抗震建筑的結(jié)構(gòu)整體性分析和構(gòu)造措施

王郁

（海南柏森建筑設(shè)計(jì)有限公司 海南海口 571000）

抗震建筑的結(jié)構(gòu)整體性分析和構(gòu)造措施

王郁

（海南柏森建筑設(shè)計(jì)有限公司 海南海口 571000）

作為自然災(zāi)害的一種類型，地震災(zāi)害的發(fā)生概率和地點(diǎn)都是無(wú)法被準(zhǔn)確預(yù)料的，因此，為了保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，必須做好房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。對(duì)此，本文首先介紹了抗震建筑結(jié)構(gòu)震害，然后對(duì)抗震建筑的結(jié)構(gòu)整體性設(shè)計(jì)構(gòu)造方法進(jìn)行了詳細(xì)探究，以期通過(guò)做好相關(guān)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，減少地震災(zāi)害提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

測(cè)繪；建筑；抗震；結(jié)構(gòu)

1 引言

地震災(zāi)害的破壞性會(huì)給人們的日常生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重影響，并且造成重大損失。近年來(lái)，地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，國(guó)家、人們的安全都受到了極大的威脅，因此，抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性越來(lái)越突出。因此，對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)整體性進(jìn)行分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 抗震建筑結(jié)構(gòu)震害分析

2.1 框架結(jié)構(gòu)震害

①在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果改變建筑物橫向結(jié)構(gòu)抗震形式，則建筑物本身的結(jié)構(gòu)層也會(huì)發(fā)生變化，這就會(huì)造成建筑物在垂直方向的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致建筑物垂直方向的結(jié)構(gòu)成為整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的薄弱層。②在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果設(shè)計(jì)師無(wú)法結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇合適的地震抗震設(shè)計(jì)模型，就會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完成建筑物主要結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。③建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中最嚴(yán)重的問(wèn)題就是建筑結(jié)構(gòu)填充墻的抗震設(shè)計(jì)不合理性。這一問(wèn)題不僅會(huì)在一定程度上影響房屋建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，而且還會(huì)為整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行埋下安全隱患。④填充墻作為整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可或缺的內(nèi)容，如果在建筑抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中填充墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂的情況，那么房屋主體的抗震建筑結(jié)構(gòu)都會(huì)受到極大的影響。因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師一定要采用填充墻裂縫的具體處理措施，提升建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震能力。

2.2 砌體結(jié)構(gòu)震害

①建筑物實(shí)際的建設(shè)樓層越高，建筑結(jié)構(gòu)本身的抗震能力就會(huì)越弱，所以，高層或者超高層建筑物結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中都會(huì)存在的一定的安全隱患。②由于建筑物墻體的厚度和其大空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間會(huì)存在著一定的矛盾性，即人們?cè)谧非蟠罂臻g的房屋設(shè)計(jì)的過(guò)程中，并沒有增加墻體的厚度，這樣就會(huì)導(dǎo)致建筑物本身的抗震能力無(wú)法得到有效的保障。因此，為了提升建筑結(jié)構(gòu)本身的抗震能力，必須做好抗震設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)好大空間和墻體厚度間的矛盾。③隨著現(xiàn)代人審美觀的提升，部分設(shè)計(jì)師在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往會(huì)因?yàn)檫^(guò)度追求其建筑上的美感而忽視了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，而這就會(huì)為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建筑物的使用埋下安全隱患。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論

（1）擬靜力理論。這是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來(lái)的抗震設(shè)計(jì)理論，在進(jìn)行抗震作用計(jì)算時(shí)，假定結(jié)構(gòu)為剛性的，地震力的方向是水平的，作用點(diǎn)在結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心上，作用力大小假定為結(jié)構(gòu)的重力乘上一個(gè)比例常數(shù)。

