因?yàn)檫@種構(gòu)件的整體性優(yōu)異、水平剛度較大，能夠有效應(yīng)對地震中的散落、滑移問題，它還能夠讓平面上的墻體對齊要求得以適當(dāng)降低，對層間變形有很好的控制作用。如果樓板與屋蓋的水平剛度很強(qiáng)，那么對荷載就能有效傳遞，特別是上下墻體平面不整齊時，可以較好地傳遞水平作用力，現(xiàn)澆樓板與屋蓋能夠較好地約束墻體。由此來看，要加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)空間的剛度及整體穩(wěn)定性能，運(yùn)用現(xiàn)澆樓與屋蓋，對房屋的抗地震倒塌性能提升比較理想。

4.3 確保結(jié)構(gòu)延性能力

面對震級較大的地震時，要想讓建筑物的抗震能力更高，可以破壞部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件以來延性耗散地震能力，最終讓地震能量對建筑的整體不造成過大的承受力。比如，對構(gòu)件間的承載力的相對大小進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，達(dá)到較好的屈服的目的。地震作用中的非彈性變形可以被結(jié)構(gòu)延性有效抵抗，它之于結(jié)構(gòu)的抗震性能的作用可以和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度麓美。要想讓結(jié)構(gòu)在地震過程中有一定的延性，那么就需要在具有延性的結(jié)構(gòu)上承受更多的塑性變形力。具體來說，可以運(yùn)用如下三種方式提高建筑結(jié)構(gòu)延性：

4.3.1 選擇強(qiáng)柱弱梁

選擇合適的塑性變形結(jié)構(gòu)，就是我們常常講的“強(qiáng)柱弱梁”。它根據(jù)人為作用來增強(qiáng)柱的抗彎能力。地震過程中，鋼筋混凝土框架的梁端塑性鉸會較早出現(xiàn)，而柱端塑性鉸則恰好相反，當(dāng)非線性位移達(dá)到最大值時，梁端塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動大，柱端鉸的塑性則很小真實(shí)根木不會有塑性鉸問題，如此一來框架的塑性耗能能力就會得到有效的保障。

4.3.2 增強(qiáng)構(gòu)件抗剪切能力

要防止因?yàn)榇蟮卣饘Y(jié)構(gòu)延性的剪切破壞，需要強(qiáng)化不同構(gòu)件的抗剪切能力，即強(qiáng)剪弱彎，把梁端、柱端、節(jié)點(diǎn)位置的組合剪力值增大，防止構(gòu)件出現(xiàn)剪切破壞。可以把一跨梁梁端截面的組合彎矩值乘以增大系數(shù)，然后根據(jù)平衡關(guān)系算出梁端的剪力。

4.3.3 保證塑性鉸位置的塑性轉(zhuǎn)動、耗能能力

利用建筑抗震構(gòu)造方法讓塑性鉸位置的塑性轉(zhuǎn)動、耗能能力足夠大?！傲褐苄糟q機(jī)構(gòu)”是我國當(dāng)前用得最多的一種耗能構(gòu)件模式。箍筋的增加能夠讓構(gòu)件在面對剪切破壞時有更好的延性。

5 結(jié)語

總之，建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力設(shè)計所考慮的因素較為復(fù)雜，因而應(yīng)該有科學(xué)而全面的設(shè)計思路與方法，根據(jù)國家建筑抗震規(guī)范要求，確保其抗地震倒塌能力，強(qiáng)化建筑的安全性，從而最大限度避免被地震嚴(yán)重破壞，保證人們的人身財產(chǎn)安全。

[1]王秀娟.提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計思想與方法[J].中國集體經(jīng)濟(jì)，2014（18）：140.

[2]施煒，葉列平，陸新征，唐代遠(yuǎn).不同抗震設(shè)防RC框架結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的研究[J].工程力學(xué)，2011（03）：45.

TU973.31

A

1673-0038（2015）37-0063-02

2015-8-23