建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺析

程品

【摘 要】建筑的基本功能是在確保居住安全的前提下，為人們提供生活空間，只有在保障住戶自身安全的前提條件下，建筑才能供人使用。建筑的功能結(jié)構(gòu)抗震對(duì)整體安全性具有決定性影響作用，當(dāng)前設(shè)計(jì)中還存在一些問題，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)抗震效果不佳。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，探討提高建筑功能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的策略。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)抗震；建筑抗震；抗震設(shè)計(jì)；存在問題；解決措施

一.引言

我國(guó)處于環(huán)太平洋地震帶和歐亞大陸地震帶的交匯地段，屬于地震多發(fā)國(guó)家。1976年唐山大地震、2008年汶川地震，一次次大地震災(zāi)害的背后，不僅僅是經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)更是巨大的人身傷亡。地震具有突發(fā)性，地震災(zāi)害活動(dòng)越來越頻繁，這給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了難度。地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要充分考慮抗震性能，避免地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成破壞。

二.結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的主要問題

在我國(guó)，隨著建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提出了一系列的抗震規(guī)范，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員注意抗震概念設(shè)計(jì)。合理全面的設(shè)計(jì)有助于明確設(shè)計(jì)思想，恰當(dāng)、靈活地運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則使設(shè)計(jì)人員不盲目地相信電算的結(jié)果，從而做到比較合理的抗震設(shè)計(jì)。目前，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中主要存在有以下幾個(gè)問題：

1.建筑平面布置設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震失效。

建筑平面布置是建筑設(shè)計(jì)中的重要組成部分，其布置情況直接反映建筑使用功能和相關(guān)要求。平面設(shè)計(jì)布置時(shí)，要將內(nèi)墻的布置、柱子的距離、通道和樓梯的位置、空間活動(dòng)面積大小、房間數(shù)量和布置、電梯井的布置等在建筑平面布置圖上進(jìn)行明確。建筑的使用功能不同，在樓層布置上存在一定的差異。

公寓、寫字樓、餐飲娛樂、商場(chǎng)等，在進(jìn)行建筑布置時(shí)，空間和房間劃分上的差異較大。建筑平面布置多樣化的同時(shí)，要考慮結(jié)構(gòu)的抗震要求，其中較為突出的問題是：建筑平面上的內(nèi)隔墻、外圍填充墻、具有相應(yīng)剛度和強(qiáng)度的非承重內(nèi)隔墻等墻體的布置不對(duì)稱；柱子和墻體的分布不協(xié)調(diào)不對(duì)稱；建筑結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量在平面上分布不均勻等因素導(dǎo)致建筑物在地震發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用，導(dǎo)致建筑損壞。

2.屋頂設(shè)計(jì)存在缺陷。

在高層建筑或超高層建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)屋頂建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)重要部分。通過從對(duì)近幾年來，高層建筑抗震設(shè)計(jì)的審查結(jié)果分析，屋頂建筑設(shè)計(jì)存在過高、過重等重大問題。過高、過重的屋頂建筑無疑是加大了建筑的變形，同時(shí)也加大了地震的作用。

過高、過重的屋頂建筑對(duì)自身，對(duì)其下部建筑都非常不利。通常情況下，屋頂建筑和下部建筑的重心都不是在同一條線上，存在不同程度的偏心現(xiàn)象，部分建筑設(shè)計(jì)屋頂建筑時(shí)為偏向一側(cè)，屋頂建筑的抗側(cè)力墻和下部建筑的抗側(cè)力墻上下不連續(xù)，在面臨地震時(shí)，加大了地震的扭轉(zhuǎn)作用，這對(duì)建筑非常不利。

3.建筑豎向布置設(shè)計(jì)問題。

主要是在建筑設(shè)計(jì)中，反映沿著高度或樓層結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度分布問題。無論是何種類型的建筑，無論是多層還是單層，都存在此類問題。尤其是在高層建筑和超高層建筑中，表現(xiàn)的更為突出。

由于建筑適用功能的不同，如果建筑底層是購(gòu)物中心或商場(chǎng)時(shí)，要求大空間和大柱距，而上部的樓層為寫字樓或多樣化的公寓時(shí)，前者要求設(shè)置柱，墻少，而后者則是以墻為主。由于建筑使用功能的不同，導(dǎo)致建筑物沿著樓層或高度分布的剛度和質(zhì)量都不協(xié)調(diào)、不均勻。其中較為突出的問題是沿著上下相鄰的樓層由于質(zhì)量和剛度相差較大，造成突變。這是建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須要重視的問題。

三.提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的策略

1.提高高層建筑結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震。

高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的是薄弱環(huán)節(jié)的處理措施和對(duì)多道抗震設(shè)防措施的保證。結(jié)構(gòu)抗震體系包含多個(gè)具有良好延性的分體組合，具有良好延性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過設(shè)計(jì)連接，實(shí)現(xiàn)協(xié)同聯(lián)合工作。建筑面臨地震災(zāi)害時(shí)，通常情況下在主震過后，多次余震往往會(huì)造成比主震破壞程度更大的結(jié)構(gòu)損壞。