（2）反應(yīng)譜理論。隨著對(duì)地震運(yùn)動(dòng)特征越來(lái)越深入的了解以及對(duì)地震情況越來(lái)越豐富的反應(yīng)記錄，在20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)一種叫做反應(yīng)譜的抗震理論?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，地震作用主要是一種隨著時(shí)間過(guò)程的非線性變化，輸入變量為地震加速度，選擇建筑物為多自由度系統(tǒng)，然后模擬計(jì)算任意時(shí)刻建筑結(jié)構(gòu)對(duì)地震產(chǎn)生的應(yīng)力－應(yīng)變反應(yīng)，從而分析地震狀況。

（3）高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念。進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提出了“三水準(zhǔn)、兩階段”要求，“三水準(zhǔn)”即為“小震不壞，中震可修，大震不倒”，“兩階段”是指，當(dāng)發(fā)生低于本地區(qū)抗震級(jí)別的地震，即第一設(shè)防烈度地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)仍處于彈性變形階段，可以正常使用，通常情況下建筑結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生破壞，不需要進(jìn)行修補(bǔ)即可繼續(xù)使用。因此，在計(jì)算參數(shù)中選取的是承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算，并要求建筑結(jié)構(gòu)的變形不超過(guò)彈性變形限值。當(dāng)發(fā)生相當(dāng)于本地區(qū)抗震級(jí)別的地震，即第二設(shè)防烈度地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入非彈性變形階段，可能已經(jīng)發(fā)生外表或內(nèi)力的破壞，可以選擇不修理或者一般修理。然而，建筑結(jié)構(gòu)需保持一定的延展能力，即不發(fā)生不可恢復(fù)的脆性破壞。當(dāng)發(fā)生高于本地區(qū)抗震級(jí)別的地震，即第三設(shè)防烈度地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入塑性變形階段，已經(jīng)發(fā)生較為嚴(yán)重的破壞，但是還不至于導(dǎo)致建筑物的倒塌，從而可保證內(nèi)在人身安全和物品等資源的完整性。

4 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

4.1 選擇合適的場(chǎng)地

場(chǎng)地的選擇是建筑能否順利進(jìn)行的最基本是最重要的問(wèn)題，一塊好的場(chǎng)地不僅可以降低造價(jià)，更對(duì)整個(gè)工程的穩(wěn)固程度有著重要的影響。選擇場(chǎng)地時(shí)一定要避免高危地段，比如容易產(chǎn)生滑坡、地陷、泥石流等現(xiàn)象的地段應(yīng)當(dāng)堅(jiān)決避免。盡量選擇防震效果比較理想的地段，比如，空曠、地表和地下都比較密實(shí)均勻的地段。在選擇建筑地段時(shí)可以借助一些較為先進(jìn)的儀器，這樣選擇的結(jié)果安全性更高。

4.2 選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系的選擇是建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其直接關(guān)聯(lián)著整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)的安全性。在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)體系的選擇時(shí)，需確保其合理性，具體措施如下：①繪制具有明確計(jì)算的簡(jiǎn)單圖紙，且在設(shè)計(jì)建筑物結(jié)構(gòu)體系時(shí)，還需要將主梁作為建筑物房間主要受力點(diǎn)，使得垂直的重力能夠以最快的時(shí)間、最短的長(zhǎng)度路徑傳輸?shù)街饕芰Σ课?。同時(shí)，還需要對(duì)建筑物房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的布置，此時(shí)可采用豎向構(gòu)件內(nèi)部機(jī)構(gòu)布置的方案，但需要確保豎向構(gòu)件壓應(yīng)力的均勻性。②確保結(jié)構(gòu)體系強(qiáng)度具有較高的合理性。建筑物結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣主要由其強(qiáng)度決定，因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保其薄弱部位抗震設(shè)計(jì)強(qiáng)度的合理性，以全面提升抗震能力。另外，在設(shè)計(jì)建筑物結(jié)構(gòu)框架時(shí)，還需要確保節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的完整性，并且還要盡量分散房梁與房柱頂端的塑性，并且還要適當(dāng)提升其薄弱部位的抗震性。

4.3 合理結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置

合理的結(jié)構(gòu)體系需要滿足抗震要求同時(shí)又經(jīng)濟(jì)實(shí)用，要同時(shí)考慮到建筑物的地基基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，功能價(jià)值，施工的技術(shù)難度等一系列的問(wèn)題。在結(jié)構(gòu)選型過(guò)程中，要特別注意場(chǎng)地的實(shí)際情況，建筑物本身的剛性等帶來(lái)的影響。結(jié)構(gòu)布置要滿足對(duì)稱性和勻稱性，結(jié)構(gòu)平面布置和豎向布置都應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

