建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計研究

姚婷婷

摘 要：伴隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑行業(yè)也在不斷發(fā)展。人們對建筑安全提出了更高的要求，這就對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要求越來越高。在細節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，施工的工作人員也要對抗震的結(jié)構(gòu)設(shè)計有相應(yīng)的了解，仔細對建筑物周圍發(fā)生地震災(zāi)害的情況進行研究。尤其是在我國一些地震多發(fā)地帶或區(qū)域，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計關(guān)系到人們的生產(chǎn)生活安全。文章主要分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計特點，旨在為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員以及相關(guān)研究人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；抗震設(shè)計

1抗震理念設(shè)計的理論概述

1.1抗震理念設(shè)計的概念

地震概念設(shè)計是指地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗的基本設(shè)計原則和設(shè)計理念，建筑結(jié)構(gòu)的總體布局和確定混凝土結(jié)構(gòu)的過程。概念設(shè)計是一個不以計算為基礎(chǔ)的工程師。根據(jù)設(shè)計理論和施工經(jīng)驗，對現(xiàn)有設(shè)計方案和設(shè)計理念進行評估，并評估滿足抗震要求的設(shè)計方案。它包括分析、綜合和評價三個步驟。

1.2建筑結(jié)構(gòu)抗震的重要性

我們對建筑賦予了不同的職能，有提供居住的建筑，有辦公的建筑，還有休閑娛樂的建筑。這些建筑的質(zhì)量關(guān)系到人們的生命安全。只有建筑物本身是安全可靠，才能夠給人們帶來不同的功能。所以，現(xiàn)在越來越多的設(shè)計師開始注重起建筑物的質(zhì)量，一定要把質(zhì)量安全放在第一位。地震是非常嚴重的自然災(zāi)害，現(xiàn)在我們的技術(shù)還不能夠精確預(yù)測出地震的發(fā)生時間、地點。這種未知的情況下，當?shù)卣鸢l(fā)生時會給建筑物帶來致命的打擊?，F(xiàn)在的建筑以高層為主，一旦建筑物倒塌以后，那么人們的生命財產(chǎn)會受到嚴重的后果。所以，對建筑物進行抗震設(shè)計就是從根本上保障人們的生命財產(chǎn)安全。

1.3抗震理念設(shè)計的基本原則

1.3.1結(jié)構(gòu)的整體性

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，地板的完整性對高層建筑結(jié)構(gòu)的完整性非常重要，這相當于水平分區(qū)，具有收集和傳遞慣性到垂直倒立結(jié)構(gòu)的功能。因此，這些子結(jié)構(gòu)必須具有強烈的抗震性能。

1.3.2結(jié)構(gòu)的簡單性

簡單結(jié)構(gòu)是指在地震作用下，傳遞力的清晰和直接的路徑。在高層建筑抗震設(shè)計標準中，明確了“結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有清晰的計算和簡單的數(shù)據(jù)，合理的地震傳遞方式”。只有一個簡單的結(jié)構(gòu)可以準確地分析結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力和模型，掌握高層建筑抗震性能的薄弱環(huán)節(jié)，并采取相應(yīng)措施防止其發(fā)生。

1.3.3結(jié)構(gòu)的剛度

在地震作用下，結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力是雙向的。確定結(jié)構(gòu)的剛度，并安排結(jié)構(gòu)以抵抗任何方向的地震。一般來說，基本結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度和抗震能力，不僅要控制結(jié)構(gòu)變形，而且要減少地震對高層建筑的影響。避免了大結(jié)構(gòu)變形引起的兩級重力效應(yīng)，破壞了結(jié)構(gòu)不平衡，大大降低了高層建筑的抗震性能。

1.3.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)結(jié)件施工質(zhì)量對于建筑安全的影響

在建筑物之中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)結(jié)件的承載力必須要大于構(gòu)件承載力，才能夠保證聯(lián)結(jié)件不會失效。例如在結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計中，框架節(jié)點承載力必須要超過梁柱構(gòu)件承載力，預(yù)埋件承載力也需要大于聯(lián)結(jié)構(gòu)件承載力。從某種層面而言，構(gòu)件聯(lián)結(jié)件施工質(zhì)量也直接影響著建筑物的安全性能。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計探討

2.1抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

2.1.1構(gòu)件的設(shè)置

一方面在底部加強區(qū)以下，也就是在高層建筑的負一負二層中可以設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。在負一層為保證嵌固端邊緣構(gòu)件縱筋延續(xù)，邊緣構(gòu)件的縱筋和第一層相同，箍筋按照構(gòu)造邊緣構(gòu)件設(shè)置；而負二層以及以下部分則可以全部設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。另一方面關(guān)于核心筒角部位，也就是底部加強區(qū)以上也可以設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，根據(jù)軸壓比來調(diào)整箍筋配置和非陰影區(qū)域的長度。此外，對構(gòu)件之間的連接、構(gòu)件延性和剛度進行控制，比如適當處理構(gòu)件強弱關(guān)系，保證構(gòu)件延性和抗倒塌能力。對構(gòu)件中相對薄弱的部分應(yīng)該采取措施加以保護，提高抗震能力。比如通過合理承載力、彈性受力等計算，使樓層比值保持均勻變化，防止因局部強化而忽視整體結(jié)構(gòu)的剛度、承載力協(xié)調(diào)。

