中國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法發(fā)展及若干問題分析

歐陽小燕　李文榮

摘要：我國是一個(gè)地震災(zāi)害比較頻繁的國家，震源分布范圍比較廣，發(fā)生頻率相對(duì)比較高同時(shí)強(qiáng)度也很大。近些年，我國處于地震的活躍期，截至目前，已經(jīng)發(fā)生了多次震級(jí)較高的地震災(zāi)害，對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了很大的威脅。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中針對(duì)可能發(fā)生的地震災(zāi)害進(jìn)行設(shè)計(jì)能有效的避免或減小各類損失。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，一定要重視建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；抗震；問題；分析

引言

地震傳播到地表層是一種水平方向和鉛垂方向在時(shí)間空間上無序加速度能量波，能帶來房屋倒塌，基礎(chǔ)設(shè)施損毀，地表開裂等。地殼層的無規(guī)律運(yùn)動(dòng)碰撞是產(chǎn)生地震的主要原因。地震及地震產(chǎn)生的次生災(zāi)害將會(huì)對(duì)人類的生命財(cái)富等構(gòu)成夢(mèng)魘，對(duì)人類文明的進(jìn)步構(gòu)成不可忽視的威脅。地球上各種人類活動(dòng)留下房屋、構(gòu)筑物、公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施，是人類文明發(fā)展的史書，每次發(fā)生強(qiáng)烈地震后都會(huì)對(duì)以上產(chǎn)生不可估量的損失。我國幅員遼闊處在地球上兩個(gè)地震活動(dòng)頻繁的地震帶上，是地球上地震災(zāi)害發(fā)生頻率較高國家。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的問題

（一）場(chǎng)地的選擇問題

抗震設(shè)計(jì)的第一步是對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行合理的選擇。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.3.1章節(jié)規(guī)定，建筑物應(yīng)盡量避開抗震不利地段，若無法避開，應(yīng)采取有效措施，同時(shí)危險(xiǎn)地段嚴(yán)禁建造甲乙類建筑，不應(yīng)建丙類建筑。所以在進(jìn)行地基的選擇時(shí)，應(yīng)避開一些對(duì)于建筑抗震不利和危險(xiǎn)地方，選擇一些有利于建筑抗震的地段。其次，應(yīng)選擇一些土質(zhì)堅(jiān)硬、地質(zhì)元素分布均勻的地段，這主要是由于地震是一種地殼震動(dòng)，如果地基土不夠堅(jiān)硬，地質(zhì)元素分布不均勻，就會(huì)在地震時(shí)產(chǎn)生較大的變動(dòng)，穩(wěn)定性不高，給建筑物帶來嚴(yán)重的破壞，反之則會(huì)有益建筑物的穩(wěn)定性，最大程度上減少由于地震對(duì)建筑物帶來的破壞。最后，盡量避免一些可能會(huì)發(fā)生泥石流、滑坡、地裂的地段進(jìn)行選址施工，地表的穩(wěn)定性高也是提高建筑物抗震能力的一個(gè)重要方式。

（二）建筑物平立面布置規(guī)則問題

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑抗震有利的理想狀態(tài)是平立面規(guī)則，剛度分布均勻，避免發(fā)生地震時(shí)在薄弱處應(yīng)力集中產(chǎn)生破壞。如《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4章節(jié)，對(duì)建筑的平面形狀、立面剖面變化情況等進(jìn)行了要求，并對(duì)一些計(jì)算系數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)等?，F(xiàn)代建筑中，建筑師經(jīng)常為了追求形體的獨(dú)創(chuàng)和立意，建筑的形體及不規(guī)則甚至不符合力學(xué)的概念。這就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮才智，盡力使結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置規(guī)則，傳力體系順暢清楚，布置多道抗震防線，保證建筑的適用性和安全性。

（三）抗震結(jié)構(gòu)體系選擇問題

抗震結(jié)構(gòu)體系選擇很大程度上建立在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上。結(jié)構(gòu)工程專業(yè)的工程師和研究人員們?cè)诮Y(jié)構(gòu)工程發(fā)展的歷程中總結(jié)出，好的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大程度上建立在于良好的抗震“概念設(shè)計(jì)”基礎(chǔ)之上。設(shè)計(jì)一個(gè)良好的抗震結(jié)構(gòu)體系概念，首先結(jié)構(gòu)體系要能概括出簡(jiǎn)潔明了的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理清晰的內(nèi)力傳遞路線，同時(shí)為了增加安全度，避免因部分構(gòu)件遇地震破壞而引發(fā)建筑結(jié)構(gòu)體系失去抗震能力或承載能力，應(yīng)設(shè)置多道抗震防線。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體方法

