鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

劉家洋

【摘要】近年來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用在建筑工程中，它在現(xiàn)代建筑中占據(jù)著重要的位置，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量直接決定著建筑物的投入使用效果，而抗震能力與建筑結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，為避免或者降低地震帶來的影響程度，我們應(yīng)著重做好抗震設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；建筑結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計(jì)

前言

伴隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)也出現(xiàn)了一定的變化。一直以來，地震嚴(yán)重威脅著人民群眾的人身以及財(cái)產(chǎn)安全，據(jù)對以往自然災(zāi)害的分析可知，地震災(zāi)害在總災(zāi)害中的比重達(dá)到一半，而我國抗震能力與西方國家相比，能力較弱，外加，地震災(zāi)害的發(fā)生幾率逐漸增加，這嚴(yán)重制約了社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展速度。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震目標(biāo)與設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)堅(jiān)持“小震無影響、中震可維修、大震不傾倒”的目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，主要實(shí)施兩階段設(shè)計(jì)，在第一階段中，參照小震出現(xiàn)時(shí)的作用效果、負(fù)載效應(yīng)，科學(xué)計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件負(fù)載能力以及形變程度，在第二階段設(shè)計(jì)中，參照出現(xiàn)次數(shù)較少的地震作用效果，科計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的形變程度[1]。

二、地震災(zāi)害中建筑結(jié)構(gòu)的損害位置

眾所周知，地震具有一定的突發(fā)性和復(fù)雜性，這要求建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具備一定的彈性形變程度，以免在地震中被損壞或者傾倒，若想實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)目標(biāo)，存在一定的難度，但合理的抗震設(shè)計(jì)可降低損壞程度，這是因?yàn)閷⒌卣甬a(chǎn)生的能量經(jīng)由彈性形變進(jìn)行消耗，因此，在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)著重增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的形變程度、能量損耗效應(yīng)和抗震性。

（一）各層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱樓層。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，如若框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一致，將會存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱的樓層，一旦遭遇地震，高樓層首先受到損害，形變程度較大，從最初的彈塑性形變到最終的集中形變，引發(fā)倒塌現(xiàn)象。

（二）填充墻的損壞。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，填充墻具有較強(qiáng)的抗形變能力，剛度和硬度均較高，然而，一旦遭遇地震災(zāi)害，填充墻首當(dāng)其沖被破壞。如若地震等級超過8級，會進(jìn)一步損壞填充墻，墻面縫隙較大，嚴(yán)重情況可能出現(xiàn)倒塌。通常，對于填充墻結(jié)構(gòu)而言，上端重量較大，底端重量較小，實(shí)心填充墻和空心填充墻相比，損壞程度比較嚴(yán)重，同時(shí)，砌體墻的損壞程度重于磚墻。

（三）節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)與柱端的銜接點(diǎn)。在建筑結(jié)構(gòu)中，如若梁的重量小于柱，則柱的底端與頂端相比，結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，柱子旁邊被損壞的可能性較大。通常，在地震災(zāi)害中，柱的頂端的損壞程度最為嚴(yán)重，形變較大。如若損壞相對較輕，柱子會出現(xiàn)傾斜，存在折斷的可能性，如若情況嚴(yán)重，將會損壞混凝土，內(nèi)側(cè)主筋顯露，有些還會出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。

三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，如若遭遇地震，在節(jié)點(diǎn)位置幾乎不出現(xiàn)破壞，梁與柱相比，出現(xiàn)屈服的現(xiàn)象較早，且發(fā)生的頻率較多，通常，位于相同水平面的柱子兩側(cè)出現(xiàn)的屈服時(shí)間越長，則越有利，對于底層柱底的塑性最后形成，由此可知，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)盡量分散呈現(xiàn)梁、柱的塑性，以此來最大限度地發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的地震抵抗能力[2]。

（一）確保延性。1.計(jì)算延性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一旦遭受地震災(zāi)害，應(yīng)借助樓層水平方向的地震剪切力以及各個(gè)樓層之間的位移映射樓層破壞程度，由此可知，待抗震設(shè)防等級達(dá)到二級以上標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處在彈塑性階段，具備一定的承載力，地震災(zāi)害中所產(chǎn)生的能量主要通過彈塑性形變進(jìn)行耗散，這要求框架結(jié)構(gòu)的形變能力較強(qiáng)，只有這樣，才能有效抵抗地震災(zāi)害。依據(jù)大量實(shí)驗(yàn)可知，強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)等結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力重新分布效果良好，能量耗散效果良好，在極限層出現(xiàn)較大的位移，抗震效果較為理想。本文中強(qiáng)弱標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際生活中有具體規(guī)定，為給設(shè)計(jì)者提供更多的便利，使用抗震負(fù)載力充當(dāng)驗(yàn)算表達(dá)式，只要代入公式，便可計(jì)算。

