建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)分析

孔凡領(lǐng)

濟(jì)寧市建筑設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)寧 272000

如何加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能已成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，如果地震災(zāi)害一旦發(fā)生，將造成不可估量的危害，不僅會(huì)減緩我國的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，還將會(huì)對人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，必須要充分認(rèn)識(shí)到抗震設(shè)計(jì)的重要性；另外，要嚴(yán)格控制建筑物的抗震設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，為人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供可靠保障。

1 抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

隨著我國人口日益增長，城市人口密度也越來越大，過多的人和財(cái)富集中在一個(gè)地區(qū)，一旦地震發(fā)生，財(cái)產(chǎn)的損失和傷亡是不可估量的。例如，唐山大地震和汶川地震的發(fā)生，就造成了嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，如何提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能已經(jīng)成為許多建筑師面臨的問題。地震是最大的自然災(zāi)害之一，也是難以避免的自然災(zāi)害。目前，由于我國科技現(xiàn)階段無法準(zhǔn)確預(yù)測地震災(zāi)害，尚無相應(yīng)的有效措施，所以應(yīng)該如何利用現(xiàn)有的技術(shù)和思路減少建筑物地震造成的損失，是當(dāng)前為止，世界各國地震工程界都值得深刻反思的問題。為了減少地震發(fā)生對建筑物造成的破壞，目前全球有90%以上的國家正在進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)原則，該原則為：大震建筑不倒、中震建筑可加以牢固、小震不破壞建筑結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)中、小地震發(fā)生時(shí)，部分建筑物的結(jié)構(gòu)可能會(huì)喪失功能，加上建筑設(shè)備的成本和裝飾技術(shù)的成本高于建筑本身的成本，造成不可預(yù)知的經(jīng)濟(jì)損失，由此可見加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性。

2 建筑結(jié)構(gòu)平立面布置和體系

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)注重建筑結(jié)構(gòu)的選擇和詳細(xì)的部署和控制，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要注重對建筑結(jié)構(gòu)的全面、準(zhǔn)確的控制和具體的形式，以編制符合國家地震規(guī)范要求的建設(shè)項(xiàng)目地震指標(biāo)?？拐鹪O(shè)計(jì)的概念也可以更好地反映在建筑結(jié)構(gòu)上。具體的設(shè)計(jì)工作要遵循以下兩點(diǎn)：①建筑結(jié)構(gòu)和立面工程的設(shè)計(jì)要規(guī)范建筑物及其防護(hù)結(jié)構(gòu)的外觀、對稱性和整體性，不應(yīng)使用重度不規(guī)則的設(shè)計(jì)；建筑物的垂直部分應(yīng)該是統(tǒng)一的，避免其突變和承載力的突變。建筑結(jié)構(gòu)在平面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用左右對稱布置的柱墻梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而設(shè)計(jì)過程中，調(diào)整立面上的立柱不能出現(xiàn)中止或取消的情況，只有充分利用簡單、規(guī)范的結(jié)構(gòu)形式才能提供更高的穩(wěn)定性和可靠性。但是，對于一些角度較大的建筑結(jié)構(gòu)，一些問題和缺陷是不可避免的；②從選擇建筑結(jié)構(gòu)體系的角度來看，結(jié)構(gòu)體系不僅需要清晰的地震計(jì)算和傳遞圖，而且要避免某些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力受到破壞，以免給整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能帶來損失或影響重力載荷，還要具備基本的抗震、形變、地震能耗等類型的性能，因此，必須采取有效措施提升建筑整體抗震能力，其結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該不僅僅是一個(gè)地震防護(hù)線，例如，抗震墻體系由一個(gè)框架和兩個(gè)不同側(cè)面結(jié)構(gòu)的墻體結(jié)構(gòu)組成；雙層或多層抗震墻體系由多個(gè)肢體組成，宜在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性相近，宜剛度和承載力分布合理，避免出現(xiàn)局部弱化或變異情況?？傊?，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，抗震體系要確保受力明確，傳力途徑合理且傳力路線不間斷，要根據(jù)當(dāng)前的地震結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)分析，這樣才能有利地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3 優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性

為提升建筑抗震效果，設(shè)計(jì)過程中必須對建筑整體剛度進(jìn)行優(yōu)化，其優(yōu)化工作不僅關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還與建筑抗震能力存在直接關(guān)聯(lián)。在PKPM 電算中，整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算指標(biāo)是X和Y的剛重比，在兩個(gè)方向上的剛重比不僅要滿足系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性需求，還要滿足X，Y方向不能太重，最多差異也不要超過50%。就以高層剪力墻為例，比如，兩個(gè)方向的剛重比必須要大于2.7，那如果剛重比小于2.7，則說明重力二階效應(yīng)經(jīng)濟(jì)性較差，會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，最好將其控制在3.5左右的范圍指內(nèi)，若超出該數(shù)據(jù)，就要考慮減少剪力墻和其他墻體的布置，來提升整體經(jīng)濟(jì)性，另外，在同等條件下，加強(qiáng)建筑四周剪力墻的布置，弱化中間核心筒 （電梯和樓梯） 的剪力墻布置，利于提升建筑整體穩(wěn)定性。

