混凝土結(jié)構(gòu)建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

■劉潔瑜 ■合肥市規(guī)劃設(shè)計研究院，安徽 合肥 230000

城市化進程的加快，促進了城市規(guī)模的擴大和城市人口的增加，也在同時推動了建筑行業(yè)的快速發(fā)展。對于建筑工程而言，良好的質(zhì)量和穩(wěn)定性直接關(guān)系著人們的日常工作和生活，需要設(shè)計和施工人員的充分重視。而隨著高層建筑的大量涌現(xiàn)，做好建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計成為建筑設(shè)計人員重點關(guān)注的問題，但是在實際操作中，建筑抗震設(shè)計存在著一些不足和問題，需要設(shè)計人員的重視和解決。

1 建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性

在建筑設(shè)計，尤其是高層建筑設(shè)計中，做好抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常必要的。在當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展的帶動下，我國的城市化進程不斷加快，城市規(guī)模的擴大和城市人口的增加使得城市的人地矛盾日益凸顯。在這樣的背景下，高層建筑得到了迅猛發(fā)展，并且迅速成為城市建筑發(fā)展的主流方向。但是，建筑高度越高，其自身的重量也就越大，對于震動的抵抗能力越差，如果高層建筑的設(shè)計還按照普通建筑設(shè)計的方法，一旦遭遇地震，必然會導(dǎo)致建筑的損壞或倒塌，引發(fā)嚴(yán)重的后果。因此，在設(shè)計人員應(yīng)該充分重視建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)能夠在強度、剛度、延性等方面達到最佳，實現(xiàn)“小震不動、中震可修、大震不倒”的目的，保障建筑的使用安全。

2 建筑抗震設(shè)計中存在的問題

從當(dāng)前的發(fā)展情況看，我國在建筑抗震設(shè)計中，存在著一些不足和問題，需要相關(guān)人員的充分重視。這些問題主要表現(xiàn)在:

(1)缺乏全面的地質(zhì)勘查。許多建筑工程在設(shè)計初期，并沒有對擬建場地進行全面的地質(zhì)勘查，存在著地質(zhì)資料不全的問題，影響了地基設(shè)計的合理性，從而給建筑整體結(jié)構(gòu)帶來了很大的安全隱患。

(2)缺乏可靠的建筑材料。對于建筑工程而言，結(jié)構(gòu)材料直接決定了建筑整體的性能和質(zhì)量，在相同條件下，材料性能越好，則建筑整體的穩(wěn)定性和質(zhì)量也就越好，抵抗地震作用的能力也越強。但是當(dāng)前許多建筑設(shè)計和施工單位為了減少施工成本，往往會選擇質(zhì)量相對較差的材料，雖然能夠滿足建筑的質(zhì)量要求，但是其抗震性能難以保證。

(3)缺乏合理的平面布局。在抗震設(shè)計中，要求建筑的平面和立面布局應(yīng)該規(guī)整、對稱，確保質(zhì)量分布和剛度變化的均勻，這樣才能保證建筑整體的抗震性能。但是，當(dāng)前許多建筑在平面設(shè)計中存在著嚴(yán)重的不對稱現(xiàn)象，影響了建筑的整體剛度及抗震性能。

(4)缺乏規(guī)范的防震縫設(shè)計。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)高層建筑存在以下三種情況時，需要設(shè)置相應(yīng)的防震縫:一是平面各項尺寸都超過了《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》的限值而且沒有相應(yīng)的加強措施;二是各部分結(jié)構(gòu)的剛度或者荷載相差懸殊同時也沒有采取相應(yīng)的應(yīng)對措施;三是建筑存在較大的錯層。而從目前來看，許多建筑在設(shè)計過程中，并沒有重視防震縫的設(shè)計，嚴(yán)重影響了建筑整體的穩(wěn)定和安全。

3 混凝土結(jié)構(gòu)建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效措施

在混凝土結(jié)構(gòu)建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要滿足兩個方面的需求，一是剛度需求，設(shè)計人員必須明確建筑施工現(xiàn)場的地形地貌、建材特性等，對建筑整體結(jié)構(gòu)的剛度進行合理設(shè)計，同時以建筑結(jié)構(gòu)的連接設(shè)置為輔助，對其進行一定的調(diào)整，提升建筑的抗震性能;二是受力需求，根據(jù)地震災(zāi)害數(shù)據(jù)顯示，如果混凝土建筑剛度比較柔軟，則其在地震作用下，主體結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)嚴(yán)重損壞，甚至可能導(dǎo)致崩塌。因此，應(yīng)該充分考慮建筑結(jié)構(gòu)中連接點和構(gòu)建的受力需求，采取合理有效的措施，進行相應(yīng)的減震消災(zāi)。

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，混凝土結(jié)構(gòu)建筑的抗震結(jié)構(gòu)包括抗震層、防震縫和抗震支座等，這里分別對其設(shè)計進行簡要分析。

