建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求及其設(shè)計(jì)重點(diǎn)探討

陳曉銀

【摘 要】在確定建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要全面地考慮建筑結(jié)構(gòu)的使用功能、場(chǎng)地類(lèi)別、設(shè)防烈度、建筑高度、地基基礎(chǔ)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)材料和施工工藝等，同時(shí)還要考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)保障等，選擇最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)體系。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)安全；結(jié)構(gòu)體系；概念設(shè)計(jì)；空間剛度；整體穩(wěn)定性

0 引言

地震是絕大部分工程結(jié)構(gòu)的控制荷載，在人類(lèi)歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)造成巨大人員傷亡的地震災(zāi)害。隨著現(xiàn)代工業(yè)化和城市化的進(jìn)程加快，由于采取不斷進(jìn)步的結(jié)構(gòu)設(shè)防措施，地震災(zāi)害造成的人員傷亡顯著下降，但是造成的經(jīng)濟(jì)損失則是令人震驚的。因此，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)可以有效減少地震災(zāi)害對(duì)于建筑的破壞，最大限度地保障人們的生命安全。

1 建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)，由于地震災(zāi)害的爆發(fā)具有不確定性、隨機(jī)性，房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)合適與否，在概念設(shè)計(jì)中可以清晰地表達(dá)。而在抗震設(shè)計(jì)中，需要在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段正確掌握地震災(zāi)害的能量輸入、建筑結(jié)構(gòu)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布等主要方面，這樣可以從根本上消除房屋建筑結(jié)構(gòu)中抗震較薄弱的環(huán)節(jié)。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的三大重點(diǎn)

2.1 抗震場(chǎng)地的選擇

選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地，宜避開(kāi)對(duì)建筑抗震不利的地段，不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造甲、乙、丙類(lèi)建筑。地震造成建筑物的破壞，除地震直接引起的結(jié)構(gòu)破壞外，場(chǎng)地條件也是一個(gè)重要的原因。地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂，地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，應(yīng)選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，應(yīng)避開(kāi)對(duì)抗震不利地段，如軟弱場(chǎng)地土、易液化土、狀態(tài)明顯不均勻等地段；當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施，應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類(lèi)別、地基液化等級(jí)，分別采取加強(qiáng)地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時(shí)，估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，采用樁基、地基加固和加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施；對(duì)于地震時(shí)可能導(dǎo)致滑移或地裂的場(chǎng)地，應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇

建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的一個(gè)重要問(wèn)題，結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理，對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性起決定的作用。具體而言，應(yīng)注重以下幾方面的設(shè)計(jì)：

第一，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力?？拐鹪O(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是結(jié)構(gòu)應(yīng)具有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能，即使地震中部分構(gòu)件退出工作，其余構(gòu)件仍能將豎向荷載承擔(dān)下來(lái)，避免整體結(jié)構(gòu)失效或失穩(wěn)。

第二，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑。在這過(guò)程中，豎向構(gòu)件的布置，應(yīng)盡量使豎向構(gòu)件在垂直重力荷載作用下的壓應(yīng)力水平按近均勻；樓屋蓋梁系的布置，應(yīng)盡量使垂直重力荷載以最短的路徑傳遞到豎向構(gòu)件墻、柱上去；轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的布置，應(yīng)盡量做到使上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件傳來(lái)的垂直重力荷載通過(guò)轉(zhuǎn)換層一次至多二次轉(zhuǎn)換。與此同時(shí)，整體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系也必須明確，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)一般由框架、剪力墻、簡(jiǎn)體、支撐等組成，它們宜盡量貫通連續(xù)，若它們沿豎向要有變化，則變化要緩慢均勻。

第三，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的塑性?xún)?nèi)力重分布能力，能較充分地發(fā)揮吸收和耗散地震能量的作用。

第四，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有合理的剛度和強(qiáng)度。宜具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使節(jié)點(diǎn)基本不破壞，底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應(yīng)當(dāng)使梁、柱端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能分散；對(duì)于可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。

2.3 重視建筑平面布置的規(guī)則性

建筑的平、立面布置應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)原則，宜采用規(guī)則的建筑設(shè)計(jì)方案，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?？拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)平面不規(guī)則或豎向不規(guī)則，或平面、豎向均不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型；對(duì)凹凸不規(guī)則或樓板局部不連續(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；對(duì)薄弱部位應(yīng)乘以?xún)?nèi)力增大系數(shù)，應(yīng)按規(guī)范有關(guān)規(guī)定進(jìn)行彈塑性變形分析，并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。在我國(guó)建筑中，結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性主要指的是抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)。對(duì)稱(chēng)的建筑如平面對(duì)稱(chēng)的簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等，一般比較容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。

結(jié)構(gòu)的規(guī)則性主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的剛度要比較接近、變形特性要比較相近；二是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)沿豎向斷面、構(gòu)成變化比較均勻，不要突變；三是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置，應(yīng)注意同一主軸方向各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度盡量均勻；四是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置還應(yīng)注意中央核心與周邊結(jié)構(gòu)的剛度協(xié)調(diào)均勻，保證主體結(jié)構(gòu)具有較好的抗扭剛度，以避免建筑在地震或風(fēng)的扭矩作用下產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，從而引起結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞?？梢哉f(shuō)，重視建筑平面布置的規(guī)則性在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)重要，在實(shí)踐中應(yīng)高度重視這方面的規(guī)范。

3 對(duì)提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的建議

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是專(zhuān)家們通過(guò)對(duì)大量建筑地震震害實(shí)例進(jìn)行分析，歸納總結(jié)出來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是非常重要和必要的，因而，應(yīng)當(dāng)引起高度重視。為了有效提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，需從以下幾方面著手：首先，要合理的布局地震外力能量的傳遞吸收途徑，保證支柱、墻和梁的軸線(xiàn)處于同一平面，從而形成構(gòu)件雙向抗側(cè)力體系。使其在地震作用下呈彎剪破壞，并且塑性屈服盡量產(chǎn)生在墻的底部。而連梁宜在梁端塑性屈服，還有足夠的變形能力。在墻段充分發(fā)揮抗震作用前，按照“強(qiáng)墻弱梁”的原則加強(qiáng)墻肢的承載力，避免墻肢的剪切破壞，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。其次，要按照抗震等級(jí)對(duì)梁、柱以及墻的節(jié)點(diǎn)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施確保建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下達(dá)到三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。為了保證鋼筋砼結(jié)構(gòu)在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應(yīng)按照“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構(gòu)造配筋要求，尤其是要加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施。最后，要設(shè)置多道抗震防線(xiàn)，即在一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系中，一部分延性好的構(gòu)件在地震作用下，首先達(dá)到屈服，擔(dān)負(fù)起第一道抗震防線(xiàn)的作用，其他構(gòu)件則在第一道抗震防線(xiàn)屈服后才依次屈服，從而形成第二、第三或更多道抗震防線(xiàn)，這樣的結(jié)構(gòu)體系對(duì)保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，通過(guò)多年對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)的研究，我國(guó)逐漸形成了自己的一套較為先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)方法而且日益成熟，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善?？傊?，要保證建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的高效完成，應(yīng)當(dāng)在遵循相關(guān)規(guī)范要求的原則上，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理地設(shè)計(jì)，使建筑物具有可靠的抗震性能，達(dá)到建筑物小震不壞，中震可修，大震不倒的要求。相信，隨著設(shè)計(jì)師抗震設(shè)計(jì)水平的提高，我國(guó)的工程抗震設(shè)計(jì)也將會(huì)邁上更高的臺(tái)階。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]