建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

【摘要】加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)用的研究，有利于提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文筆者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)，抗震概念設(shè)計(jì)，應(yīng)用

前言：建筑設(shè)計(jì)是建筑抗震設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它與建筑物的抗震能力密切相關(guān)，對(duì)建筑抗震起到一個(gè)基礎(chǔ)作用。而一個(gè)優(yōu)良的抗震設(shè)計(jì)，必須與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合，對(duì)建筑的整體結(jié)構(gòu)要充分考慮。設(shè)計(jì)人員要綜合考慮，才能使建筑的功能設(shè)計(jì)與抗震能力達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)。

1 抗震概念設(shè)計(jì)的意義

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常采用計(jì)算設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)方式。前者對(duì)計(jì)算和規(guī)范的要求較高，完成計(jì)算模型的分析和受力情況的假設(shè)之后，要完成具體的計(jì)算分析，運(yùn)用計(jì)算得出的結(jié)果完成設(shè)計(jì)工作。地震作為一種隨機(jī)性極強(qiáng)的自然災(zāi)害，還會(huì)造成地面的運(yùn)動(dòng)，這無疑增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。混凝土的彈性模量和其阻尼的變化在地震發(fā)生時(shí)通常不會(huì)呈現(xiàn)線性特征，這就使得設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算得不到良好的設(shè)計(jì)效果?；诟拍钤O(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程只需要附加必要的數(shù)據(jù)就能完成抗震性能良好的設(shè)計(jì)。這種概念設(shè)計(jì)要借助豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和對(duì)地震災(zāi)害的充分理解才能處理得當(dāng)。

2 抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1 抗震場(chǎng)地的選取

建筑物在遭受地震時(shí)發(fā)生的毀壞主要分為一下三類：首先，地震會(huì)引起地面的劇烈運(yùn)動(dòng)，建筑物在這種地面的運(yùn)動(dòng)中發(fā)生扭曲和變形；其次，地震的發(fā)生還會(huì)伴隨諸如泥石流、海嘯等其他危害；最后，地面變形會(huì)產(chǎn)生滑坡等現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑受損。對(duì)于上述三種情況，只有第一種情況能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的技術(shù)防范，后兩種情況只能在抗震場(chǎng)地的選取上進(jìn)行預(yù)防。

2.2 構(gòu)建恰當(dāng)?shù)牡鼗?/p>

地基應(yīng)該充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，并合理設(shè)計(jì)地基的負(fù)載分布情況，使地基在地震發(fā)生時(shí)起到最大作用。結(jié)構(gòu)相同或者相似的單元在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)放置在相同或者位置靠近的地基上，一個(gè)地基上相同結(jié)構(gòu)的單元不允許出現(xiàn)性質(zhì)完全不同的情形，地基在地面以下的部分應(yīng)當(dāng)保持同一長度，在各個(gè)結(jié)構(gòu)單元間均勻分配地下室，這樣可以使得地基具有良好的整體性，在地震發(fā)生時(shí)能夠表現(xiàn)出最佳效果。

2.3 平面和立體結(jié)構(gòu)的調(diào)整

為了具有良好的抗震性能，建筑物結(jié)構(gòu)應(yīng)該在簡(jiǎn)單、勻稱的基礎(chǔ)上要求更強(qiáng)的整體性和彈性。“簡(jiǎn)單”代表建筑的結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時(shí)受力情況明顯，不同結(jié)構(gòu)單元使用不同的結(jié)構(gòu)體系，簡(jiǎn)單明了。建筑物的勻稱就是要求材料剛度變化小，降低樓層之間錯(cuò)位情況的發(fā)生幾率，同時(shí)也使建筑變形情況得以緩解。

2.4 確保構(gòu)件連接穩(wěn)定

構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)所受的承載力不得小于連接構(gòu)件的承載能力，連接過程中不可以破壞結(jié)構(gòu)的整體性，構(gòu)件的連接不僅要確保一定的剛度，更重要的是還要具有一定變形的能力。

2.5 加強(qiáng)抗震防線的建設(shè)

抗震防線是利用能夠?qū)崿F(xiàn)多重抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)使得建筑物部分的延性得以加強(qiáng)，設(shè)置多道這樣的抗震防線可以大大加強(qiáng)抗震結(jié)構(gòu)體系的抗震能力，能夠?qū)⒋蟛糠值卣饌鬟f來的能量消耗殆盡。如果地震能量過大，導(dǎo)致第一道抗震防線被擊破，建筑物設(shè)計(jì)的自震周期和卓越周期具有一段距離，這樣就很好地消除了建筑物共振的可能性，減少地震帶來的危害。第一道防線多采用負(fù)載較小的縱向支撐，有必要時(shí)還可以在建筑物中設(shè)置冗余部件，地震能量傳遞過來時(shí)這些冗余部件發(fā)生屈服變形，同樣可以巧妙地使建筑物自震周期錯(cuò)開，降低共振的危害。

