建立建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)基本原則及要求

聶鳳玲 甘桂其

甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

建立建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)基本原則及要求

聶鳳玲 甘桂其

甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

針對(duì)于自然災(zāi)害，我國(guó)在建筑方面也開始了相關(guān)的防御設(shè)計(jì)，其中就包括建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)控制。這篇文章主要是結(jié)合地震的一些常見現(xiàn)象，針對(duì)平立面的樣式，結(jié)構(gòu)的常用設(shè)置，選擇建筑物場(chǎng)地以及結(jié)構(gòu)的延展性等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)基本原則以及相關(guān)要求。

抗震設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中的內(nèi)涵

追溯我國(guó)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展起源，從經(jīng)驗(yàn)估算、容許應(yīng)力法、破損階段計(jì)算、極限狀態(tài)計(jì)算一直到現(xiàn)代社會(huì)廣泛使用的概率極限狀態(tài)理論，都表現(xiàn)出人類的發(fā)明創(chuàng)造潛能是無窮的?，F(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)的中心理論基礎(chǔ)是概率理論，總結(jié)出更加完善的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，要求建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的原則。總體來說，雖然新標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較合理科學(xué)，但是概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法還不夠完善，只能進(jìn)行近似算法，不能對(duì)建筑物的實(shí)際承載力做準(zhǔn)確的估算?？傮w來說，建筑物不是一個(gè)獨(dú)立體，屬于空間結(jié)構(gòu)，它是各種部件的結(jié)合體，而且這些部件協(xié)同工作，維持其正常功能。

地震不是人們所能控制和把握的，其本身帶有的隨機(jī)性、不確定性和復(fù)雜性給準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震破環(huán)建筑物的相關(guān)參數(shù)造成了很大的挑戰(zhàn)，很難得到準(zhǔn)確的實(shí)際信息。 建筑物的部件之間相互聯(lián)系，在受到破壞后將會(huì)復(fù)雜化也是很難準(zhǔn)確針對(duì)修復(fù)的。從結(jié)構(gòu)的角度來進(jìn)行分析，建筑結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等方面也很難準(zhǔn)確把握，有很高的不確定性，所以，“計(jì)算設(shè)計(jì)”本身也存在缺陷，不能解決目前所遇到的發(fā)展難題。依據(jù)人類長(zhǎng)期發(fā)展過程中總結(jié)的理論和實(shí)際抗震建設(shè)工作中得到的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，可以基本上得出工程抗震基本概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容，由目前所得到的知識(shí)來更加深入透徹的研究總結(jié)建筑結(jié)構(gòu)的總體地震所呈現(xiàn)出的反應(yīng)，查看破壞情況，嘗試總結(jié)破壞規(guī)律情況，按照得出的抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，科學(xué)完善地設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的解決方案，一方面保證了總體布置所遵循的大原則，也保障了重要部位的細(xì)節(jié)性構(gòu)造，從根本上改善了結(jié)構(gòu)的抗震能力。

二、抗震概念設(shè)計(jì)的基本原則與要求

1.選擇有利場(chǎng)地。

導(dǎo)致建筑物受到地震損壞包括很大方面的原因，其中就有場(chǎng)地條件。場(chǎng)地對(duì)建筑物有直接影響，而且地震的損壞結(jié)果一般都相對(duì)比較嚴(yán)重，工程的補(bǔ)求措施并不能完全彌補(bǔ)。所以，進(jìn)行場(chǎng)地選擇工作時(shí)，必須要嚴(yán)格考察地形地況，得到詳細(xì)信息，結(jié)合實(shí)際情況參考選擇有利的場(chǎng)地施工，減少地震對(duì)建筑的損壞，明確場(chǎng)地要求，絕對(duì)不能在危險(xiǎn)場(chǎng)地進(jìn)行建筑構(gòu)造，以免出現(xiàn)人員傷亡事故以及造成經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

開闊平坦地帶的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或是密實(shí)均勻中硬場(chǎng)地土具有顯著的選擇優(yōu)勢(shì)，其地形穩(wěn)定，可靠性較高，屬于有利的場(chǎng)地。位于這些場(chǎng)地上的建筑一般在地震的時(shí)候不會(huì)發(fā)生地基損壞失效現(xiàn)象，從基礎(chǔ)上降低了地震對(duì)建筑物的損毀程度。相對(duì)而言較為不利的地段地形有條狀突出的山嘴、孤立的山包以及山梁的頂部、高差較大的臺(tái)地邊緣、非巖質(zhì)的陡坡、河岸和邊坡的邊緣，位置比較陡峭，穩(wěn)定性低；不利的場(chǎng)地土質(zhì)通常包括軟弱土、易液化土、故河道、斷層破碎帶、暗埋塘浜溝谷以及半挖半填地基等，一些水平分布不均勻等場(chǎng)地也不合格。

