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

文/韓恩考 濰坊市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 山東濰坊 216000

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年平均出現(xiàn)500萬次左有的地震，其中5級以上約1000次左右的強(qiáng)烈地震。假如強(qiáng)烈地震出現(xiàn)在人類聚居區(qū)，就會(huì)導(dǎo)致地震災(zāi)害。為了抗御和減輕地震災(zāi)害，有必要實(shí)施建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析和抗震設(shè)計(jì)。所以怎樣正確、合理的應(yīng)用不一樣的抗震設(shè)計(jì)方法，是特別重要的，對于不一樣的建筑、不一樣的情況要區(qū)別對待，從而找尋最合理的抗震設(shè)計(jì)。

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)的概述

為了使地震災(zāi)害帶給我們的經(jīng)濟(jì)損失和人身危害降低，在建筑房屋的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力或削弱地震影響為關(guān)鍵內(nèi)容。通過分析被毀建筑物所展現(xiàn)出的顯著特征，把建筑物抗震能力的薄弱之處補(bǔ)足。通常來說，在抗震概念設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)師要充分思考建筑的整體構(gòu)造與布局要求，在保證結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，其對稱、平衡關(guān)系還要保持。假如房屋構(gòu)造凹凸改變太大、不對稱或不規(guī)則，都會(huì)影響抗震構(gòu)造的剛度和強(qiáng)度。如果存在薄弱樓層，一旦出現(xiàn)地震等災(zāi)害，將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致樓層坍塌、變形，損壞建筑構(gòu)造的抗震中樞，從而使房屋的安全功能降低。另外，由于靜定結(jié)構(gòu)的傳力路線和杠桿受力渠道相對單一，也許一根杠桿就會(huì)把整個(gè)靜定結(jié)構(gòu)損壞，然而超靜定結(jié)構(gòu)在超過結(jié)構(gòu)的承受力時(shí)，將會(huì)造成其他的杠桿變形，消耗掉一些能量，從而使超靜定結(jié)構(gòu)的次數(shù)增加，這樣一來，也會(huì)

大幅度增長被消耗的能量，顯示出更為顯著的抗震效果。除此以外，為了防止框架倒塌這一情況，建議應(yīng)用“梁弱柱強(qiáng)”這一結(jié)構(gòu)方式，如此一來，一旦出現(xiàn)地震等災(zāi)害，便能借助梁的變形把壓力消耗掉，令框架退到第二道防線的部位上。另外，在詳細(xì)的耗能構(gòu)建的時(shí)候，盡可能使用先進(jìn)專業(yè)的形式實(shí)施構(gòu)建，大幅度消耗地震形成的壓力，防止建筑物由于受力太大而坍塌。保證每一個(gè)構(gòu)件之間連接牢固，把其所具備的承受力凝聚在一起，提高構(gòu)造的剛度和強(qiáng)度，更好消耗地震災(zāi)害所形成的作用力。當(dāng)建筑物形體顯現(xiàn)突變位置時(shí)，要及時(shí)上報(bào)，擬定科學(xué)的解決方法，能通過借助填充墻的形式，來使地震對建筑各耗能構(gòu)建、圍護(hù)墻和整個(gè)框架的破壞力減緩。此外，我們還要認(rèn)識(shí)的問題是，要盡可能挑選部分材質(zhì)相對輕的耗材，由于這些耗材具備消耗地震力的作用。地震所帶來的作用力是連續(xù)、不間斷的，在短時(shí)間內(nèi)對建筑物發(fā)起連續(xù)沖擊，所以，要從多層次、多角度考慮問題，通過設(shè)置多層防線和合理的防護(hù)方法，保證建筑房屋整體的剛度和強(qiáng)度。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)的策略

2.1 選擇場地

在實(shí)施選擇建筑施工場地的過程中，設(shè)計(jì)人員首先要實(shí)施勘察施工場地的地質(zhì)環(huán)境，盡量避開抗震危險(xiǎn)的位置，這樣不但讓建筑物的穩(wěn)定性與安全性獲得有效的保證，還讓整個(gè)建筑項(xiàng)目施工的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益獲得進(jìn)一步的保證。為此我們在實(shí)施選擇其施工場地的過程中，通常都會(huì)選用非發(fā)震斷層，來對其實(shí)施相關(guān)的施工處理，進(jìn)而有效的提升了項(xiàng)目的施工質(zhì)量。

