建筑結(jié)構(gòu)抗震問題探討

高 紅 斌

(山西省建筑材料工業(yè)設計研究院，山西 太原 030013)

建筑結(jié)構(gòu)抗震問題探討

高 紅 斌

(山西省建筑材料工業(yè)設計研究院，山西 太原 030013)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化進程加快，建筑物抗震要求也不斷提高，我國相繼更新了抗震規(guī)范，對于抗震問題尤為重視，著重論述了抗震設計需要考慮的因素和計算要點，為結(jié)構(gòu)設計提供一些參考。

結(jié)構(gòu)設計，抗震設計，抗震措施

0 引言

建筑物的安全性主要是指在正常使用狀態(tài)和遭受外力破壞時的安全狀態(tài)。一個經(jīng)過正規(guī)設計施工的建筑在正常使用狀態(tài)下都可以滿足安全需求，所以現(xiàn)階段我們這里所說的安全性更多的是在建筑物遭受外力下的被動安全性。這種外力包含火災、水災、沖擊荷載、地震等?；馂摹⑺疄母嗟氖菍ㄖ牧系哪突鹦院头浪缘目简?，抵抗沖擊荷載和地震是建筑物自身剛度的體現(xiàn)，但是由于這類型荷載具有不確定性和隨機性，很難進行定性和定量，所以只能在設計時全方位考慮，這也就是我們提出的“大震不倒，中震可修，小震不壞”?，F(xiàn)階段我國設計講究的是“抗震”，更多的要求是增加自身抵抗能力，提高剛度，增加配筋率，增設構(gòu)造措施。國外現(xiàn)在處于減震和隔震的階段，我國也在積極推進，減震隔震從根本上不同于抗震，這種思路主要是在結(jié)構(gòu)體系上增加隔震減震的設備，用于吸收地震力，減少結(jié)構(gòu)自身所抵抗的地震力。對于復雜的結(jié)構(gòu)或者超限的工程，在通過計算機模擬后，要求采用兩種不同的結(jié)構(gòu)軟件進行計算，計算結(jié)果對比后，再采用實驗方法，把建筑模型置于振動臺上，通過輸入不同類型的地震波，結(jié)合計算機模擬計算數(shù)據(jù)和實驗模型的數(shù)據(jù)進行對比，來檢驗建筑物的抗震性能。

1 抗震設計的考慮因素

1.1 結(jié)構(gòu)體系的選擇

結(jié)構(gòu)體系屬于概念設計的范疇，也是屬于初設階段應該確定的事項。結(jié)構(gòu)體系是決定一個建筑安全可靠的前提，它主要體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)受力的傳遞方式和材料的運用。在進行初步設計時，首當其沖的就是要根據(jù)建筑功能確定結(jié)構(gòu)體系。

1)傳力路徑簡單直接。

對于豎向力，一般是從樓板到梁，再到柱至基礎；對于水平力，直接由柱、墻來承擔。如何保證荷載傳導路徑直接明了，結(jié)構(gòu)體系的合理是關(guān)鍵。常用的結(jié)構(gòu)體系有磚混、框架、剪力墻、鋼結(jié)構(gòu)等，對于抗震設計都有自己體系相應的措施，措施是基于傳力路徑的最好體現(xiàn)。

2)結(jié)構(gòu)體系的強度保證。

在結(jié)構(gòu)設計中要求“強柱弱梁、強節(jié)點弱構(gòu)件”就是要求結(jié)構(gòu)體系要具備足夠的剛度，尤其是傳力系統(tǒng)的豎向構(gòu)件，一定是抗震設防的重點部位。一個結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)最薄弱的部位設置抗震措施，對于提高整個結(jié)構(gòu)的抗震能力具有顯著的效果。對于框架和剪力墻結(jié)構(gòu)，一定要保證梁柱節(jié)點的完整性和剛度，最大限度的分散節(jié)點塑性內(nèi)力，合理提高節(jié)點抗震性。

1.2 場地的選擇

建筑場地的選址是關(guān)乎于項目能否實現(xiàn)的根本問題，對于存在泥石流、滑坡、地震斷裂帶等危險不良地質(zhì)場地，我們在選址時要盡量回避，對于一般場地，地基不處理或者采取措施處理后可以滿足建筑使用的，才是我們選址的依據(jù)。對于液化場地，通常是地震考慮較為重要的場地，對于重點設防類建筑必須進行處理，一般建筑可部分處理。對于濕陷性場地，要控制地基濕陷量，在場地類別為三類的場地，7度0.15g的地區(qū)，抗震構(gòu)造措施要按照提高一級來設計。在建筑建模時，場地類別的輸入對于整個建筑的設計結(jié)果尤為重要。場地類別是在地勘報告中分析地震波在土層傳播速度得出，這就要求地勘單位對于此項數(shù)值進行縝密的分析計算，因為對于一個8度地區(qū)的建筑，二類場地和三類場地的抗震驗算結(jié)果是截然不同的，配筋也相差很多。因此，建筑場地的選擇、地基參數(shù)的選取都直接關(guān)系到建筑抗震設計的結(jié)果，在抗震構(gòu)造措施中，一方面是加強上部建筑的，另一方面就是增加結(jié)構(gòu)地基基礎剛度，以此來一步步提升建筑物基礎和上部結(jié)構(gòu)的抗震性。

