現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的相關(guān)方法研究

文/張洋,河北省廊坊市

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的相關(guān)方法研究

文/張洋,河北省廊坊市

我國是一個地震災(zāi)害頻發(fā)的國家，人們安全意識的提高，讓建筑工程行業(yè)不得不優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計工作。 科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，讓建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法越來越多，結(jié)構(gòu)試驗與結(jié)構(gòu)分析活動的開展，積累了大量優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法。 如何從真實的社會發(fā)展情況與地震環(huán)境出發(fā)去提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計水平，仍然是建筑工程行業(yè)發(fā)展過程中的難題。

建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計；設(shè)計方法

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作中應(yīng)當(dāng)注意的問題

1.1 關(guān)注建筑抗震場地的選擇

不考慮施工條件問題，在不同的地質(zhì)條件下，建筑結(jié)構(gòu)在同樣等級的地震中會受到不同程度的破壞。要優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作，選擇一個好的建設(shè)場地是最為基礎(chǔ)，也是最為重要的。在選擇建筑抗震場地時，考慮到降低地震災(zāi)害影響的目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)盡力避開那些地質(zhì)條件不穩(wěn)定的場地。像河岸、非巖質(zhì)的陡坡、液化土區(qū)域以及邊坡邊緣等。與這些地方相比，中等風(fēng)化基巖或者微風(fēng)化的基巖、較為密實的砂土層，都是有利的建筑場所。在建筑建設(shè)場地選擇上考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，能夠減少地震安全隱患。在多種因素的影響下，建筑工程項目很有可能無法避開不利的建設(shè)區(qū)域。面對這種情況，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計者應(yīng)當(dāng)對建筑物施工場地采取加強性措施，結(jié)合抗震類型、施工地的地基液化程度等采取提高地基剛度的策略，以此來提高建筑物施工場地的穩(wěn)定性。舉例來講，如果建筑地基的受力層恰好處于分布不均勻的土層或者新近填土層時，設(shè)計者需要對地震發(fā)生時地基的不均勻沉降數(shù)據(jù)進行估算，通過上層結(jié)構(gòu)的加固以及地基、樁基的加固去處理棘手問題，保障建筑抗震性能。

1.2 關(guān)注建筑架構(gòu)平面設(shè)置的對稱性與規(guī)則性

在設(shè)計房屋的平面與立體時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑工程行業(yè)的抗震理論進行設(shè)計，打造規(guī)則的建筑架構(gòu)。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)置的規(guī)則去制定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，針對平面、豎向不規(guī)則或者二者都不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)利用空間架構(gòu)對其進行核算。在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作中，樓板有些地方連接不太順暢的現(xiàn)象經(jīng)常存在，還有一些建筑的樓板的表面不盡平整，這時，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)設(shè)計一個與實際情況相對應(yīng)的樓層強度剛度的變動模型，以此來支持抗震設(shè)計工作。在對建筑結(jié)構(gòu)脆弱位置進行抗震設(shè)計時，要有意識地加大其內(nèi)力系數(shù)利用彈塑性形狀改變情況的分析來確定建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能是否達標(biāo)。除了規(guī)則性，對稱性也是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中不可忽視的一點。建筑結(jié)構(gòu)的對稱性主要體現(xiàn)在房屋平面的對稱、建筑分布的對稱以及建筑架構(gòu)抗側(cè)剛度的對稱等。如果這些對稱中心的位置是相同的，那這個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能已達到最優(yōu)。