（一）合理布局地震外力能量吸收與傳遞的渠道

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要科學(xué)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的布局，重視設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)中地震外力能量吸收與傳遞的渠道。在建筑布局時(shí)，使建筑工程的柱、墻和梁的軸線在同一個(gè)平面中，這樣能夠使建筑結(jié)構(gòu)的抗震力形成雙向抗側(cè)力。地震中會(huì)對(duì)建筑物中的某些部分形成彎剪式的破壞，這就在一定情況下減少了地震對(duì)建筑物的破壞，進(jìn)而提升了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。

（二）提升建筑工程的布局設(shè)置合理性

建筑工程的布局設(shè)置工作主要包括建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)、建筑工程空間設(shè)置以及建筑工程立體設(shè)計(jì)，在建筑工程的布局設(shè)置工作貫徹抗震意識(shí)，提高整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性能夠有效提高整體建筑的抗震水平。在具體操作中，應(yīng)該堅(jiān)守結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡性的原則，同時(shí)也要注意保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單合理性、整體性、穩(wěn)定性，此外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)務(wù)必以科學(xué)的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。

（三）做好建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算工作

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)科學(xué)性與藝術(shù)性并重的工作，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中相關(guān)人員要進(jìn)行充分的參數(shù)計(jì)算。首先，要根據(jù)相應(yīng)的材料參數(shù)計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。其次根據(jù)模擬地震災(zāi)害結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算出地震沖擊力可能帶來的損失，并根據(jù)這一參數(shù)制定相應(yīng)的應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)。最后，要根據(jù)綜合的參數(shù)分析努力做到既保證數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)合理性又保持應(yīng)有的抗震能力。

（四）建筑場(chǎng)地合理選擇

建筑的抗震設(shè)計(jì)還要根據(jù)不同的建筑環(huán)境進(jìn)行不同程度的設(shè)計(jì)，若建筑環(huán)境地震災(zāi)害頻發(fā)，則在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)必須加強(qiáng)建筑的抗震功能。建筑抗震功能的好壞是根據(jù)一定規(guī)范來評(píng)價(jià)的，根據(jù)得出的評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)建筑實(shí)施不同的抗震預(yù)防。在建筑建設(shè)中，要想提高建筑的抗震功能，必須選取優(yōu)質(zhì)的施工場(chǎng)地，能夠確保建筑安全與穩(wěn)固。若要在土質(zhì)疏松、地震頻發(fā)的地區(qū)進(jìn)行建筑建設(shè)時(shí)，必須提高建筑防震的性能，避免建筑在地震來臨時(shí)發(fā)生沉降、傾斜等情況，對(duì)住戶的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。

（五）設(shè)置多道抗震防線

設(shè)置多道抗震防線能讓一個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震體系有一定安全冗余度，如框架—抗震墻體系是由延性框架和抗震墻兩個(gè)系統(tǒng)組成。從概念設(shè)計(jì)角度出發(fā)，應(yīng)優(yōu)先選擇重力荷載較小的豎向支撐或填充墻，或者選用軸壓比較小的抗震墻、筒體此類的大剛度、抗水平地震力強(qiáng)的構(gòu)件作為第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件。不宜采用軸壓比大的框架柱兼作第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件，以免框架柱受到地震力破壞后失去豎向承載力，產(chǎn)生倒塌。例如，在框架—抗震墻結(jié)構(gòu)體系中，設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮小震和中震情況下結(jié)構(gòu)基本完好，還要考慮在大震情況下，當(dāng)連梁失去作用，按單片墻肢計(jì)算，結(jié)構(gòu)仍有承載能力而不倒，還有要求計(jì)算時(shí)框架柱承擔(dān)的剪力不小于總剪力的20%，這樣即使抗震墻破壞后框架柱仍具有一定的承載能力，可以保證結(jié)構(gòu)“大震不倒”。不同的地區(qū)有不同的地質(zhì)特點(diǎn)，地震發(fā)生的等級(jí)與建筑類型各有不同，把握好抗震防線數(shù)量，合理利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震，有利于建筑結(jié)構(gòu)抗震性達(dá)標(biāo)。

結(jié)語

不斷完善建筑工程的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)，不斷總結(jié)歸納建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，選擇先進(jìn)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，會(huì)推動(dòng)建筑領(lǐng)域的質(zhì)的飛躍。同時(shí)，嚴(yán)格按照建筑領(lǐng)域?qū)ㄖY(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，能夠保證建筑物的抗震性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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