提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計思想與方法

史麗娟

（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）

提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計思想與方法

史麗娟

（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）

隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，各類建筑如雨后春筍般出現(xiàn)。但是近年來，全國各地相繼頻頻發(fā)生特大地震，特別是在繼5.12汶川大地震、2.12于田大地震后，建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力設(shè)計已經(jīng)受到社會各界的廣泛關(guān)注，本文筆者就對如何提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計思想和方法進(jìn)行了簡單探討。

建筑結(jié)構(gòu)；抗地震；設(shè)計思想；方法

當(dāng)前，地震已經(jīng)成為威脅人類生存的重大自然災(zāi)害之一，其因為突發(fā)性強(qiáng)、損害嚴(yán)重等特點嚴(yán)重影響社會的正常生活和生產(chǎn)。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后容易引起建筑物的倒塌，進(jìn)而擴(kuò)大災(zāi)害程度，歸根結(jié)底是建筑結(jié)構(gòu)缺乏抗地震倒塌能力引起的，因此研究提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計思想與方法具有重大意義。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力設(shè)計的必要性

早在1970年左右，結(jié)構(gòu)工程師在經(jīng)歷了多次地震災(zāi)害后逐漸意識到了從抗震角度認(rèn)為傳統(tǒng)的“概念設(shè)計”比“數(shù)值設(shè)計”更為重要，從那以后人們開始將目光轉(zhuǎn)向了概念設(shè)計?？沟卣鸬顾拍畹脑O(shè)計思想主要指的是設(shè)計師最初在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，對建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌有了基本的理解并運用各種手段和措施去處理設(shè)計中遇到的問題，如：構(gòu)件的剛度、構(gòu)件的延展性以及建筑物體系等，然后再借助必要的信息技術(shù)和構(gòu)造措施來減少建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，達(dá)到抗地震防倒塌的要求[1]。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震抗倒塌設(shè)計影響因素

2.1 原材料

建筑結(jié)構(gòu)要達(dá)到抗地震防倒塌的要求使用質(zhì)地較好的原材料，其主要是因為好的原材料不僅能夠提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的性能，還能降低地震對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞性，鑒于原材料在建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌中發(fā)揮的重要性能，在建筑結(jié)構(gòu)的中柱、梁以及墻等重要構(gòu)件方面應(yīng)該選擇抗震性能較好的材料，從而提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的能力。

2.2 施工質(zhì)量

施工作為建筑施工的重要環(huán)節(jié)，較高的施工質(zhì)量能夠保證建筑物結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的能力，但是當(dāng)前一些建筑物在施工時為了提高經(jīng)濟(jì)效益，私自節(jié)省工期，忽視了施工質(zhì)量，嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力[2]。

2.3 建筑場地所在位置

由于建筑場所的位置差異決定了其地質(zhì)結(jié)構(gòu)必然存在差異，適合建造的房屋也不同，但是個別建設(shè)項目在工程建設(shè)前期選址時由于缺乏對建筑物所在位置的地震地質(zhì)情況進(jìn)行全面、深入的考察和分析，存在選址不當(dāng)?shù)男袨椋纾涸诤影痘碌鹊胤叫藿ǚ课萜涑袚?dān)的工程風(fēng)險也將加大，另外還降低了建筑物的抗地震倒塌能力。

3 我國建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌存在的問題

3.1 在材料選擇上存在的問題

針對處于地震發(fā)生頻率較高地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)來說，設(shè)計人員應(yīng)該將設(shè)計重點放在使用怎樣的建筑材料和結(jié)構(gòu)體系。但是當(dāng)前我國建筑結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)建筑物高度超過450m時，主要采用的框架支撐、筒中筒以及框—筒三種結(jié)構(gòu)體系，但是從發(fā)達(dá)國家來看，在抗地震倒塌設(shè)計方面都以鋼鐵結(jié)構(gòu)為主，而我國則是以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。

