建筑抗震結(jié)構(gòu)設計分析

徐智

【摘要】本文首先對建筑抗震結(jié)構(gòu)設計中存在的問題進行研究，然后提出了建筑結(jié)構(gòu)設計的思路與方法。在建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，抗震設計是非常重要的環(huán)節(jié)，本文以下就此進行詳細的探討。

【關(guān)鍵詞】建筑工程； 抗震結(jié)構(gòu)； 設計； 問題

一、建筑抗震結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

1、 框架結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

（1）在平坦的表面上，在橫向剛性的結(jié)構(gòu)，為改變其分布，從而改變地震內(nèi)力的分布狀態(tài)，導致改變結(jié)構(gòu)層的變化，使得在垂直方向上出現(xiàn)薄弱層，對房屋結(jié)構(gòu)造成危害。

（2）對主體地震的分析變得困難，不容易選擇合適的地震分析模型，以準確估計地震響應并做出處理，按照我國通用的建筑規(guī)范，處理填充墻對結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度貢獻時，通常被認為是減少振動自然周期的行為，從而擴大作為一個整體考慮，而不考慮在地震作用下平面和垂直填充墻布局結(jié)構(gòu)是否合理。

（3）填充墻設計的不合理，對建筑的主體造成了影響，還容易產(chǎn)生安全的隱患，對抗震、防震更是有百害而無一利，這都是設計中存在的比較突出的問題。

（4）框架結(jié)構(gòu)的任意樓層不可避免存的在一定數(shù)量的填充墻，在正常情況下，框架柱的填充墻容易產(chǎn)生裂縫。因此，為了避免更大的損害，必須對檢查層的位移漂移角度進行限制，必須考慮填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的允許程度。不同的材料組成的目標間隙的填充墻框架梁，其變形也有一定的差異。

（5）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，一般不會產(chǎn)生變形，一旦遇到地震主要依靠自己的結(jié)構(gòu)變形吸收地震能量消耗。綜合各種因素，出現(xiàn)地震的時候利用漂移周期減少層間位移比，如果不考慮填充墻的剛度，或者考慮的不夠詳細，往往就會出現(xiàn)計算的錯誤而導致彈性因素失去應有的作用。

2、砌體建筑設計中存在的問題

（1）城市住宅磚房建設中，房屋超高或超層時有發(fā)生，尤其是現(xiàn)代的建筑層數(shù)越來越高，底層還建有商場的大型的場所，這都對方陣設計造成了難題。

（2）在公用建筑砌體房屋中，為了滿足需要的大空間，底部和頂層結(jié)構(gòu)很多都是使用“混合”建筑的方式。在底部或頂部的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)就存在著構(gòu)造柱和圈梁的框架結(jié)構(gòu)局部增加從而導致防震抗震功能下降的危險。

（3）砌體住宅建筑往往都是追求大空間、大客廳，布置大開間和大門洞，有的大墻之間的厚度只有240 mm，嚴重的降低了抗震的性能，有的為了延伸住房的使用面積，在進行房屋建筑設計的時候還將陽臺進行了擴展，但是不采取磚墻構(gòu)造柱數(shù)量增加的加強措施，這就導致抗震性能完全不能達到要求。

（4）多層砌體建筑的抗震設計，為了追求建筑的美感，往往設計的抗震功能都不是體現(xiàn)最好的抗震能力的方式。有的設計人員缺乏的工程經(jīng)驗，對類似的多層磚混砌體抗震設計強度沒有設計經(jīng)驗，對多層砌體抗震構(gòu)造柱和圈梁之間的差異沒有采取必要的措施，很多設計都缺少抗震連接措施，多數(shù)設計不完整或未交代清楚抗震的方式，在設計中對建筑的樓梯設計不合理，有的設計的樓梯較窄，有的設計的樓梯位置靠近建筑物兩側(cè)，都不利于地震后的逃生。

二、建筑結(jié)構(gòu)設計的思路與方法

1、合理選址以提高建筑物的抗震能力

在建筑物選址時，易選擇地層穩(wěn)固地帶，應盡量避開地質(zhì)不穩(wěn)固的地方，如斷層帶、地下采空區(qū)、地下水空洞區(qū)、易液化土等地方。如果沒有條件避開上述不適合建造建筑物的地區(qū)時，應采取相應的抗震應對措施。依據(jù)國家對建筑物抗震的類別等級，采取人工加固地基、注意建筑結(jié)構(gòu)的整體性、建筑物的外形勻稱、建筑物的結(jié)構(gòu)簡單減輕建筑物自重等，都可以消除地基液化沉陷。還有一種特殊的地質(zhì)構(gòu)造，那就是在地基的主要受力層內(nèi)還存在土質(zhì)較軟的粘性土層或者不均勻的土層面時，這種地質(zhì)構(gòu)造若發(fā)生地震，地基會發(fā)生不均勻沉降。在此種地質(zhì)構(gòu)造地帶施工時，應采用樁基和加強基礎(chǔ)的措施來加固地基。

