建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討

秦宗磊

（克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃莸谝唤ㄖ惭b工程有限責(zé)任公司 845350）

建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討

秦宗磊

（克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃莸谝唤ㄖ惭b工程有限責(zé)任公司 845350）

抗震設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要的內(nèi)容。為了讓整個(gè)建筑達(dá)到良好的抗震效果，不僅需要嚴(yán)格遵循相關(guān)既定標(biāo)準(zhǔn)，而且還應(yīng)該不斷對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新。這樣一旦發(fā)生地震，既能夠減少建筑物的損害程度，也能夠從最大程度上保障人民的生命安全。因此，建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)具有非常重要的作用?；诖?，本文筆者首先探究結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，如：選擇具備較強(qiáng)抗震能力的場(chǎng)所、注重建筑平面布置的規(guī)則性、結(jié)構(gòu)的選型和布置、設(shè)置多道抗震的防線、剛度、延性和承載力匹配，然后再根據(jù)實(shí)際情況提出提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的建議。

抗震設(shè)計(jì)；建筑；結(jié)構(gòu)

隨著我國(guó)地震學(xué)、結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)不斷進(jìn)步，我國(guó)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法也逐漸出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)抗震工作者的主要工作任務(wù)就是根據(jù)我國(guó)的地震環(huán)境和社會(huì)實(shí)際情況，不安提升整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的水平，確保其安全可靠。其中，由于建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)具有非常重要的作用，所以本文筆者對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述，期望引起討論[1]。

1 建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

目前，由于地震的發(fā)生具有較多的不確定性和復(fù)雜性，對(duì)于地震發(fā)生的時(shí)間、范圍和強(qiáng)度即時(shí)是非常精確的儀器也是無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出來(lái)的。其中，對(duì)于建筑物這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，一旦發(fā)生地震，其結(jié)構(gòu)則很容易發(fā)生復(fù)雜的變化，尤其是建筑抗震理論并不科學(xué)的今天，僅僅依靠周密的計(jì)算是難以保障建筑物的抗震能力。因此，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能僅依靠設(shè)計(jì)，還需要充分結(jié)合建筑工程的抗震理論，以此提升建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震能力。

1.1 選擇具備較強(qiáng)抗震能力的場(chǎng)所

在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，首先應(yīng)該結(jié)合工程的實(shí)際需求，全面了解整個(gè)工程所處位置的地震情況；再進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，選擇較為開闊平坦、均勻密實(shí)的硬土位置，合理避開一些液化土、軟弱土和邊坡邊緣，以及平面圖紙上的狀態(tài)、成因和巖性不均勻情況的土層。同一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)單元不適宜于土質(zhì)性質(zhì)完全不同的地基土上修建，也不適宜于采用樁基和天然地基。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)建筑地基存在液化土、軟弱粘性土和不均勻的土層時(shí)，則需要加強(qiáng)整個(gè)建筑基礎(chǔ)的剛度和整體性。

1.2 注重建筑平面布置的規(guī)則性

針對(duì)建筑物的平、立面設(shè)計(jì)應(yīng)完全符合抗震概念原則，盡量選擇規(guī)范的建筑設(shè)計(jì)方案，避免選擇不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。在建筑抗震設(shè)計(jì)中明確規(guī)定，針對(duì)平面不規(guī)則或者豎向不規(guī)則、平、立面均不規(guī)則的建筑物結(jié)構(gòu)，應(yīng)使用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算；針對(duì)部分樓板凹凸不規(guī)則或者樓板局部不連續(xù)時(shí)，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)的實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型；針對(duì)建筑物較為薄弱的部位應(yīng)通過(guò)乘以內(nèi)力增加系數(shù)，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行彈塑性變形分析，并采取有效的抗震構(gòu)造措施。其中，在我國(guó)的建筑物設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性主要是指抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱。一般情況下，筒中筒結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu)等較為容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性[2]。