2.結(jié)構(gòu)延性。通過對以往地震災(zāi)害分析可知，建筑結(jié)構(gòu)若想有效吸收塑性階段所生成的能力，這要求建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。這主要是因?yàn)榻ㄖ镌谠庥龅卣馂?zāi)害時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)處于塑性階段，十分容易出現(xiàn)形變現(xiàn)象。因此，應(yīng)參照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際特點(diǎn)以及具體的抗震標(biāo)準(zhǔn)，地震災(zāi)害多發(fā)的國家應(yīng)依據(jù)延性結(jié)構(gòu)開展設(shè)計(jì)工作，確保局部結(jié)構(gòu)的薄弱地帶具備一定的負(fù)載能力和剛度，進(jìn)而確保建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，增加延性可增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的形變能力，以此來降低地震災(zāi)害的影響程度，全面提升抗震能力[3]。另外，在結(jié)構(gòu)分布上，應(yīng)依據(jù)適當(dāng)增加的數(shù)值來設(shè)計(jì)柱端變形負(fù)載能力，這不僅嚴(yán)格堅(jiān)守了強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)原則，還降低了屈服幾率。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，若想預(yù)防柱中出現(xiàn)塑性絞現(xiàn)象存在一定的難度，同時(shí)，還應(yīng)遵循強(qiáng)剪弱彎，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)采取有效的構(gòu)造措施，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)延性。

（二）梁柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為增強(qiáng)建筑物的抗震能力，在抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)適當(dāng)提高房柱承載能力，以便進(jìn)一步承擔(dān)房梁壓力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在遭遇地震災(zāi)害后，房梁塑性異常明顯，一旦受到最大非線性位移干擾，塑性將會發(fā)生較大的轉(zhuǎn)變，引發(fā)柱端塑性延遲出現(xiàn)，待達(dá)到最大非線性位移后，塑性轉(zhuǎn)變較小，有些甚至不出現(xiàn)塑性轉(zhuǎn)變，便可確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（三）實(shí)施短肢剪刀墻設(shè)計(jì)。短肢剪刀墻是指中間位置剪力墻薄壁，其它均是短肢剪刀墻，該結(jié)構(gòu)主要被應(yīng)用在地震等級在6-7級范圍內(nèi)的區(qū)域中。在短肢剪刀墻中存在多個(gè)剪刀墻結(jié)構(gòu)，在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格參照相關(guān)規(guī)范，合理設(shè)計(jì)，不僅要確保受力方向的抗震能力滿足標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)保證承載能力統(tǒng)一。同時(shí)，還應(yīng)有效控制傾覆力矩，在具體的建筑工程中，應(yīng)依據(jù)相同側(cè)力方向上的實(shí)際面積以及整體結(jié)構(gòu)中截面面積，來確定傾覆力矩。

（四）其它措施。為確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗震能力，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)明確受拉鋼筋的最理想的配筋率，同時(shí)，配筋率一定要涵蓋最小以及最大配筋率，其中最小配筋率可確保房梁穩(wěn)固，不會因拉力影響出現(xiàn)斷裂或者縫隙，最大配筋率可確保受拉鋼筋在屈服條件下，混凝土承壓地帶和房梁的最后損壞狀態(tài)下的極限壓應(yīng)力之間存在一定的差距，這是因?yàn)樵诜苛旱淖詈髶p壞狀態(tài)下，均以受壓地帶混凝土的負(fù)載壓力和損壞程度進(jìn)行衡量[4]。另外，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可針對箍筋使用制定詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，此種作法，可全面抗剪，并可規(guī)范箍筋的最小半徑，使其在箍筋條件下，豎向箍筋不會因提前受力，引發(fā)不穩(wěn)現(xiàn)象。同時(shí)，還應(yīng)約束遭受壓力的混凝土，以此來增強(qiáng)混凝土的耐壓力。最后，還應(yīng)切實(shí)保證房梁部位所使用的鋼筋質(zhì)量合格，滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。受壓鋼筋可充分分散剪力作用，減小受壓地帶的高度值，在遭遇地震災(zāi)害時(shí)，下梁地帶可整箱彎曲，下方鋼筋會承擔(dān)一定的壓力。

結(jié)語

綜合分析我國地質(zhì)條件可知，我國某些地區(qū)處于地震多發(fā)地帶，且目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國最主要的建筑結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)不僅直接關(guān)乎著人民群眾的切身利益，還影響著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況，因此，我們應(yīng)重視抗震設(shè)計(jì)工作，嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范，全面增強(qiáng)建筑物的強(qiáng)度和安全性，盡量降低或者避免地震災(zāi)害對建筑物的影響程度。

參考文獻(xiàn)

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[4]呂磊.鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震延性設(shè)計(jì)研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（5）.