探析房屋建筑中結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

徐林

【摘 要】如何提高房屋建筑的抗震性能一直是建筑學(xué)的重要研究之一，結(jié)構(gòu)抗震能力的提升能夠明顯改善房屋的整體抗震性能，因此本文對(duì)房屋建筑中結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑；結(jié)構(gòu)抗震；概念設(shè)計(jì)

一、結(jié)構(gòu)抗震對(duì)房屋建筑的重要性分析

作為世界上最大的自然災(zāi)害之一，地震以其傷害性大，且具有突發(fā)性的特點(diǎn)，而對(duì)所有的建筑物帶來毀滅性的破壞?，F(xiàn)階段，通用的抗震規(guī)范原則為：在面對(duì)小的地震時(shí)，做到建筑物不受破壞；在中震時(shí)，造成的破壞能夠通過維護(hù)恢復(fù)；在大地震面前，保證建筑物不會(huì)倒塌。這種地震設(shè)計(jì)原則，在促進(jìn)建筑物結(jié)構(gòu)抗震能力方面，起到了積極的指導(dǎo)作用。大多數(shù)的建筑物，抗震性能得到了大幅度的提升，使得近些年地震造成的傷亡，呈逐漸下降的趨勢(shì)。

但是，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的出發(fā)點(diǎn)是保證人們的生命安全，因此，地震過后的房屋性能則不在考慮范圍內(nèi)。情況往往是，經(jīng)過中小地震后，很多建筑物的部分使用功能完全喪失，建筑物處于報(bào)廢狀態(tài)?，F(xiàn)階段，高昂的室內(nèi)裝修、智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)費(fèi)用，比建筑物本身價(jià)值要高，因此地震造成的經(jīng)濟(jì)損失是很大的。因此，提升房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，減少地震帶來的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，仍是一個(gè)重要的課題，值得廣大建筑設(shè)計(jì)人員去探索。

二、多層房屋的抗震概念設(shè)計(jì)

1、選擇對(duì)抗震有利的場(chǎng)地和地基

選擇建設(shè)場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要和地震活動(dòng)情況，選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，宜避開對(duì)建筑抗震不利的地段。對(duì)不利的地段，應(yīng)提出避開要求，當(dāng)無法避開時(shí)應(yīng)采取有效的措施。在危險(xiǎn)地段嚴(yán)禁建造甲、乙類建筑，不應(yīng)建造并丙類建筑。如當(dāng)斷層穿過建筑物時(shí)，建筑物不可避免發(fā)生破壞。在汶川地震中，斷裂帶穿過北川縣城，房屋倒塌。在場(chǎng)地選擇時(shí)還應(yīng)以工程地質(zhì)等資料為依據(jù)，強(qiáng)烈的地震運(yùn)動(dòng)會(huì)造成砂土液化、軟土震陷，從而致使建筑物地基不均勻沉降、地基失效、房屋倒塌。1964年日本新地震時(shí)引發(fā)砂土液化，導(dǎo)致地基土完全失效，致使建筑物整體傾斜。這就要求在地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)?shù)鼗鶠檐浫跽承酝痢⒁夯?、新近填土或?yán)重不均勻時(shí)，應(yīng)根據(jù)地震時(shí)地基不均勻沉降和其它不利影響，采取相應(yīng)措施。并且同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)在性質(zhì)截然不同的地基上，同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基，當(dāng)采用不同類型基礎(chǔ)或基礎(chǔ)埋深不同時(shí)，應(yīng)根據(jù)地震時(shí)兩部分地基基礎(chǔ)的沉降差異在基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)的相關(guān)部位采取相應(yīng)措施。

2、平、立面布置

歷次地震震害表明：結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變、體形外挑或內(nèi)收等，都會(huì)產(chǎn)生某些樓層的變形過分集中，出現(xiàn)嚴(yán)重震害甚至倒塌。從抗震角度平面應(yīng)優(yōu)選簡(jiǎn)單的平面形式，建筑轉(zhuǎn)角少，在地震作用下不易因剪力和應(yīng)力集中較大而發(fā)生破壞。建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，荷載較大的房間宜布置在房屋的下部樓層，使結(jié)構(gòu)重心降低，以減輕震害。避免以下情況：建筑立面造型導(dǎo)致立面體型復(fù)雜，如立面收進(jìn)、外挑結(jié)構(gòu)、立面大開洞、連體建筑；建筑平面布置變化導(dǎo)致豎向結(jié)構(gòu)不連續(xù)，如錯(cuò)層結(jié)構(gòu)及有薄弱層的結(jié)構(gòu)形式。體型復(fù)雜、平立面不規(guī)則的建筑，應(yīng)根據(jù)不規(guī)則程度、地基基礎(chǔ)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素比較分析，確定是否在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，縫寬需要滿足相關(guān)規(guī)定。

3、結(jié)構(gòu)布置

3.1限制建筑物的層數(shù)、高度及框架結(jié)構(gòu)的跨數(shù)

