對建筑結(jié)構(gòu)抗震設計若干問題的探究

劉宏偉

摘要：隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展和城市化發(fā)展的不斷深入，各種新型的、高層的建筑物拔地而起，而隨著現(xiàn)代建筑的建筑類型越來越復雜，其對地震風荷載等的抗震能力要求也越來越高。只有對建筑結(jié)構(gòu)進行全面合理地抗震設計，才能保證建筑的質(zhì)量和安全，保護人民的生命財產(chǎn)安全，也能不斷促進我國的社會的穩(wěn)定發(fā)展。本文針對建設抗震設計中常見的一些問題進行了簡單的探討。

關(guān)鍵詞：抗震設計；高度設計；場地選擇

近年來，在我國幾次重大的地震災害中，房屋建筑的倒塌現(xiàn)象時有發(fā)生，給我國人們的生產(chǎn)生活和生命財產(chǎn)帶來了重大的損失，也嚴重影響了我國的現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展進程。地震災害是一種無法避免的天然災害，我國又是一個地震多發(fā)國家，因此在各種新型、復雜和高層建筑不斷應運而生的時代，我們應該充分重視建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性能，做好建筑抗震設計，保證建筑的整體穩(wěn)定性能。下面主要從幾個常見的抗震設計問題入手，如對建筑抗震場地的選擇、建筑高度設計、建筑結(jié)構(gòu)體系和材料選擇、建筑不規(guī)則形問題以及抗震設計等級等方面，進行簡單的探討。

一、抗震場地選擇

建筑物的抗震性能除了與建筑物本身的結(jié)構(gòu)設計有關(guān)外，還在很大程度上受到建筑場地的影響。在地震發(fā)生的過程中，如果建筑場地本身屬于軟土地基，將會更加容易受到地震波的破壞。應該做好充分的前期地質(zhì)勘查工作，全面深入地了解建筑場地的地質(zhì)條件，避免在一些危險地段進行甲、乙、丙類建筑施工。由于在地震波的作用影響下，地表附近會發(fā)生各種大小裂縫以及不同程度的錯動，導致地基交錯地帶產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象、出現(xiàn)不均勻沉降以及造成各種建筑施工材料（如砂土、粉等）的液化，這種不利的地震作用尤其是在一些地質(zhì)條件明顯不均勻、土質(zhì)易液化以及軟弱地基等的地段中表現(xiàn)更為突出。在實際施工中，應該盡量避免在這種地質(zhì)場地施工。如果不得不在這些不利場地進行施工，則應該進行全面合理地抗震設計，采取多種有效的抗震措施，盡量減少不利地形對建筑抗震性能的影響。應該根據(jù)實際施工要求，對上部結(jié)構(gòu)以及地基的剛度和結(jié)構(gòu)整體性進行加強，盡量減少地基因液化而造成沉降，使地基液化等級達到相關(guān)的設計要求，滿足建筑抗震性能。如果地基的受力由一些剛性和整體性較差的土層（如嚴重不均勻土層、新近挖填的土層以及軟弱粘性土層等）承載時，應該及時對上部結(jié)構(gòu)進行一定的處理，通過地基加固、樁基等方式加強地基基礎的強度和整體穩(wěn)定性。同時還應該考慮地震橫波對地基的剪切作用力，應該對容易產(chǎn)生滑移的場地進行一定的加固措施。

二、高度設計

在對建筑結(jié)構(gòu)抗震設計過程中，應該根據(jù)不同的建筑性能要求和結(jié)構(gòu)體系，充分考慮經(jīng)濟適用原則，在我國相關(guān)的建筑施工標準規(guī)范（如《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》）的指導下，進行科學合理地設計。下面給出了高層建筑采用A級與B級鋼筋混凝土時的最大適用高度。如表1和表2所示。

表1 高層建筑A級鋼筋混凝土最大適用高度/m

結(jié)構(gòu)體系 非抗震設計 抗震設防烈度

6度 7度 8度 9度

0.20g 0.3g

框架 70 60 50 40 35

框架-剪力墻 150 130 120 100 80 50

全部落地 150 140 120 100 80 60

剪力 剪力墻

墻 部分框支 130 120 100 80 50 不應采用

剪力墻

框架- 160 150 130 100 90 70

筒體 核心筒

筒中筒 200 180 150 120 100 80

板柱-剪力墻 110 80 70 55 40 不應采用

表2 高層建筑B級鋼筋混凝土最大適用高度/m

結(jié)構(gòu)體系 非抗震設計 抗震設防烈度

6度 7度 8度

0.20g 0.3g

框架-剪力墻 170 160 140 120 100

全部落地 180 170 150 130 110

剪力 剪力墻

墻 部分框支 150 140 120 100 80

剪力墻

框架- 220 210 180 140 120

筒體 核心筒

筒中筒 300 280 230 170 150

在施工中應該嚴格按照相關(guān)的規(guī)范進行高度設計，如果高度設計超出規(guī)范標準，將會加大建筑結(jié)構(gòu)的變形，導致建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的延性要求、材料性能、抗荷載系數(shù)等都會發(fā)生較大的變化，大大降低了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和綜合穩(wěn)定性能。