通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①整個(gè)建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)主軸方向剛度和變形特性應(yīng)盡量相近；②建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)沿豎向斷面和構(gòu)成應(yīng)該保持均勻，避免突然出現(xiàn)變化；③在建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置過(guò)程中，應(yīng)該注意保持同一主軸方向各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度均勻合理，以及整個(gè)建筑物中央核心與周邊結(jié)構(gòu)的剛度協(xié)調(diào)勻稱，保證整個(gè)建筑主體結(jié)構(gòu)保持良好的抗扭剛度，以避免地震過(guò)程中產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，從而防止建筑結(jié)構(gòu)或者非結(jié)構(gòu)受到破壞。因此，在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分重視建筑的平面布置，確保規(guī)范合理。

1.3 結(jié)構(gòu)的選型和布置

在考慮建筑結(jié)構(gòu)的選型時(shí)應(yīng)該綜合思考建筑物的場(chǎng)基、房屋高度、修建材料、建設(shè)場(chǎng)地和施工等各個(gè)方面的因素，并充分結(jié)合所能承受的經(jīng)濟(jì)壓力和技術(shù)條件最終得出結(jié)果。但是，如僅僅從建筑的抗震角度進(jìn)行分析，較好的結(jié)構(gòu)形式需具備以下幾個(gè)性能：①較高的延性系數(shù)；②強(qiáng)度與重力的比值保持較大；③較大的勻質(zhì)性；④保持各個(gè)構(gòu)件連接的連續(xù)性和整體性，并充分發(fā)揮所有材料的強(qiáng)度。同時(shí)，在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)的布置時(shí)需要嚴(yán)格遵循以下幾個(gè)原則：①對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)的平面布置需保持對(duì)稱，確保各個(gè)構(gòu)件部位的力分配均勻；②均勻布置建筑豎向結(jié)構(gòu)，讓強(qiáng)度和剛度變化均勻合理，避免出現(xiàn)薄弱層，防止建筑物的重心下降。

1.4 設(shè)置多道抗震的防線

設(shè)置多道抗震的防線主要是加強(qiáng)建筑豎向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)可靠度。有針對(duì)性的設(shè)置薄弱環(huán)節(jié)，讓其在發(fā)生地震時(shí)停止工作。同時(shí)，應(yīng)將地震發(fā)生的周期和整個(gè)建筑物的自振周期分開，有效緩解建筑物的共振現(xiàn)象，進(jìn)而減少地震對(duì)建筑的破壞作用。通常情況下，設(shè)置多道抗震防線需要嚴(yán)格遵循下列兩個(gè)原則：①優(yōu)先選擇一些少負(fù)擔(dān)或者不負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向填充墻或者支撐，或者選擇一些軸壓較小的實(shí)墻筒體和抗震墻等構(gòu)件作為第一道防線抗側(cè)力構(gòu)建；②充分利用雙重抗側(cè)力體系，并且在建筑物中使用贅余桿件。這樣一旦發(fā)生較強(qiáng)的地震時(shí)，結(jié)構(gòu)中使用的贅余桿件產(chǎn)生的變形和屈服則會(huì)大量消耗地震能量。從另一個(gè)角度來(lái)講，則可利用贅余桿件來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的周期變化，避免整個(gè)建筑物在較長(zhǎng)地震時(shí)間和持續(xù)作用下發(fā)生共振效應(yīng)，避免遭受較大的破壞[3]。

1.5 剛度、延性和承載力的匹配

如果建筑結(jié)構(gòu)的抗力較強(qiáng)時(shí)，則可以適當(dāng)降低建筑整體的延性要求，反之則需適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的延性。由于地震發(fā)生過(guò)程中，建筑物受地震作用的大小和動(dòng)力存在密切的關(guān)系，所以應(yīng)該保持建筑的剛度、承載力分布和延性匹配。通常情況下，為了提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，需要在一定程度上增加建筑工程的造價(jià)，合理降低建筑結(jié)構(gòu)的延性。同時(shí)，為了保證建筑物具備較強(qiáng)的抗倒塌能力，應(yīng)保證所有建筑構(gòu)件具備較高的延性，但在實(shí)際建設(shè)中要做到這點(diǎn)具有較大的難度。因此，需要提高結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵桿件和重要構(gòu)件的延性。