4.4 設(shè)置多道抗震防線

在構(gòu)建抗震結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)該設(shè)置多道防線，將一些延性較好的分體系進(jìn)行組合，并將這些構(gòu)件相互連接，充分發(fā)揮其協(xié)同作用?？拐饓w系一般是由抗震墻與延性框架構(gòu)成，通過(guò)兩者共同作用，可以有效提升抗震結(jié)構(gòu)的性能?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系當(dāng)中還需要設(shè)定充足的贅余度，包括內(nèi)、外兩個(gè)部分，同時(shí)還需要按照相關(guān)規(guī)則構(gòu)建規(guī)律分布的屈服區(qū)，使得建筑結(jié)構(gòu)可充分吸收或消耗地震能量。另外，體系當(dāng)中還需要增加冗余設(shè)計(jì)，以此增加抗震結(jié)構(gòu)的可靠性。當(dāng)建筑基本周期與地震卓越周期接近時(shí)，冗余設(shè)計(jì)便可充分發(fā)揮作用，即使第一道抗側(cè)力防線受到破壞，第二道、第三道防線可接替第一道防線，發(fā)揮保護(hù)作用，以緩解共振，并降低地震的破壞作用。

4.5 控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

除去水平力和豎向力，地震發(fā)生時(shí)還伴隨著強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，因此，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，掌握扭轉(zhuǎn)效應(yīng)隱藏的能量，控制其帶來(lái)的破壞十分必要。具體而言，首先要測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)受力的最大位移剛度和最小位移剛度在一定誤差之內(nèi)，確保整體結(jié)構(gòu)位移的同步性。另外，設(shè)計(jì)時(shí)必須要保證與其相關(guān)的各個(gè)部位設(shè)計(jì)均達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，暴露出的任何一個(gè)問(wèn)題都要及時(shí)修復(fù)和調(diào)整，最大限度的降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)帶來(lái)的不良破壞。

4.6 加強(qiáng)延性設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性是抗震重要的前提條件。如果建筑物的樓層加高，其剛度逐漸減小，柔度逐漸增加，因此穩(wěn)定性逐漸降低。根據(jù)此原理，對(duì)于高層的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，必須保證其具有一定的延性，即變形能力。其次，當(dāng)?shù)卣鹜蝗粊?lái)臨時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到巨大沖擊力的破壞，在各樓層的水平面受到剪切力，可能發(fā)生相對(duì)位移，當(dāng)認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性變形階段，此時(shí)結(jié)構(gòu)物應(yīng)具有相應(yīng)的承載能力，并應(yīng)采取方式有效地?cái)U(kuò)散地震帶來(lái)的能量。因此，建筑結(jié)構(gòu)具有恰當(dāng)?shù)淖冃文芰?，即具有一定的延性是十分必要的。?jīng)各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析得知，對(duì)于“強(qiáng)柱弱梁”的強(qiáng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，內(nèi)力重分布現(xiàn)象較為明顯，地震能量消散得更快，也就是說(shuō)抗震性能較為良好。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，地震具有極強(qiáng)的破壞性與隨機(jī)性，并且容易發(fā)生余震，危害性較強(qiáng)。而現(xiàn)階段，為了保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)做好抗震設(shè)計(jì)，盡可能降低地震對(duì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)的危害至關(guān)重要。在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全面分析建筑物所處的地質(zhì)條件，并運(yùn)用科學(xué)的方法有效提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

[1]李 飛.淺談抗震建筑設(shè)計(jì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（34）：174～175.

[2]陳 軍.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討[J].江西建材，2014（18）：11.

[3]段媛.結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)在房屋建筑中的應(yīng)用分析[J].山西建筑，2014（05）：42～43.

TU352.1+1

A

1004-7344（2016）18-0325-02

2016-6-1

王郁（1979-），男，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。