2.2 設(shè)計(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)

計(jì)算分析參數(shù)設(shè)計(jì)，就是實(shí)施建筑各構(gòu)件的地震響應(yīng)與地震作用計(jì)算，各墻柱梁板變形和承載力計(jì)算包括于其中。把準(zhǔn)確的計(jì)算模型建設(shè)在建筑構(gòu)造的實(shí)際工作情況基礎(chǔ)上，并依據(jù)概念設(shè)計(jì)做合理的簡化處理、計(jì)算。多遇地震作用下的復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)施變形、內(nèi)力分析時(shí)，要使用的力學(xué)模型不少于2個(gè)，而且不一樣，其計(jì)算理論關(guān)鍵有兩種，就是主拉應(yīng)力和剪摩理論。當(dāng)中，主拉應(yīng)力理論在磚砌體適用，而剪摩理論在砌塊結(jié)構(gòu)適用。計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果要認(rèn)真分析判斷，確認(rèn)其科學(xué)、有效后，才可以用于工程設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)的位移、剪重比、自振周期等是結(jié)構(gòu)計(jì)算控制的關(guān)鍵計(jì)算結(jié)果。

2.3 抗震設(shè)計(jì)中的多重防線

通常狀況下，地震所持續(xù)的時(shí)間相對短，在面臨持續(xù)性的地震襲擊時(shí)，多重抗震防線能夠使地震所帶來的破壞有利地降低，為人們逃生爭取了一定的時(shí)間。因此在高層建筑中設(shè)計(jì)多重的抗震防線是特別重要的。

2.3.1 延性結(jié)構(gòu)

延性通常是指建筑中的構(gòu)件或者是結(jié)構(gòu)體的具有承載能力的狀況下，不降低塑性變形能力的一種特點(diǎn)。當(dāng)實(shí)施建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員能夠思考使用延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，充分地運(yùn)用延性結(jié)構(gòu)的變形能力，從而讓建筑結(jié)構(gòu)體在受到地震能量時(shí)實(shí)施相關(guān)的分散消耗。

2.3.2 超靜定結(jié)構(gòu)

建筑中的靜定結(jié)構(gòu)通常是指，一個(gè)有自由度的建筑構(gòu)造，在地震來臨時(shí)，只要這種構(gòu)造中的隨便一個(gè)節(jié)點(diǎn)受到破壞，或者是發(fā)生一個(gè)塑性鉸，這樣就會(huì)造成建筑結(jié)構(gòu)的整體倒塌。針對這種情況的產(chǎn)生，建筑中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就要設(shè)計(jì)為超靜定構(gòu)造，而且對其設(shè)置出相關(guān)的多道設(shè)防結(jié)構(gòu)。所謂的超靜定結(jié)構(gòu)也就是設(shè)計(jì)出幾個(gè)破壞點(diǎn)或者是屈服點(diǎn)，以確保在地震來臨時(shí)，如果第一道抗震的設(shè)防結(jié)構(gòu)中某個(gè)破壞點(diǎn)或者是屈服點(diǎn)受到損壞，這只會(huì)使結(jié)構(gòu)中的部分超靜定次數(shù)減少，然而不至于對建筑的結(jié)構(gòu)整體帶來毀滅性的破壞。

2.4 提高結(jié)構(gòu)的延性

結(jié)構(gòu)的延性反映了構(gòu)造的變形才能，是避免在地震效果下坍毀的重要原因之一。結(jié)構(gòu)良好的延性對減小地震效果有幫助，吸收和耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)坍毀。構(gòu)件的損壞與退出作業(yè)，讓所有結(jié)構(gòu)從一種安穩(wěn)體系過渡到別的一種安穩(wěn)體系，造成結(jié)構(gòu)的周期出現(xiàn)變化，以避免地震長期持續(xù)效果產(chǎn)生的共振效應(yīng)。