建筑抗震結(jié)構(gòu)體系只有最大程度的增加外部和內(nèi)部的冗余度數(shù)量，有意識(shí)的增加分布屈服區(qū)，來實(shí)現(xiàn)抵御以耗能為主的抗震性能要求。進(jìn)行高度建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不可片面過分強(qiáng)調(diào)構(gòu)件強(qiáng)度，必須要綜合處理好結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，要保證構(gòu)件具有較長(zhǎng)的有效屈服時(shí)間，能有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)延性，增加抗倒塌能力。

2.解決屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)難題。

在屋頂建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量降低屋頂建筑的高度。建筑材料適宜選擇輕質(zhì)的建筑材料，要保持剛度分布均勻。屋頂建筑要?jiǎng)?chuàng)造條件，確保地震作用能沿著建筑結(jié)構(gòu)通暢進(jìn)行傳遞，確保屋頂?shù)闹匦暮拖虏拷ㄖ匦亩急M可能保持一致。當(dāng)屋頂建筑高度超高時(shí)，要確保結(jié)構(gòu)具有較好的抗震定性，要保證屋頂建筑在面對(duì)地震作用時(shí)，具有較小的變形，盡量不發(fā)生扭轉(zhuǎn)地震作用。

3.解決建筑豎向布置設(shè)計(jì)的問題。

結(jié)構(gòu)概念抗震設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能起決定性作用，而結(jié)構(gòu)布置則是概念設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)，這就要求結(jié)構(gòu)工程師不僅要運(yùn)用好抗震計(jì)算分析，還要重視結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，使建筑設(shè)計(jì)與建筑抗震設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，這樣建筑抗震設(shè)計(jì)水平才能達(dá)到一個(gè)比較完善的高度?？拐鹪O(shè)計(jì)的高層建筑，在建筑設(shè)計(jì)中其立面形狀宜規(guī)則、簡(jiǎn)單，可采用矩形、梯形、三角形等沿高度均勻變化的上小下大的簡(jiǎn)單幾何圖形，要盡量確保結(jié)構(gòu)沿著豎向剛度均勻分布，特別是不設(shè)置剛度較大的剛度轉(zhuǎn)換層時(shí)。概念設(shè)計(jì)中，盡可能使剪力墻布置較為均勻，并沿豎向貫通到建筑的底部，同時(shí)避免某一樓層的剛度過小，避免地震時(shí)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

4.合理進(jìn)行建筑平面設(shè)計(jì)布置設(shè)計(jì)，提高建筑抗震能力。

建筑平面布置設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震影響很大，進(jìn)行建筑平面布置設(shè)計(jì)是，要盡可能確保建筑結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量都均勻分布，結(jié)構(gòu)要對(duì)稱協(xié)調(diào)，盡量避免突變，防止在地震時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。墻體布置要均勻；剪力墻或抗震墻布置要和結(jié)構(gòu)抗震要求相結(jié)合；剛度較大的電梯井要盡量居中布置，避免偏心。建筑平面布置設(shè)計(jì)要為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的合理分布創(chuàng)造條件，要將建筑施工功能和結(jié)構(gòu)抗震要求融為一體，以此來充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)作用。

5.帶框架-核心筒結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

在出現(xiàn)地震的情況下，框架-核心筒結(jié)構(gòu)要慎重使用剛度很大的“剛性”。這是因?yàn)椋摻Y(jié)構(gòu)雖然能夠有效的降低結(jié)構(gòu)位移，但是卻會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)剛度突變，周圍內(nèi)力增加，導(dǎo)致薄弱層的出現(xiàn)。

在對(duì)這一結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行設(shè)置之后，必須重視上、下外圍框架柱的強(qiáng)度和延性設(shè)計(jì)，要通過勁性鋼筋混凝土同時(shí)使用復(fù)合螺旋箍筋；在樓板處要增加厚度，同時(shí)在設(shè)計(jì)配筋的過程中要考慮樓板的翹曲問題。在出現(xiàn)地震的時(shí)候，框架-核心筒結(jié)構(gòu)應(yīng)該使用“有限剛度”，因?yàn)閺目拐鹦阅茉O(shè)計(jì)觀念上最大程度的對(duì)原有結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)整體的剛度僅僅需要滿足規(guī)范最低值就可以，而“有限剛度”能夠彌補(bǔ)整體剛度之不足，從而防止構(gòu)建損壞。

四.結(jié)束語

結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能起決定性作用，而高層建筑結(jié)構(gòu)的選型與結(jié)構(gòu)布置在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)中占有極其重要的地位，它們直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。建筑結(jié)構(gòu)抗震是盡量減少地震作用對(duì)建筑的破壞，同時(shí)最大程度確保建筑結(jié)構(gòu)安全。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要最大限度提高建筑結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性，確保建筑安全性能基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)用功能，保障住戶人身安全。

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