2.采用合理的建筑平立面。

采用合理的建筑平立面能顯著改善建筑的使用性能。合理科學(xué)的建筑平立面，如果符合抗震原則，就能夠增加建筑的抗震能力，盡可能的降低地震的損害程度。

結(jié)合以往的建筑經(jīng)驗(yàn)，較為簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱的建筑則具有一般都能保證其較強(qiáng)的抗震能力，能夠減輕地震帶來的能量破壞；相反的，針對(duì)一些形狀不符合規(guī)格的建筑設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)，采取平面上凸出凹進(jìn)以及立面上高低錯(cuò)落的設(shè)計(jì)形式，則具有很大的不穩(wěn)定性，從而容易在地震發(fā)生時(shí)出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。所以，在進(jìn)行建筑的平立面設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)，在操作上也比較科學(xué)合理，可以保證地震的作用順利傳遞，而且，在地震發(fā)生時(shí)還容易采取相應(yīng)的解決措施來應(yīng)對(duì)問題。

3.選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。

選擇合理的結(jié)構(gòu)形式對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震概念標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)來說非常重要。從結(jié)構(gòu)材料來看，現(xiàn)代社會(huì)使用廣泛的結(jié)構(gòu)體系可以分為砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)等；根據(jù)結(jié)構(gòu)的形式來區(qū)分，可以概括為框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等不同的形式。在選擇合理的結(jié)構(gòu)形式的過程中，需要考慮到抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件以及建筑材料、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等多方面條件，對(duì)于這樣一個(gè)綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題定，必須要嚴(yán)謹(jǐn)思考，結(jié)合實(shí)際需求來選擇。

從抗震規(guī)范的角度來講對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)體系有五個(gè)方面的要求：①結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑；②結(jié)構(gòu)體系需要設(shè)置多方面的防震策略，盡量降低部分結(jié)構(gòu)破環(huán)從而造成整個(gè)建筑失去抗震性能以及對(duì)重力的負(fù)荷能力的概率；③結(jié)構(gòu)體系需要具有一定程度的變形能力和耗能能力，保證其抗震性能；④結(jié)構(gòu)體系的剛度和承載力應(yīng)該進(jìn)行合理的分配，以防在地震時(shí)形成薄弱部位，發(fā)生變形的情況；⑤結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該按照平面對(duì)稱、立面布置均勻來進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證建筑整體的穩(wěn)定性，避免因震動(dòng)而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不均勻現(xiàn)象，造成部分抗震能力比較差。

一般說到結(jié)構(gòu)的延性主要是指結(jié)構(gòu)在不影響其承受力的前提下進(jìn)行非彈性變化的性能。結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)主要是為了建筑在發(fā)生地震時(shí)出現(xiàn)倒塌，增加結(jié)構(gòu)的變形能力，可以降低地震的破環(huán)程度，分擔(dān)一部分地震引出的破壞力量，支持建筑的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)必須考慮其延性和耗能情況，降低建筑組成的損壞和形態(tài)變形，彎曲構(gòu)件的延性相比于剪切構(gòu)件彎曲程度更好，發(fā)生地震時(shí)以彎曲形態(tài)來減輕地震輸入能量。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要多考慮彎曲構(gòu)建的設(shè)計(jì)，堅(jiān)持“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱錨固”的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.確保結(jié)構(gòu)的整體性。

建筑是空間結(jié)構(gòu)，其組成包括很多部件，各個(gè)部件相互協(xié)同工作保證建筑的整體穩(wěn)定性，同時(shí)降低了地震的破環(huán)能力。建筑在設(shè)計(jì)過程中，每個(gè)部件都賦予了抗震性能，遇到地震時(shí)同時(shí)協(xié)同發(fā)揮作用，如果因?yàn)榈卣鹌茐牧私Y(jié)構(gòu)的整體合作抗震能力，建筑因?yàn)椴荒艿挚沟卣鸬臍哪芰Χ顾?。所以，保證結(jié)構(gòu)的整體性有利于增加建筑的抗震能力。

想要增強(qiáng)建筑的整體性，充分利用各部分構(gòu)件的抗震能力，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮下面幾個(gè)方面：①建筑結(jié)構(gòu)要有一定的連續(xù)性。結(jié)構(gòu)的連續(xù)性發(fā)揮其整體在地震時(shí)的抗震性能。②做好構(gòu)建之間的連接設(shè)計(jì)。保證建筑物的穩(wěn)定性需要各個(gè)部件充分發(fā)揮其抗震承受力，進(jìn)行連接協(xié)同合作，表現(xiàn)出其最大延性。③完善建筑在豎向剛度方面的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使結(jié)構(gòu)沿縱、橫2個(gè)方向具有足夠的整體豎向剛度，并使房屋基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的整體性，避免建筑出現(xiàn)地基不均勻或是出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

為了能更好地完成建筑結(jié)構(gòu)抗震概念標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，相關(guān)技術(shù)人員必須深入了解概念標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的基本原則和相關(guān)要求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，全方位參考相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況，分析后得到可靠的結(jié)果，認(rèn)真對(duì)待建筑設(shè)計(jì)工作，在完成舒適美觀的要求同時(shí)，也要保證其安全居住性能，維護(hù)人們的生命安全，畢竟房屋建筑是人類賴以生存的空間結(jié)構(gòu)?？偠灾谖覈?guó)以后的發(fā)展中，也需要逐步完善關(guān)于建筑抗震方面的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求，使其更好地服務(wù)于建筑行業(yè)，提高建筑行業(yè)的安全性能，從而讓人類的生活更加的便利，更加美好。

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