建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計淺談

谷峪　桑苗

摘要 ：本文作者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行裂縫分析探討，供大家參考借鑒。

關(guān)鍵詞 ：建筑 抗震 結(jié)構(gòu)體系 設(shè)計

由于地震具有隨機(jī)性、復(fù)雜性、藕聯(lián)性，每次地震所產(chǎn)生的波形各異，因而其對建筑物的作用各不相同，所產(chǎn)生的破壞程度也千差萬別。作為結(jié)構(gòu)工程師來說，必須使這一理念貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程當(dāng)中，既要嚴(yán)格把握好設(shè)計的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設(shè)計的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，為社會創(chuàng)造更多精品工程。？

1. 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定

避免或減輕砌體結(jié)構(gòu)的震害，主要是加強(qiáng)房屋的整體性和空間剛度，提高墻體的抗震受剪承載能力，加強(qiáng)構(gòu)件的相互連接。在具體設(shè)計時，應(yīng)遵循以下各項規(guī)定。

1.1 應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。

1.2 縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)；同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。

1.3 樓梯間不宜設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處。

1.4 房屋有下列情況之一時宜設(shè)置防震縫，縫兩側(cè)均應(yīng)設(shè)置墻體，縫寬應(yīng)根據(jù)烈度和房屋高度確定，可采用50～100mm：房屋立面高差在6m以上；房屋有錯層，且樓板高差較大；各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同；煙道、風(fēng)道、垃圾道等不應(yīng)削弱墻體；當(dāng)墻體被削弱時，應(yīng)對墻體采取加強(qiáng)措施；不宜采用無豎向配筋的附墻煙囪及出屋面的煙囪。

1.5 不應(yīng)采用無錨固的鋼筋混凝土預(yù)制挑檐

2. 建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。體型復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，可按實際需要在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，形成多個較規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。

3 .結(jié)構(gòu)體系的選擇

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列各項要求：應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載力；應(yīng)具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力；對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列各項要求：

宜有多道抗震防線。多道抗震防線是指：一個抗震結(jié)構(gòu)，應(yīng)由若干延性較好的分體系組成，通過構(gòu)件的連接協(xié)同作用，有意識地在結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部建立一系列分布的屈服區(qū)，使結(jié)構(gòu)在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防線”得以保存，便于結(jié)構(gòu)的修復(fù)。

例如，在有填充墻的框架結(jié)構(gòu)中，填充墻為第一道防線，框架為第二道防線；此時填充墻本身應(yīng)有一定的剛度和承載能力，并均勻、對稱地布置在框架結(jié)構(gòu)中。在強(qiáng)烈地震的沖擊下，第一道防線遭受破壞后，結(jié)構(gòu)的動力特性（如自振周期等）得以改變，可使第二道防線承受的地展作用得以緩解和受到保護(hù)。

在高層鋼筋混凝土房屋中，應(yīng)用較多的另一種結(jié)構(gòu)形式是框架一剪力墻體系（在抗震設(shè)計中，剪力墻也稱為抗震墻）。剪力墻是第一道防線，框架為第二道防線。

在一般情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇不承受重力荷載的構(gòu)件，如上述的框架填充墻、軸壓比不太大的鋼筋混凝土剪力墻或柱間支撐、豎向支撐等作為第一道防線。

宜具有合理的剛度和承載力分布。建筑物承受的靜力荷載是基本穩(wěn)定的（如自重、樓面活荷載等），而地震時所受的地震作用大小則與結(jié)構(gòu)的動力特性密切相關(guān)：建筑物的側(cè)移剛度越大，則自振周期越短，地震作用也越大，要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較高的承載力。提高結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度，往往以提高造價和降低結(jié)構(gòu)變形能力為代價，因此在確定結(jié)構(gòu)體系時，需要在剛度、承載力之間尋求較好的匹配關(guān)系。結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。此時，結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的地震反應(yīng)相當(dāng)，不致造成一個方向過強(qiáng)、一個方向過弱的現(xiàn)象。根據(jù)房屋高度選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)而言，各種結(jié)構(gòu)體系都有其最佳適用高度。

4. 對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的規(guī)定

結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)符合下列要求：應(yīng)合理選擇混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，配置縱向受力鋼筋和箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固粘結(jié)破壞先于構(gòu)件破壞；砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱、芯柱，或采用配筋砌體等；預(yù)應(yīng)力混凝土的抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)配有足夠的非預(yù)應(yīng)力鋼筋；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理控制尺寸，避免局部失穩(wěn)或整個構(gòu)件失穩(wěn)。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接，應(yīng)符合下列要求：構(gòu)件節(jié)點的破壞，不應(yīng)先于其連接的構(gòu)件；預(yù)埋件的錨固破壞，不應(yīng)先于連接件；裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的整體性；預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋，宜在節(jié)點核心區(qū)以外錨固。

5. 建筑抗震結(jié)構(gòu)體系設(shè)計需要注意的問題

5.1 建筑平面布置設(shè)計問題

建筑物的平面布置在建筑設(shè)計中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內(nèi)墻的布置、空間活動面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數(shù)量和布置等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來。有的建筑平面布置上，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)隔墻不對齊或中斷，使剛度發(fā)生突變和地震力傳遞受阻，對抗震也帶來不利，客易引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。建筑平面布置設(shè)計對建筑抗震關(guān)系很大，從概念上要解決的一個核心問題是：建筑平面布置設(shè)計上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，對稱協(xié)調(diào)，避免突變，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在建筑平面布置的總體設(shè)計上要盡可能為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置創(chuàng)造條件，使建筑使用功能要求與建筑結(jié)構(gòu)抗震要求融合成一體，充分發(fā)揮建筑設(shè)計在建筑抗震中的作用。

5.2 建筑豎向布置設(shè)計問題

建筑的豎向布置設(shè)計問題在建筑設(shè)計中主要反映在建筑沿高度（樓層）結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布設(shè)計上。無論是單層或多層，還是高層建筑或超高建筑，這個問題是比較突出的。存在的這個主要問題是，由于建筑使用功能的不同要求，如底層或下面幾層是商場、購物中心，建筑上要求是大柱距、大空間；而上面的樓層則是開間較大的寫字樓或布置多樣化的公寓樓，低層設(shè)柱、墻很少，而上面則是以墻為主，柱很少。有的建筑在布置上還設(shè)有面積很大的公用天井大廳，在不同樓層上設(shè)有大會議廳、展廳、報告廳等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的質(zhì)量和剛度的嚴(yán)重不均勻、不協(xié)調(diào)。

6. 結(jié)束語

根據(jù)當(dāng)前的震害經(jīng)驗和理論認(rèn)識，良好的抗震設(shè)計能夠幫助國家和人民減少許多不必要的災(zāi)難。我國依據(jù)自己的國情，堅持建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的原則是：“小震不壞，中震可修，大震不倒”，即在多發(fā)的小震作用下，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)基本處于彈性階段，不發(fā)生破壞；在罕遇的大震作用下，允許結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度、乃至嚴(yán)重破壞，但應(yīng)確保建筑結(jié)構(gòu)物的整體安全，防止倒塌。建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用。一個優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計，必須是在建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計基礎(chǔ)上完成。為此，要充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要性，在建筑抗震設(shè)計中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計應(yīng)有的作用。

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