中國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺談

魏宇環(huán)

河北大學(xué)

中國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺談

魏宇環(huán)

河北大學(xué)

在一個(gè)地震序列中有主震，前震和余震。不同程度的地震會(huì)給人們帶來(lái)不同程度的傷害，給社會(huì)帶來(lái)不同程度的損失。為了減少傷害和損失，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)十分重要。本文根據(jù)我國(guó)的抗震現(xiàn)狀，分析了抗震概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，總結(jié)了建筑物傳統(tǒng)抗震的途徑。

建筑結(jié)構(gòu)；抗震概念設(shè)計(jì)；抗震構(gòu)造措施

1 引言

世界上每年都發(fā)生上百萬(wàn)次地震，但是有些地震我們是感覺不到的，只能通過(guò)十分靈敏的儀器測(cè)到，而有些地震，造成的傷害特別大。如:1976年唐山大地震，2008年汶川大地震。我國(guó)的地震帶分布十分廣泛，很多地區(qū)曾經(jīng)都發(fā)生過(guò)毀壞性的地震，其中臺(tái)灣地區(qū)地震活動(dòng)十分活躍。在大地震來(lái)臨時(shí)人類是那么渺小，但是人類可以利用智慧減少地震帶來(lái)的損害，在建筑結(jié)構(gòu)中進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。作為土木工程專業(yè)的我們，應(yīng)該努力學(xué)習(xí)，為中國(guó)的抗震貢獻(xiàn)自己的力量。由此，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)十分重要，努力做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

2 建筑抗震概念設(shè)計(jì)

所謂“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，是進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程。抗震概念設(shè)計(jì)主要有：

(1)場(chǎng)地選擇：應(yīng)避開抗震危險(xiǎn)地段，選擇有利于抗震的場(chǎng)地；

(2)建筑的平立面布置：宜規(guī)則對(duì)稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯(cuò)層；

(3)結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置：選擇延性系數(shù)高，勻質(zhì)性好，能發(fā)揮材料全部強(qiáng)度的材料，平面布置力求對(duì)稱，豎向布置力求均勻；

(4)多道抗震防線；

(5)剛度，承載力和延性匹配。

若要從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié)，就要在設(shè)計(jì)開始時(shí)把握好房屋的體型，剛度分布，延性和能量的輸出輸入等，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施，就可能使設(shè)計(jì)的房屋建筑有較高的抗震性能，更好的抵御地震作用，減少地震帶來(lái)的破壞。

3 隔震與耗能減震房屋設(shè)計(jì)

目前大部分建筑結(jié)構(gòu)的抗震都是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能來(lái)抵御地震作用的，我們需要更合理更有效的抗震途徑，那就是在建筑結(jié)構(gòu)上安裝必要的控制裝置，這種控制裝置和建筑結(jié)構(gòu)共同承受地震作用，共同儲(chǔ)存和消耗地震能量，減少地震作用給建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)的變形和毀壞。這種結(jié)構(gòu)抗震途徑叫做結(jié)構(gòu)減震控制。這種抗震措施對(duì)人類十分有利，是抗震對(duì)策的重大突破和發(fā)展。

3.1 隔震結(jié)構(gòu)

隔震系統(tǒng)一般由隔震器、阻尼器、地震微震動(dòng)和風(fēng)反應(yīng)控制裝置等構(gòu)成，隔震器支撐建筑物的重量，具有彈性，能提供一定的水平剛度。阻尼器可以吸收和消耗地震能量，防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大位移。隔震結(jié)構(gòu)是通過(guò)設(shè)置隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層，隔震層能夠集中變形，將地震能量隔離耗散，使地震能量不能夠向上部結(jié)構(gòu)傳送。一般情況下，隔震層適宜設(shè)置在結(jié)構(gòu)的第一層以下的部位。一般隔震層頂部都應(yīng)設(shè)置平面剛度足夠大的梁板體系，這是為了保證隔震層能夠整體協(xié)調(diào)工作。建筑物中設(shè)置了隔震結(jié)構(gòu)，再多遇地震作用下，建筑物基本不會(huì)損壞，在罕遇地震中，建筑物不倒塌。

與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相比，隔震結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：提高了地震時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性；減少了地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳輸，使得上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加靈活；防止建筑物內(nèi)部可移動(dòng)物體的移動(dòng)，減少了次生災(zāi)害；防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，可降低工程造價(jià)。隔震結(jié)構(gòu)體系更適用在人口流量大，匯集重要人物的建筑物。如:醫(yī)院，政府，銀行，警察局，指揮中心及放置重要文件，機(jī)器的房屋。

隔震建筑方案的采用應(yīng)根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、建筑結(jié)構(gòu)方案和建筑使用要求，進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性綜合分析確定。

3.2 耗能減震結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)物某些部位設(shè)置耗能裝置，通過(guò)耗能裝置產(chǎn)生摩擦，以及彎曲，彈塑性滯回變形耗能來(lái)耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達(dá)到減震控震的目的。

裝有耗能裝置的結(jié)構(gòu)稱為耗能減震結(jié)構(gòu)。耗能器具有較寬的適用范圍，不同類型的結(jié)構(gòu)、不同高度的結(jié)構(gòu)均適用，同時(shí)，耗能器不改變結(jié)構(gòu)的基本形式，因此，耗能部件外的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可按普通結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。耗能部件在結(jié)構(gòu)中的分布和數(shù)量及耗能器附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比和有效剛度計(jì)算需要在設(shè)計(jì)中解決。耗能減震是同樣也是結(jié)構(gòu)抗震的一種新對(duì)策。

4 抗震構(gòu)造措施

4.1 砌體結(jié)構(gòu)

設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)件柱可明顯減少墻身的破壞，改善砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能，對(duì)砌體加以約束，提高延性；設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，加強(qiáng)房屋的整體性，抵御來(lái)自任何方向的水平地震作用，圈梁可作為樓蓋的邊緣構(gòu)件，提高穩(wěn)定性，減輕地震是地基不均勻沉降對(duì)房屋的影響。

4.2 混凝土結(jié)構(gòu)

混凝土結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要點(diǎn)包括：

(1)構(gòu)件截面的高寬比要滿足規(guī)定的限值；(2)滿足最小配筋率要求；

(3)將承重柱的軸壓比控制在一定的范圍內(nèi)；

(4)一般填充墻中應(yīng)設(shè)置拉結(jié)筋，較長(zhǎng)的填充墻還應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，芯柱，角柱。

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、綜合、系統(tǒng)且整體性很強(qiáng)的過(guò)程，它包括建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算及構(gòu)造措施，三者缺一不可。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部主編.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011-2010).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[2]王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2001.

魏宇環(huán)（1995-），女，漢族，河北秦皇島市人，單位：河北大學(xué)建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)。