三、結(jié)構(gòu)體系及材料選擇

合理選擇建筑物的結(jié)構(gòu)體系和建筑材料能在一定程度上增強建筑物的整體穩(wěn)定性和抗震性能。我國的高層建筑物常見結(jié)構(gòu)體系包括筒中筒體系、框架筒體系以及組合筒體系，這三種結(jié)構(gòu)體系用于高層建筑中能夠很好地提高建筑的整體穩(wěn)定性和抗震性能，因此在世界范圍內(nèi)都得到了廣泛的應用。雖然我國同其他國家所用的建筑結(jié)構(gòu)體系基本一樣，但是我國的高層建筑中常使用的建筑材料為鋼筋混凝土材料結(jié)構(gòu)體系，而在國外則更多的使用鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，在地震作用力下，其結(jié)構(gòu)內(nèi)筒要承載百分之八十的荷載作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變形限制了鋼筋混凝土筒結(jié)構(gòu)體系的變形，而鋼筋混凝土筒的變形導致發(fā)生側(cè)向位移，鋼框架由于剛度較小，對側(cè)向位移的影響作用較小，從而導致整體結(jié)構(gòu)的承載能力受到限制，在實際建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，可以通過設置建筑結(jié)構(gòu)的伸臂結(jié)構(gòu)揮著加強鋼筋混凝土筒的整體剛度，來提高建筑物的抗震性能和整體穩(wěn)定性能。

四、平面布置的規(guī)則性

在建筑物的抗震設計中，應該嚴格按照抗震概念設計原則，對建筑物的平、立面布置采用規(guī)則的設計方案。如果建筑物的平面或豎面不規(guī)則，或者兩者均不規(guī)則，則應該根據(jù)建筑的實際結(jié)構(gòu)性能建立適宜的空間模型，通過分析計算對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能進行科學合理地設計。對于平面規(guī)則性超限的建筑，在設計中應該采用部分彈性板、部分剛性板的模型或者采用彈性樓蓋模型，對建筑物在各種外力、荷載以及強震下的結(jié)構(gòu)綜合性能進行驗算測試。在測試中還應該考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應對結(jié)構(gòu)的影響。對于結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則凹凸以及建筑物的樓板出現(xiàn)斷開的情況，在設計中，應該根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的平面特征和剛性變化，選擇符合條件的彈性樓板模型進行相關(guān)的驗算測試。對于建筑物結(jié)構(gòu)因凹凸不平、洞口、結(jié)構(gòu)邊角等而導致出現(xiàn)集中應力的部位，應該采取合適的方法對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行加固。加固方法包括增加樓板的厚度、加強樓板混凝土配筋、在邊梁內(nèi)集中加強配筋、在應力突變部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)加入45°斜向鋼筋等都可以用來增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的綜合抗性。當建筑物的樓板之間連系過弱或者建筑物的平面過長時，可以對建筑物設置合適的變形縫。對于受結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應影響比較大的建筑物，應該使抗側(cè)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的分布盡量均勻，并盡可能加大建筑物外圍豎向結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力。

五、抗震設計等級

通過對我國歷年來地震災害與建筑結(jié)構(gòu)抗震等級的研究發(fā)現(xiàn)，我國目前的抗震設計烈度并沒能很好地符合實際抗震需求，研究數(shù)據(jù)表明，在2000年重現(xiàn)的大型地震中，有2%的地震災害超出了建筑抗震設計等級，在475年重現(xiàn)的重型地震中，10%以上的災害超出了建筑抗震設計等級，而50年重現(xiàn)的小型地震，則所有地震中， 62%以上的災害超出了建筑實際的抗震設計等級。在這種情況下，我們應該及時設計出更加安全、符合實際抗震需求的抗震設計安全烈度。這樣才能嚴格按照抗震等級要求設計出科學合理的建筑總體結(jié)構(gòu)，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性和穩(wěn)定性能。

結(jié)語：

隨著城市化建設的不斷深入，越來越多的復雜、高層和大型建筑物拔地而起，這就對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提出了更高的要求。在實際抗震設計工作中，應該綜合考慮眾多影響建筑整體性能的因素，如加強前期地形勘查，嚴格按照規(guī)范和建筑實際性能要求設計建筑高度，注意建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形、結(jié)構(gòu)體系以及結(jié)構(gòu)材料對抗震性能的影響等。

參考文獻：

[1]趙建榮.建筑結(jié)構(gòu)抗震設計若干問題的探究[J].科技創(chuàng)新導報，2012，（6）.

[2]方小丹，魏璉.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設計若干問題的討論[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，2011，（12）.

[3]孫三霞，姜效光，李紅培.淺談磚砌體房屋建筑的抗震設計[J].價值工程，2010，（13）.

[4]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）[S].

[5]建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）[S].