3.2 在高度設(shè)計方面存在的問題

我國明確規(guī)定了混凝土結(jié)構(gòu)建筑僅僅適用于一定的高度，這個高度不僅跟建筑行業(yè)的研究水平、經(jīng)濟(jì)實力、施工方案、施工質(zhì)量有關(guān)，還能土木建設(shè)體系有關(guān)。但是從目前我國建筑結(jié)構(gòu)的實際情況來看，其實很多鋼筋混凝土建筑都超過了這個高度。而對于這部分超過最大高度規(guī)定的建筑物來說，如果沒有全面深入的研究、論證以及必要的模型振動臺來測試，一旦發(fā)生地震，則很可能導(dǎo)致建筑物的外觀出現(xiàn)明顯變化[3]。

3.3 在抗地震倒塌方面存在的問題

雖然我國的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，施工質(zhì)量和施工技術(shù)都有了明顯的提高，但是大部分建筑結(jié)構(gòu)的安全度依然無法滿足我國的基本國情。甚至還有專家指出我國的建筑安全度跟世界其他國家相比處理中低水平，因此首先需提高我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度水平；另外，我國建筑結(jié)構(gòu)抗地震防倒塌的標(biāo)準(zhǔn)也跟其他國家也存在很大差距。

4 提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計思想分析

當(dāng)前我國對建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)科學(xué)的相關(guān)概念我們發(fā)現(xiàn)，在建筑結(jié)構(gòu)中，為了進(jìn)一步提高建筑的進(jìn)度，通常需要將整個建筑結(jié)構(gòu)劃分成多個獨立構(gòu)件，而建筑構(gòu)件會對整個建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，要實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的功能，則需要這些獨立的構(gòu)件相互之間發(fā)揮協(xié)同作用，一旦少了其中一個構(gòu)件，不僅會影響建筑結(jié)構(gòu)的作用，還會進(jìn)一步對整個建筑系統(tǒng)功能造成影響，因此要重視各個建筑構(gòu)件之間的相互協(xié)調(diào)。

由于地震的發(fā)生往往具有復(fù)雜性和不確定性，因此即使在對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，僅僅根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況和相關(guān)資料來對地震強(qiáng)度進(jìn)行演算是不行的，如果發(fā)生了超過該設(shè)計強(qiáng)度的地震則可能造成嚴(yán)重后果。因此在建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌設(shè)計時，還應(yīng)該充分考慮到整體建筑結(jié)構(gòu)各個方面的因素，掌握設(shè)計的方向，根據(jù)建筑物所處位置制定出最科學(xué)和最合理的設(shè)計方案。

5 提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計方法

5.1 選擇合適的地基，設(shè)置多道抗地震防線

由于在建筑結(jié)構(gòu)中，地基的沉降引起結(jié)構(gòu)破壞最終導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)倒塌的主要原，因此要想提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力首先應(yīng)該重視對地基抗震的設(shè)計工作，根據(jù)建筑物的具體特性選擇最合理的地理。另外，設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時還應(yīng)該重視前期的現(xiàn)場勘察工作，從而避免不利的地震地段，例如：泥石流、滑坡易發(fā)地帶或者山崖巖崩頻發(fā)地段等修建建筑物，將建筑物的地基最好選擇在土質(zhì)堅硬的地段，從而有效降低地震的破壞程度。除此之外，還應(yīng)該對埋置的深度進(jìn)行合理設(shè)置，主要是為了讓建筑物在水平作用下產(chǎn)生滑移和傾覆產(chǎn)生抵抗作用，全面提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

另外，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，還應(yīng)該通過設(shè)計多道地震防線的方式來避免因為建筑結(jié)構(gòu)中的個別構(gòu)件或者局部結(jié)構(gòu)被破壞而引起的建筑結(jié)構(gòu)體系風(fēng)荷載和重力荷載的承受能力、承受地震的能力喪失。例如：設(shè)計人員在設(shè)計框架——剪力墻的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該讓剪力墻連梁的屈服先于墻肢的屈服，將剪力墻連梁跟框架作為第二道和第三道防線。與此同時在建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌設(shè)計時，剪力墻連梁最好在梁端性屈服，從而讓建筑結(jié)構(gòu)擁有足夠的變形能力，另外在設(shè)計墻肢時應(yīng)稍短，最好是連肢墻；最后，在剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，可以適當(dāng)配置一些縱筋，也可以通過降低梁剛度等方法來讓梁先屈服[4]。