2.1.2次梁的設(shè)計優(yōu)化

次梁在布置上首先要沿著結(jié)構(gòu)內(nèi)部向周圍發(fā)射布置，這種布置方式不僅傳力途徑清晰效率較高，而且能夠?qū)χ髁焊叨冗M行控制，從而確?？蛲步Y(jié)構(gòu)凈高。對結(jié)構(gòu)平面外的梁體設(shè)計，也應(yīng)該按照次梁方式進行布置設(shè)計。也就是一端和結(jié)構(gòu)平面外相連接，一端和外圍主梁相連接的梁，應(yīng)該按照次梁設(shè)計。在設(shè)計中需要手動調(diào)整抗震等級，現(xiàn)在也可以通過參數(shù)設(shè)置自動實現(xiàn)。

2.2底層柱設(shè)計優(yōu)化

高層建筑的底層柱，其性能關(guān)系著整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。所以在其抗震設(shè)計時，必須要滿足強度、剛度和延性要求。在底層柱的設(shè)置上，首先可以在保證結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上對框架柱的截面進行控制，適當?shù)販p小柱截面，同時混凝土強度等級可以適當提升。這是因為框筒結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)框架柱是構(gòu)造配筋，所以適當?shù)乜刂瓶蚣苤孛?，可以減少框架柱配筋的使用。此外，在框筒結(jié)構(gòu)中，框架柱下部分截面較大，然而剪跨比卻經(jīng)常小于2，屬于短柱，所以框架柱體積的配箍率往往在1.2%以上。但是在樓層升高以后，框架柱截面減小，剪跨比可能在某一層上突然達到2以上，這時就需要根據(jù)軸壓比進行計算然后確定框架柱的體積配箍率，對框架柱箍筋配置進行精細化。短柱延性較差，在受到強地震時容易造成剪切破壞而使結(jié)構(gòu)破壞。影響混凝土短柱延性的因素一個是軸壓比，另一個是配箍率和箍筋形式。為提高混凝土短柱抗震性能，需要進行短柱延性強化設(shè)計。以下從提高短柱受壓承載力、采用鋼管混凝土柱箍筋形式、采用分體柱等三個方面談?wù)勅绾芜M行底層柱的優(yōu)化設(shè)計。

2.2.1提高短柱的受壓承載力

提高短柱受壓承載力，主要是減小柱截面，同時提高剪跨比。一般方法是加強混凝土強度等級，采用高強度混凝土來增加短柱的受壓承載力，降低軸壓比。但是因為高強度的混凝土材料本身自重較大，且延性較差，所以在實際設(shè)計施工中需要和其他措施結(jié)合起來。另外，采用鋼骨或者鋼筋混凝土柱也可以有效提高短柱受壓承載力，從而改善建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

2.2.2采用鋼管混凝土柱

上文談到，采用鋼管混凝土柱可以提高短柱受壓承載力，同時柱截面要比一般的鋼筋混凝土柱小一半，可有效避免短柱形成，具有較好抗震性能。具體來說，鋼管混凝土柱是箍筋的一種特殊形式，是將混凝土填入到鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料，其中混凝土受到側(cè)向力約束，處于三向受壓狀態(tài)中，所以混凝土抗壓能力和極限壓有很大提高，其延性同時得到改善。另外，鋼管既是縱向箍筋，又是橫向箍筋，在選擇高強度混凝土進行箍筋后，底層柱承載能力大幅度提高，從而有效改善底層柱抗震能力。

3對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的展望

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市的人口密度越來越大，為了解決人們的住房問題，高層建筑成為了發(fā)展趨勢。為了確保高層建筑的抗震性能，現(xiàn)階段世界各國普遍采取控制結(jié)構(gòu)剛度的辦法，通過消耗地震能量來降低地震的強度，確保建筑物保持不傾倒狀態(tài)。此外，原來的抗震結(jié)構(gòu)理論和體系沒有隔震消能以及減震的效果，已經(jīng)達不到目前人們對抗震性能的要求，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計未來的發(fā)展方向需要向著這方面努力。

4結(jié)束語

綜上所述，在建筑行業(yè)發(fā)展的當前階段，地震災(zāi)害沒有辦法得到有效預(yù)測。因此，只有做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計工作，預(yù)防一切地震災(zāi)害，才能保證建筑工程的安全。也只有這樣，才能讓建筑結(jié)構(gòu)在地震災(zāi)害過程中起到保護他人的作用。設(shè)計師要意識到個人在建筑設(shè)計方面的責任，做好相關(guān)設(shè)計工作，提升當代建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

參考文獻

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（作者單位：博興縣建筑工程設(shè)計院）