2 提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計(jì)建議

當(dāng)前應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)都是通過(guò)分析了大量的建筑地震震害實(shí)例，總結(jié)得出的豐富的經(jīng)驗(yàn)。其中在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，抗震設(shè)計(jì)是非常重要的一部分，直接關(guān)系著整個(gè)建筑在地震中將會(huì)遭受的損害程度，所以需要高度重視。因此，為了最大限度提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，需要從以下三個(gè)方面進(jìn)行思考：

（1）在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)該綜合思考，合理布局地震外力能力的傳遞吸收途徑，確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的支柱、墻面和梁的軸線能夠保持于同一個(gè)平面中，從而形成較為完善的構(gòu)件雙向抗側(cè)力體系。這樣則能夠讓建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時(shí)呈現(xiàn)出彎剪破壞，并保持塑性屈服產(chǎn)生于墻的底部，且整個(gè)梁端也呈現(xiàn)塑性屈服，具有較強(qiáng)的變形能力。其中，當(dāng)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的墻段在充分發(fā)揮抗震作用之前，需要嚴(yán)格遵循“強(qiáng)墻弱梁”的原則，合理增加整個(gè)墻肢的承載力，有效避免建筑結(jié)構(gòu)墻肢遭受剪切的破壞，從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗震能力；

（2）需要嚴(yán)格按照建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，綜合對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的梁、柱以及墻的節(jié)點(diǎn)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，從而保證建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時(shí)能夠達(dá)到三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[4]。同時(shí)，還應(yīng)該按照“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以保證其具備較強(qiáng)的延性和承載力。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況合理選擇柱頭截面尺寸，明確結(jié)構(gòu)配筋的所有標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)柱的軸壓比。特別應(yīng)注意加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施，才能夠增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗震能力；

（3）設(shè)置多道抗震防線。對(duì)于建筑物這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，一旦發(fā)生地震，其結(jié)構(gòu)則很容易發(fā)生復(fù)雜的變化。其設(shè)置多道抗震防線也就是在一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系中，加強(qiáng)建筑豎向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)可靠度，讓部分具備較好延性的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下，需最先呈現(xiàn)屈服狀態(tài)，承擔(dān)起第一道抗震防線的作用。然而，其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件只是在第一道抗震防線屈服之后，才依次形成第二、三道，乃至更多的抗震防線，這樣的結(jié)構(gòu)體系能夠最大限度增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，從而保證建筑在地震作用下的安全，具有較為明顯的效果。

3 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)多年研究建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，我國(guó)已經(jīng)逐漸形成了一套較為先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)方法，并且在不斷完善，但是這一套先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)方法還存在很多的不妥之處，尚待完善?？傊?，為了保障建筑結(jié)構(gòu)具有較高的抗震能力，就需要在嚴(yán)格遵循規(guī)范要求的原則下，堅(jiān)持科學(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證建筑結(jié)構(gòu)具備預(yù)期的抗震性能，最大限度保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著近幾年抗震設(shè)計(jì)師不斷研究，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)水平也在不斷提高，相信在之后我國(guó)的工程抗震設(shè)計(jì)將會(huì)邁上一個(gè)更高的臺(tái)階。

[1]王成立，譚寧希.房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求分析[J].城市建筑，2014 （2）：18～20.

[2]盧俊澄.抗震性在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2014（10）：125～127.

[3]陳平.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析與設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2014（10）：79～80.

[4]王炳良.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的要點(diǎn)分析[J].科技展望，2014（4）：67～68.

TU973.31

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1673-0038（2015）37-0043-02

2015-8-26