5.2 提高建筑結(jié)構(gòu)延性和規(guī)則性設(shè)計

所謂結(jié)構(gòu)延性主要指的是當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到地震屈服后，其具有的塑性變性能力。結(jié)構(gòu)延性主要是運用自身塑性變形對地震產(chǎn)生的能量進(jìn)行消耗的特點。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時合理采用延性設(shè)計能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的承載能力，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形時，就能夠成功避免因為脆性突出或者塑性變形過量等問題。

簡而言之就是通過對建筑結(jié)構(gòu)實施延性設(shè)計，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)的極限彈性和抗震能力，從而提高整個建筑結(jié)構(gòu)的抗地震抗倒塌的性能，具體來說可以從以下幾個方面出發(fā)：①通過加強(qiáng)墻體、圈梁跟構(gòu)造柱之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計來形成塑性區(qū)域，提高建筑墻體的極限彈性，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)遭遇地震時，通過發(fā)揮自身塑性變形功能，最大程度降低地震對建筑物產(chǎn)生的破壞性；②對于建筑結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)同樣也需要采用延性結(jié)構(gòu)，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自身特點，合理設(shè)計配筋和柱節(jié)點等位置，進(jìn)一步強(qiáng)化梁和柱的結(jié)構(gòu)延性；③在結(jié)構(gòu)設(shè)計時堅決不能采用不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，因為這種方案通常會降低建筑結(jié)構(gòu)的抗地震效果。

值得注意的是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要確保結(jié)構(gòu)平面和立面的布置盡可能對稱和規(guī)則，并且保證剛度的變化要均勻，避免建筑在重心偏移。從最近幾年我國發(fā)生的地震災(zāi)害來看，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)則性，從而保證建筑結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量分布均勻，有效抵抗地震災(zāi)害產(chǎn)生的破壞。

5.3 優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)件，提升建筑結(jié)構(gòu)性能

由于發(fā)生地震時，地震產(chǎn)生的橫波和混合波均會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很強(qiáng)的破壞性，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該重視建筑結(jié)構(gòu)局部和組成構(gòu)件的設(shè)計工作，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)跟其他組成構(gòu)件之間連接的可靠性、有效性、穩(wěn)定性，另外還應(yīng)該重視對建筑結(jié)構(gòu)的后砌墻之間的連接設(shè)計和框架設(shè)計。如：在對建筑框架性設(shè)計時，要嚴(yán)格按照“弱梁強(qiáng)柱”和“鋼梁柔柱”的設(shè)計原則，進(jìn)一步提高受力構(gòu)件的安全性，全面提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的能力。

6 結(jié)語

綜上所述，鑒于影響建筑結(jié)構(gòu)抗地震抗倒塌設(shè)計的影響因素是多方面的，再加上當(dāng)前我國在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面還存在很多問題，因此要提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的能力就應(yīng)該充分運用科學(xué)的方法對各個影響因素進(jìn)行全面綜合地考慮，并嚴(yán)格按照國家對建筑設(shè)計的具體規(guī)范和要求開展實際，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，提高其抗地震倒塌的能力，從而避免類似5.12汶川地震悲劇再次上演。

[1]施煒，陸新征，葉列平.塞于一致倒塌風(fēng)險的建筑抗震評價方法研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2012，33（6）：1～7.

[2]陳新，韓卓銘.建筑上程抗震加固施工的方法選擇[J].城市建筑，2013 （10）：55～56.

[3]蔣洪洋.建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計的幾個問題[J].城市建筑，2013 （10）：22～23.

[4]李俊.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].中華民居，2014（6）：79～80.

TU973.31

A

1673-0038（2015）37-0040-02

2015-8-26