(1)抗震層?？拐饘右话阄挥诮ㄖA(chǔ)的頂部，是最為基本的抗震構(gòu)造形式，能夠最大限度地對地震能量進行隔離，從而保證建筑的使用安全。在實際設(shè)計中，為了保證安裝和維護的便利性，需要在抗震層頂部梁底與基礎(chǔ)面之間留出0.8m 以上的空間。從建筑功能方面分析，為了對抗震層頂部的樓板進行有效利用，可以以地下室或者半地下室的形式，將抗震層設(shè)置在地下室柱頂或者墻頂。同時，為了對構(gòu)件的受力情況進行改善，當(dāng)水平剪力較大時，可以在柱體中設(shè)置相應(yīng)的減震器，將抗震層的剪力和彎矩分別傳遞到柱或者墻的上下端。

(2)防震縫。防震縫是指為了防止地震對于建筑的破壞，在適當(dāng)位置設(shè)置的縫隙，可以將建筑分為若干形體簡單、結(jié)構(gòu)剛度均勻的獨立部分。簡單來講，防震縫是為了減輕或者防止相鄰結(jié)構(gòu)單元在地震作用下相互碰撞而預(yù)先設(shè)置的間隙。通過設(shè)置防震縫，可以對復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)進行分割，形成相對規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，從而減少建筑的扭轉(zhuǎn)、改善結(jié)構(gòu)抗震性能。在對防震縫進行設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該結(jié)合實際情況，保證其寬度的合理性，如果完全按照規(guī)范要求，則在強烈地震作用下，仍然可能會發(fā)生碰撞;如果防震縫寬度過大，則會影響建筑立面設(shè)計。對于體形相對規(guī)則的混凝土結(jié)構(gòu)建筑，可以不設(shè)置防震縫，而如果建筑的結(jié)構(gòu)非常不規(guī)則，而且建筑場地并沒有限制，則應(yīng)該設(shè)置防震縫，同時防震縫的寬度應(yīng)該能夠滿足抗震支座在遭遇強烈地震時的位移要求，并考慮建筑與周圍構(gòu)造物之間可能出現(xiàn)的相對運動。

(3)抗震支座?？拐鹬ё嘤糜诘卣鹩绊懕容^大的部分或者伸縮梁較大，需要通過滑動釋放內(nèi)應(yīng)力的部分。通常來講，要想保證對地震作用的有效隔離，抗震支座必須具備幾個方面的性能，一是應(yīng)該能夠承擔(dān)上部建筑的荷載，同時變形較小，具備良好的豎向剛度和豎向承載力;二是在水平方向上必須具備較小的水平剛度，以延長結(jié)構(gòu)的自振周期，減少上部結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)及下部結(jié)構(gòu)的層間剪力;三是必須有適當(dāng)?shù)淖枘?，以限制結(jié)構(gòu)位移;四是抗震支架的使用壽命不能少于建筑結(jié)構(gòu)的使用年限。對于建筑設(shè)計人員而言，不僅需要熟悉抗震支座的各項性能，而且還應(yīng)該熟練掌握其實驗方法，以保證抗震支座的耐久性和相關(guān)力學(xué)性能。

在對抗震支座進行設(shè)計和選擇時，通常需要注意以下幾個方面的內(nèi)容:①地震波設(shè)計:指通過人工地震波的方式，對抗震支座的性能進行檢驗。假定地震震級為8 級，震中距50km，則在彈性分析時，輸入速度為25cm/s，在彈塑性分析時，輸入速度為50cm/s。②抗震裝置計算:在輸入地震波對抗震裝置的相關(guān)參數(shù)進行計算時，去大震時固有周期目標(biāo)值為3s，等效粘性阻尼比的目標(biāo)值為10%。③上部結(jié)構(gòu)截面計算:采用基于長期應(yīng)力和一次設(shè)計用剪力的地震應(yīng)力，對上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進步性容許應(yīng)力設(shè)計。此時，以一次設(shè)計用建立超過輸入25cm/s 的地震反應(yīng)建立;當(dāng)輸入波為50cm/s 時，以上部結(jié)構(gòu)基本上不屈服為目標(biāo)進行設(shè)計。④設(shè)計準(zhǔn)則:對應(yīng)地震動為25Cm/s 和50cm/s 的地震反應(yīng)分析，對于抗震支座最大位移量的確定方法為:取疊合橡膠墊的容許水平位移37.5mm 的1/1.5 為輸入波水平達50cm/s 時的最大位移，再取此值的1/1.5 為輸入水平達25cm/s 時的最大值。

4 結(jié)語

總而言之，在經(jīng)濟發(fā)展的帶動下，我國的建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展和進步，高層建筑的不斷涌現(xiàn)，對于建筑的穩(wěn)定性和安全性也提出了更高的要求。在混凝土結(jié)構(gòu)建筑中，做好抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的，直接影響著建筑整體的穩(wěn)定和安全，需要相關(guān)設(shè)計人員的充分重視。

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