1.3 關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)抗震機制的選取

第一，一個科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)抗震機制應(yīng)當(dāng)有明確的強度、剛度要求。在突然變化中，建筑結(jié)構(gòu)自身的抗震機制能夠抵制某一個部位突然變成薄弱部位。如果某一部位的性能突然減弱，會引起很大的應(yīng)力，這股應(yīng)力聚集起來會影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平，就要對這些潛在的薄弱位置進行針對性處理。第二，在建筑結(jié)構(gòu)機制中設(shè)計地震功能傳送通道以及明晰準(zhǔn)確的核算圖。設(shè)計者在對房屋進行設(shè)計時，在垂直重力負(fù)荷的作用之下，應(yīng)當(dāng)保證豎向結(jié)構(gòu)中建筑物各個構(gòu)件的受力接近平均。在設(shè)計樓層的蓋梁機制時，應(yīng)當(dāng)保證豎直方向的重力負(fù)荷以最小的距離傳遞到縱向柱子與墻體上。第三，在建筑結(jié)構(gòu)機制中設(shè)計防止建筑架構(gòu)整體承受力下降的機制。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計者應(yīng)當(dāng)重視建筑結(jié)構(gòu)中部分影響整體的問題，杜絕因一個部件或者一個架構(gòu)重力負(fù)載的失去而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能喪失問題的產(chǎn)生。一個合理的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能應(yīng)當(dāng)具有內(nèi)力再分?jǐn)傋饔?，在地震?zāi)害發(fā)生時，即使建筑結(jié)構(gòu)中的部分部件與架構(gòu)發(fā)生問題，無法承受負(fù)載，建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能不會下降。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

為了確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力最佳，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在強度、剛度、延性及耗能能力等方面都達到最佳，質(zhì)量分布均勻，平面對稱、規(guī)則抗側(cè)向力較好的體系及剛度與承載能力變化連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系是優(yōu)先考慮的設(shè)計方案，從而經(jīng)濟地實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。

2.1 建筑持力層的選擇

根據(jù)我國的抗震設(shè)計規(guī)范，建筑持力層的選擇非常重要，它關(guān)系著整個建筑物的安全性能，同時規(guī)范還指出，建筑的形體要適當(dāng)，要求建筑的形狀及抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則，并有整體性，不宜用軸壓比很大的鋼筋混凝土框架柱作為第一道防線。

2.2 抗震結(jié)構(gòu)體系布置

抗震結(jié)構(gòu)體系布置是建筑結(jié)構(gòu)伉震設(shè)計的關(guān)鍵問題，如房屋建造中框架結(jié)構(gòu)體系和砌體結(jié)構(gòu)的選擇問題，地震后會有余震，抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有多道抗震防線，如框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中為了避兔部分構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力，將不承受重力荷載的構(gòu)件用作傳遞途徑。

2.3 盡可能多設(shè)置幾道抗震防線

一個較好的抗震建筑結(jié)構(gòu)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)溝件連接協(xié)同工作刁強烈地震之后往往伴隨多次余震，如果只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌、如像教學(xué)樓這種相對大開間、單跨、大窗口、懸臂走廊的純框架結(jié)構(gòu)，其縱、橫方向的剛度不均勻，很容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，而整個結(jié)構(gòu)只有框架一道防線，一旦柱子發(fā)生破壞，沒有其他約束措施，整個框架因喪失全部承載能力而倒塌防止脆性和失穩(wěn)破壞，增加延展性設(shè)計不良的細(xì)部結(jié)構(gòu)常常發(fā)生脆性和失穩(wěn)破壞，應(yīng)該防止剛度的選擇有助于控制變形，在不增加結(jié)構(gòu)的重量的基礎(chǔ)上，改變結(jié)構(gòu)剛度，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和延展性是有效的抗震途徑。

3 結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的進步帶動建筑行業(yè)發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)抗震能力也隨著經(jīng)驗教訓(xùn)，科學(xué)發(fā)展，技術(shù)進步而日新月異地震是自然災(zāi)害，很難避兔，但是只要我們恰當(dāng)、靈活的采用各項建筑抗震原則，就能使建筑結(jié)構(gòu)更為合理，抗震能力大大提高，從而減少人民群眾的生命財產(chǎn)損失確保他們可以安居樂業(yè)。

[1]朱振宇.大跨空間結(jié)構(gòu)地震整體損傷與倒塌安全儲備[D].大連理工大學(xué),2015.

[2]李佳杰.某高層框—剪結(jié)構(gòu)的抗震鑒定、改造加固及抗震性能分析研究[D].重慶大學(xué),2015.

[3]胡鳳濤.某超限復(fù)雜結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計分析[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2015.