4 提升建筑物結(jié)構(gòu)延性

具體到建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，還應(yīng)從合理設(shè)計(jì)的角度著眼于建筑結(jié)構(gòu)的延性特征。由于結(jié)構(gòu)對地震的阻力主要通過非彈性形變實(shí)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)的延性也很重要。在結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)過程中，首先，要正確選擇塑性形變機(jī)制，在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，經(jīng)常使用“強(qiáng)柱弱梁”，它能將結(jié)構(gòu)的延性效果有效的體現(xiàn)出來，并且還需要針對建筑結(jié)構(gòu)柱部分和梁鋼筋進(jìn)行有效設(shè)置，才能有效提升彎矩值和承載力，同時(shí)還要設(shè)置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，確保建筑結(jié)構(gòu)抗剪能力滿足抗震性需求，通過加強(qiáng)相應(yīng)內(nèi)容的設(shè)計(jì)避免剪切破壞現(xiàn)象，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要綜合建筑結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件，這些構(gòu)件和層次都經(jīng)過充分處理，以確保檢驗(yàn)和設(shè)計(jì)達(dá)到理想的精確性；最后，還要有效地設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的塑料能量分配能力和塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，并用箍筋加密的方法來提高建筑物穩(wěn)定性。

5 計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算存在密切關(guān)系，這些計(jì)算結(jié)果必須確保精確，避免對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能產(chǎn)生不利影響，如：墻梁板柱承載力計(jì)算、變形計(jì)算，它與結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性效果有必然的聯(lián)系，需要引起高度重視；從結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算的角度來說，通過運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行綜合分析，提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，確保建筑結(jié)構(gòu)體系的抗震性能滿足要求。

6 科學(xué)、規(guī)范的選取抗震材料

材料作為建筑物的主要力量來源，選擇合適的材料尤為重要。為了確保建筑質(zhì)量，應(yīng)了解場地的各個(gè)方面，分析現(xiàn)場地震數(shù)據(jù)，以確保所選材料的適宜性。從抗震設(shè)計(jì)的角度來看，材料要輕，強(qiáng)度要高，整體性和延展性要強(qiáng)。經(jīng)過實(shí)踐證明，最適合抗震材料要求的是鋼結(jié)構(gòu)，但存在成本高并且維護(hù)成本也高的問題。一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，且低成本，隨著設(shè)計(jì)的不斷升級(jí)使其具有延展性。但由于多次地震，現(xiàn)澆鋼筋混凝土的剛度會(huì)降低，不能持續(xù)很長時(shí)間。因此，材料在建筑抗震性能方面的選擇有著重大的影響，需要選擇一種標(biāo)準(zhǔn)化的科學(xué)材料。

7 選擇恰當(dāng)?shù)膱龅亍⒌鼗突A(chǔ)形式

基于抗震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案，合理的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅要關(guān)注建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，還要注意相關(guān)場地，基礎(chǔ)和設(shè)施的相關(guān)要求，選擇合理的場地、地基、基礎(chǔ)形式來提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（1） 對不同類型的建筑工地，建筑物都應(yīng)該選擇在地層穩(wěn)定、抗震性能高的區(qū)域進(jìn)行建設(shè)，盡量避開抗震性能較弱的區(qū)域，如：軟弱土、非巖質(zhì)的陡坡、液化土、河岸、邊坡不均勻的土層區(qū)域，如果不可避免，就要采取有效的應(yīng)對措施來降低損害；更不要將建筑物監(jiān)理在危險(xiǎn)的地段，比如容易發(fā)生滑坡、泥石流、地裂、崩塌等的危險(xiǎn)地段。這些都是基本常識(shí)，不應(yīng)該出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中。

（2） 有關(guān)建設(shè)工程的地基和基礎(chǔ)形式，要根據(jù)巖土工程勘查報(bào)告，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，要避免將同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)放在不同的地基上，比如在同一棟樓，不能有的地基采用泥土地基，有的采用巖石地基，這樣會(huì)大大降低建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。這種情況不應(yīng)出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中。同樣的結(jié)構(gòu)單元要使用相同的地基形式，對于飽和砂土、粉土等類型的地基，除進(jìn)行6度強(qiáng)化外，還要判斷具體的液化情況；如若存在液化土層地基，應(yīng)采取有效的措施，來降低液化繩子消除液化，防止地震時(shí)對建筑物造成的一系列破壞。由此可見，建筑物場地的選擇直接關(guān)系到抗震性能，只有選擇穩(wěn)定的地基和合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，才能確保上部結(jié)構(gòu)的相對安全，在一定程度上提高抗震性能，從而讓建筑上部結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)更上一層樓。

8 結(jié)語

總之，地震災(zāi)難是建設(shè)安全生活和人民財(cái)產(chǎn)的重大威脅。在設(shè)計(jì)建筑物結(jié)構(gòu)的過程中，要充分認(rèn)識(shí)到抗震設(shè)計(jì)的重要性，嚴(yán)格控制抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以便更好地提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，保證建筑物的安全和人民的生命安全，為促進(jìn)整個(gè)建筑業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1] GB 50223-2008，建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（ 2016年版）[S].

[3] 王亞勇，戴國瑩.《 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 的發(fā)展沿革和最新修訂[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2016.

[4] 徐培福. 超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2017.