1.3 建筑平面布置

當今社會已經(jīng)不是循規(guī)蹈矩的年代，老式傳統(tǒng)的盒子房，規(guī)則的建筑已經(jīng)不能滿足業(yè)主的視覺感受，所以現(xiàn)代的設計師常常天馬行空的構(gòu)想出很多造型奇特的建筑方案來贏得市場，從城市風格和社會水平而言，這點是好的，但是對于建筑抗震設計而言，就會提出很多新的挑戰(zhàn)。建筑外形不規(guī)則、內(nèi)部隨意的劃分空間，這些都導致結(jié)構(gòu)受力不合理，傳力體系不明確或者傳遞路徑迷亂，導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多個薄弱點，復雜的造型也給建筑建模帶來很大困難，導致模型和實際情況的偏差，這些因素導致計算結(jié)果的差異很大。在進行大型工程前期，都要進行初始申報，主要就是審查選址、方案等。當然換個角度考慮，新穎的方案對于結(jié)構(gòu)抗震設計來說確實提出較高的要求，增加了設計人員的設計思路，但是對于抗震來說，還是應該講究平面規(guī)則、豎向規(guī)則，傳遞路線清晰明了。

1.4 抗震措施及裝置

抗震措施是計算之外的構(gòu)造措施，主要依據(jù)工程實踐經(jīng)驗給出的最低要求，比如配筋率、鋼筋直徑、鋼筋間距、柱截面尺寸等，對于一個工程，考慮抗震與不考慮抗震得到的結(jié)果是差別巨大的。在設計時，要嚴格按照當?shù)乜拐鹆叶冗M行抗震構(gòu)造措施查詢，對于重點工程，還要提高一個抗震等級來設置構(gòu)造措施。在磚混結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造柱和圈梁都屬于構(gòu)造措施，不參與抗震計算，但是設置要求必須參照抗震規(guī)范；在混凝土框架結(jié)構(gòu)中，抗震措施則要求了最低的配筋率和鋼筋要求，在設計中是參與抗震計算的，這兩點要區(qū)分清楚。隨著抗震技術(shù)的進步，近幾年逐漸把隔震減震技術(shù)推廣開來，這也是學習國外先進的抗震計算，把地震從“抗”進步到“隔”和“減”，也是對于結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)的優(yōu)化。隔震一般設置在基礎與豎向受力構(gòu)件中間，在地震力到來的時候，隔震裝置會通過自身材料特性過濾掉一大部分地震波，使傳導到結(jié)構(gòu)主體上的地震力減少很多，現(xiàn)在的大型橋梁、高架路常采用這種方式。減震主要是依靠阻尼器在框架構(gòu)件之間設置，在地震力到來時，利用阻尼器控制構(gòu)件變形，依靠自身變形吸收地震能量。兩種思路都是在傳遞路線上做文章，依舊遵循著古老的抗震定律。對于老舊房屋，設置阻尼器是較方便的抗震加固方法，它只需要在確定的幾個梁柱面內(nèi)替代填充墻體即可。根據(jù)山西省住建廳的要求，新建、改造的中小學房屋必須使用隔震減震技術(shù)，這也表明我省對于隔震減震技術(shù)推廣的重視程度，同時表明了抗震的未來在隔震和減震。

2 其他注意事項

當今社會，要設計建造出抗震性能優(yōu)秀的房屋，設計人員的思路非常重要，要盡量考慮到以下幾點：

1)在滿足使用條件的前提下，盡量做到結(jié)構(gòu)體系簡單明了，傳遞路線清晰可靠，建筑平面布局合理對稱，受力構(gòu)件分散均勻，避免平面剛度和豎直剛度發(fā)生突變。

2)建立完善的抗震體系，設置多道防線，化繁為簡，化重為輕。嚴格按照抗震規(guī)范的區(qū)劃圖，準確的對建筑物抗震措施定性和定量，確保在地震時，把建筑損傷帶給人類的傷害降到最低。

3)對于樓板與梁、柱與梁、墻與梁、基礎與柱的節(jié)點要設計牢靠，根據(jù)結(jié)構(gòu)體系及規(guī)格確定抗震等級，當節(jié)點兩端抗震等級不同，對于節(jié)點部位采取高抗震等級進行設計，在保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全的前提下，更要保證節(jié)點的安全。

3 結(jié)語

抗震設計是結(jié)構(gòu)設計的重中之重，抗震設計的研究與討論也一直在進步，對于房屋建設來說是好的，對于國家安全發(fā)展也是好的。我國雖然基本完成了大興土木的建造年代，但是建筑老化、破損等問題也相應出現(xiàn)，如何讓舊建筑滿足新抗震規(guī)范成了設計人的新問題。這需要設計人員在結(jié)構(gòu)抗震設計中既要堅守舊有的傳統(tǒng)理論，也要開拓進取的提出新的抗震思路，在規(guī)范和科學中找到最完美的結(jié)合點，確保建筑物的抗震性能。

[1] 楊甲奇.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設計若干問題的探討[J].門窗,2014(2)：12-15.

[2] 方小丹,魏 璉.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設計若干問題的討論[J].建筑結(jié)構(gòu)學報,2011(12)：32-34.

Inquiry on anti-seismic problems of building structure

Gao Hongbin

(ShanxiDesignandResearchInstituteofBuildingMaterialsIndustry,Taiyuan030013,China)

With the constant development of economy in our country, the urbanization process is accelerated, the building also constantly improve the aseismic requirements. In our country have been updated the seismic code for anti-seismic problem is particularly valued. This paper discusses the factors and calculation of the seismic design needs to consider main points, to provide some reference for structure design.

structural design, aseismic design, earthquake resistant measures

1009-6825(2017)22-0047-02

2017-05-23

高紅斌(1970- )，男，工程師

TU352.1

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