2、使用科學的結(jié)構(gòu)形式

目前，我國常用的建筑結(jié)構(gòu)有：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)。防裂度和地區(qū)不同都是造成結(jié)構(gòu)不同的主要因素， 通常鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力相對較強，由于自身柔韌性較好， 所以鋼筋混凝土在建筑物變形能力控制中，具有良好的承載能力。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設計中，必須根據(jù)抗震要求以及功能特征選用合理的結(jié)構(gòu)方案，在審核結(jié)構(gòu)體系中，也必須考慮結(jié)構(gòu)側(cè)移度，特別是高層建筑物結(jié)構(gòu)設計。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)高度增加，不僅會讓建筑結(jié)構(gòu)在地震作用以及其他負荷作用影響下增大水平位移，也會讓建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)移的剛度增加。而對于不同的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系、組成方式、構(gòu)建以及受力特征，在抵抗側(cè)移剛度等方面都具有很大的差異性，所以在使用中，必須根據(jù)具體情況，選用合理的高度。

3、合理的平立面布置

建筑物的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，從而確保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜規(guī)則、對稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯層。對體形復雜的建筑物合理設置變形縫，在結(jié)構(gòu)設計時要進行水平地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并應對薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施，嚴格控制建筑物的高度和高寬比。

4、多道抗震防線的設置

這樣可以避免在地震作用下，由于局部損壞而造成整個建筑結(jié)構(gòu)的損壞，例如框架----抗震墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，抗震墻可以抵抗較大的側(cè)壓力，是第一道防線，當在地震作用下抗震墻發(fā)生破壞時，框架結(jié)構(gòu)就起到抗震的第二道防線。 多道抗震防線可以極大的消耗地震能量，延緩或者減輕地震作用對高層建筑的損壞。

5、保障結(jié)構(gòu)的延性

（1）對于建筑結(jié)構(gòu)當中柱、梁等構(gòu)件，應該按照強柱弱梁的原則，增加柱子的抗彎能力。鋼筋混凝土的框架在強震發(fā)生時，當?shù)卣鹜χ率菇ㄖY(jié)構(gòu)達到最大的非線性位移時，梁端的塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動會比較大。當柱端的塑性鉸出現(xiàn)比較晚，那么建筑結(jié)構(gòu)達到最大的非線性位移時它的塑性轉(zhuǎn)動會比較小。這樣就保證了框架有了比較穩(wěn)定的塑性耗能構(gòu)件。

（2）要提高結(jié)構(gòu)的延性，還要采取強剪弱彎的措施。因為剪切對于破壞根本沒有延性，如果某個部位一旦發(fā)生剪切破壞時，這個部位在整個抗震結(jié)構(gòu)中的作用就會喪失，柱端發(fā)生剪切破壞，建筑結(jié)構(gòu)的局部就會發(fā)生坍塌，局部坍塌有可能導致整個建筑物的坍塌。因此，要采取措施來增大梁柱和柱端的組合剪力值，保證任何構(gòu)件在強震發(fā)生時都不會損壞其剪力。

6、強化設計質(zhì)量

由于地震具有超強的危害性，所以在地震設計時，必須注重各項影響因素。由于我國建筑設計水平相對落后，很多建筑結(jié)構(gòu)使用的方案不夠合理，在不能科學布置建筑結(jié)構(gòu)方案的過程中，不僅增加了建筑成本和自身重量，也加大了地震危害。因此，在建筑抗震設計中，必須正確運用抗震理論，根據(jù)相關(guān)設計原則，不斷保障或者提高建筑結(jié)構(gòu)可靠性與安全性。具體原則包括：努力降低地震作用時結(jié)構(gòu)位移與扭轉(zhuǎn)，并且建筑結(jié)構(gòu)必須擁有足夠的剛度；結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力相對較高，同時具有足夠的耗能能力與延性。在這過程中，延性大說明變形能力相對較高，承載力與強度減小速度緩慢，不能有足夠的空間吸收，還能耗散地震能量，從自身結(jié)構(gòu)避免坍塌。

三、結(jié)語

總之，抗震設計作為建筑結(jié)構(gòu)設計的重要內(nèi)容， 直接影響居民生命及財產(chǎn)安全。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設計中，必須根據(jù)實際情況，將抗震設計放在重要位置，依據(jù)“抗”和“放”相結(jié)合的原則，嚴格遵守規(guī)范要求，采取科學有效的抗震措施，將地震對建筑物的破壞降至最小化。

參考文獻：

[1] 李淑彥. 建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的要點及方法[J]. 門窗， 2012

[2] 章明. 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的方法研究[J]. 江西建材，2012

[3]崔燁，孫曉紅. 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計與分析[J]. 科技資訊，2011