我們知道在地震作用下，建筑物各層的絕對(duì)加速度、絕對(duì)位移等參數(shù)均隨著層數(shù)的增加而增大，因此必須對(duì)多層房屋的高度及層數(shù)加以限制。為保證在豎向及水平地震作用下，建筑物不會(huì)出現(xiàn)整體彎曲破壞現(xiàn)象，避免建筑物出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象，對(duì)多層房屋總高度與總寬度的最大比值加以限制。鑒于地震下單跨校舍的嚴(yán)重震害，還增加了控制單跨框架結(jié)構(gòu)的適用范圍，明確甲、乙類建筑及高度大于24m的丙類建筑不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)。

3.2確保結(jié)構(gòu)的整體性

汶川地震震害分析中，磚混結(jié)構(gòu)的倒塌現(xiàn)象十分明顯。以極震區(qū)北川縣城為例，整個(gè)縣城磚混結(jié)構(gòu)的房屋倒塌約占了整個(gè)房屋倒塌的70%以上。老舊房屋未經(jīng)過抗震設(shè)計(jì)、對(duì)圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置上要求較少、樓板采用預(yù)置鋼筋混凝土樓板、房屋整體性差等，是導(dǎo)致地震中大量磚混結(jié)構(gòu)倒塌的主要原因。

地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)房屋倒塌所占的比例并不是很大，但在重災(zāi)區(qū)特別是極震區(qū)框架結(jié)構(gòu)的房屋也遭受到了嚴(yán)重破壞。設(shè)計(jì)和施工中做到“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的建筑物即使填充墻及梁結(jié)構(gòu)發(fā)生了嚴(yán)重的破壞，但房屋的主要結(jié)構(gòu)仍然能夠承重并支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)，保證房屋挺立而不倒塌。這就給震后的逃生和救援工作贏得了寶貴的時(shí)間，這也符合抗震設(shè)防“大震不倒”的原則。而存在梁、柱及梁柱節(jié)點(diǎn)明顯不符合抗震設(shè)計(jì)的要求，柱縱向受力鋼筋明顯偏少，沒有足夠的箍筋等現(xiàn)象的建筑全部倒塌，如某2層高約9m的框架結(jié)構(gòu)全部倒塌，而且前傾近15m。這進(jìn)一步證明框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的原則。

3.3考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)主體的影響

在汶川地震中曾出現(xiàn)填充墻與結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接不足，大片甩落傷人的現(xiàn)象；玉樹地震中也出現(xiàn)某多層住宅框架結(jié)構(gòu)因填充墻布置不合理導(dǎo)致端柱破壞的現(xiàn)象；玉樹地震中還出現(xiàn)某工程在大震下磚墻破碎，面磚掉落，而布置合理的幕墻卻完好無缺的現(xiàn)象。這些都說明在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的有利或不利影響，避免不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞；保證附屬的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時(shí)倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備現(xiàn)象的發(fā)生。

三、抗震技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新

1、隔震技術(shù)

隔震技術(shù)的主要原理是將全部結(jié)構(gòu)體系的自振周期進(jìn)行延長(zhǎng)， 從而使輸入上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用得到大幅度減弱， 主要手段是在地基的底部和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)施工過程的要求較嚴(yán)格， 必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙和施工規(guī)范的要求， 做好鋪設(shè)和架設(shè)技術(shù)的應(yīng)用。第一， 在分割建設(shè)時(shí)， 為了盡可能的提高抗震效果， 鋪設(shè)要穩(wěn)固；第二， 建筑物底層和上層有效的分割是關(guān)鍵， 一定要使用精密儀器進(jìn)行測(cè)量， 杜絕估量現(xiàn)象的出現(xiàn)；第三， 隔震裝置的選擇一定要注意， 避免以次充好的裝置出現(xiàn)， 做好保養(yǎng)工作， 防止結(jié)構(gòu)性能退化。

2、消能減震技術(shù)

房屋結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部位是抗震性能的保證， 因此必須進(jìn)行合理的防護(hù)， 具體的防護(hù)措施是安裝消能阻尼原件設(shè)備。在這里要注意的是施工技術(shù)的使用， 保證有效的鋪設(shè)。在施工過程中， 為了使各關(guān)鍵部位在地震發(fā)生時(shí)能夠更好的發(fā)揮作用， 要做到以下幾點(diǎn)：a. 要把握好關(guān)鍵部位， 確保施工加固時(shí)位置沒有偏差， 部位沒有遺漏；b. 阻尼裝置要選擇架構(gòu)兼顧類型的， 這樣對(duì)內(nèi)部的穩(wěn)定性有提升作用；c. 安裝技術(shù)要合格， 對(duì)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)， 保證搭砌長(zhǎng)度， 提高抗震性能。

結(jié)束語(yǔ)：

在現(xiàn)代化進(jìn)程高速發(fā)展的今天，高層建筑的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。建筑造型獨(dú)特新穎的建筑，規(guī)模和高度也在不斷增加。隨著建筑業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，滿足高層建筑的材料、形式、整體力學(xué)模型都將趨于復(fù)雜和多元化，這就要求每個(gè)結(jié)構(gòu)工程師要有過硬的專業(yè)知識(shí)、清晰的概念分析和熟練掌握處理問題的能力，不斷的探索和研究，為我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

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