2.6 破壞規(guī)律的調(diào)整

地震發(fā)生時(shí)建筑物的破壞與結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同結(jié)構(gòu)的受損程度也不同，進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì)的工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律合理安排。一般而言，結(jié)構(gòu)整體不允許先于局部結(jié)構(gòu)破壞，只要弄清破壞規(guī)律，可以將建筑物受損情況降至最輕。經(jīng)筆者總結(jié)，破壞規(guī)律可以歸結(jié)為以下兩條：“縱不先橫”，即柱子應(yīng)當(dāng)在梁被破壞之后遭受破壞，因?yàn)橹右坏┢茐恼w結(jié)構(gòu)直接受損，坍塌的幾率大大提高；“節(jié)強(qiáng)于桿”，即節(jié)點(diǎn)不能在構(gòu)件之前損壞，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的損壞直接導(dǎo)致眾多構(gòu)件受損，這與保全整體的原則是相符的。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的主要要點(diǎn)

由于地震的不可預(yù)知性，高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中很難準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)建筑物所遭遇的地震特性和基本參數(shù)，只靠計(jì)算很難使高層建筑結(jié)構(gòu)具備良好的抗震性能，這就要求每個(gè)結(jié)構(gòu)工程師必須重視建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1） 建筑結(jié)構(gòu)的平面布置。建筑結(jié)構(gòu)的平面布置是影響結(jié)構(gòu)抗震的重要因素，合理的建筑平面布置對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。大量地震災(zāi)害表明，平面布置簡(jiǎn)單、對(duì)稱規(guī)則、質(zhì)量和剛度分布比較均勻并且具有明確傳力途徑的建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)不容易發(fā)生破壞。規(guī)則結(jié)構(gòu)能較為準(zhǔn)確地預(yù)估結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)和地震時(shí)的反應(yīng)，較容易采取有效的抗震措施及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施來加強(qiáng)其抗震性能。相反，平面布置復(fù)雜、不對(duì)稱且不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，其地震作用效應(yīng)很難估計(jì)的。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)中規(guī)范規(guī)定，宜采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。2） 建筑結(jié)構(gòu)的體系選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，就優(yōu)先采用具有多道防線的結(jié)構(gòu)體系。例如： 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)可以作為地震區(qū)高層建筑的首選體系。當(dāng)建筑物高度不高且層數(shù)不多時(shí)，可采用框架結(jié)構(gòu)。但當(dāng)建筑物位于地震區(qū)，且高度均較高時(shí)，應(yīng)避免采用框架結(jié)構(gòu)、板柱剪力墻結(jié)構(gòu)。因?yàn)?，地震具有?qiáng)破性且持續(xù)時(shí)間很長，往復(fù)次數(shù)較多，能夠?qū)ㄖ镌斐衫鄯e破壞。單一的結(jié)構(gòu)體系在遭遇地震時(shí)，一旦發(fā)生破壞，很容易造成房屋倒塌，危及人們的生命及財(cái)產(chǎn)的安全。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系具有多道防線時(shí)，當(dāng)遭遇地震時(shí)，第一道防線遭破壞后，后續(xù)的防線仍然能抵抗地震的沖擊力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，給人們以充分的時(shí)間進(jìn)行逃生，保證人民的生命安全。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的多道防線是進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)所必須設(shè)置的。3） 結(jié)構(gòu)薄弱層。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度分布不均勻、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)和樓層承載力突變時(shí)，容易產(chǎn)生薄弱層。薄弱層在地震中是最先遭受破壞的部位。因此，對(duì)有明顯薄弱層的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施來提高其抗震能力。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際承載能力是判斷薄弱層部位的基礎(chǔ)，有意識(shí)、有目的地控制薄弱層部位，讓它有足夠的變形能力，而且不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段。4）建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量，震災(zāi)害會(huì)產(chǎn)生很大的破壞力，所以在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。目前在我國的建筑行業(yè)中，建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)水平明顯低于國外發(fā)達(dá)國家，存在著設(shè)計(jì)方案不合理、建筑施工成本較高、建筑物整體重量較大等問題，這樣在地震來臨之時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重的危害。所以，為了設(shè)計(jì)出比較合理的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)的抗震規(guī)范規(guī)定，選擇合適的場(chǎng)地，認(rèn)真、充分地考慮建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件承受力、消耗能力、延續(xù)性以及剛度等問題，科學(xué)、合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力以及承載能力，提升安全性。

4 小結(jié)

抗震概念設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及諸多事項(xiàng)的系統(tǒng)工程，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)把握確保結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性這一原則，對(duì)于連接部位要重點(diǎn)防治。建筑的抗震性能和設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)整體的把握密不可分，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)具備充足的概念設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格按照要求和原則執(zhí)行，才能確保建筑具有良好抗震性能。

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