2.5 確保結(jié)構(gòu)的全體性

結(jié)構(gòu)是由非常多構(gòu)件銜接組合而成的一個(gè)全體，并通過各個(gè)構(gòu)件的協(xié)調(diào)作業(yè)來有效地反抗地震效果。如果結(jié)構(gòu)在地震效果下?lián)p失了全體性，則結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗震可不可以充分發(fā)揮，這樣簡單讓構(gòu)造變成機(jī)動(dòng)體而坍毀。所以，結(jié)構(gòu)的全體性是確保結(jié)構(gòu)每一個(gè)有些在地震效果下協(xié)調(diào)作業(yè)的關(guān)鍵條件，抗震概念規(guī)劃的關(guān)鍵內(nèi)容是確保結(jié)構(gòu)的全體性。

2.6 建筑結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)則與對稱

依據(jù)抗震理念對建筑的平、立面布置實(shí)施相關(guān)的設(shè)計(jì)，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的規(guī)則性，特別不規(guī)則的方案通常不建議采納，依據(jù)有關(guān)的政策規(guī)定，對于不規(guī)則的建筑設(shè)計(jì)，都要使用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。而對于凹凸不規(guī)則，則要使用復(fù)合樓板平面內(nèi)現(xiàn)實(shí)剛度強(qiáng)度改變的計(jì)算模型。對于比較薄弱的位置要乘以內(nèi)力增大系數(shù)，依照有關(guān)規(guī)定實(shí)施分析彈塑性變形，并對薄弱位置實(shí)施有針對性的抗震結(jié)構(gòu)措施。

建筑結(jié)構(gòu)抗震功能特別關(guān)鍵的一個(gè)影響原因是對稱性，包含了建筑物的平面對稱、質(zhì)量分布對稱和結(jié)構(gòu)剛度對稱。最理想的方案進(jìn)行建筑的平面形心、質(zhì)量中心、剛度中心都在一個(gè)點(diǎn)上，稱為“三心重合”。通常來說，結(jié)構(gòu)的對稱關(guān)鍵就是指抗側(cè)力主體構(gòu)造的對稱，這種對稱結(jié)構(gòu)相對容易實(shí)現(xiàn)，也具備一定的抗震能力，規(guī)則性關(guān)鍵是在抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)與剛度強(qiáng)度等方面展現(xiàn)的，第一，要確保主體結(jié)構(gòu)沿主軸方向的剛度與強(qiáng)度相對接近，變形特點(diǎn)差別不大，第二，要確保沿抗側(cè)力主體構(gòu)造主軸線的強(qiáng)度與剛度分布相對均勻，第三是要具備一定的協(xié)調(diào)能力，剛度與強(qiáng)度一定要具有相對好的抗扭性，以防止地震出現(xiàn)時(shí)，建筑物發(fā)生嚴(yán)重的扭曲變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，對整體建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不利的影響。

2.7 剛度、延性與承載力的匹配

當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的抗力比較高時(shí)，能夠合理的降低總體的延性的要求；相反，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的抗力比較低時(shí)，就要合理的提高總體的延性的要求。地震時(shí)建筑物受到的地震作用的大小與其動(dòng)力的特點(diǎn)嚴(yán)密相關(guān)，要具有合理的剛度、承載力的分布和與之相匹配的延性。通常狀況下，要想提升建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，都需要提升項(xiàng)目的造價(jià)而且使建筑結(jié)構(gòu)的延性降低。想要讓建筑物具有很強(qiáng)的抗倒塌的能力，最好的方法是讓建筑結(jié)構(gòu)中的全部構(gòu)件都具有比較高的延性，然而在現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目建設(shè)中卻很難做到這一點(diǎn)。有選擇地對結(jié)構(gòu)中的重要桿件與關(guān)鍵構(gòu)件的延性實(shí)施提升是切實(shí)可行的方法，相對而言還是相對經(jīng)濟(jì)。因此，在對房屋建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)實(shí)施確定時(shí)，要找到一種使得結(jié)構(gòu)的剛度、延性與承載力相匹配的方法。

結(jié)語：

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)完整、體系的概念，從選擇場址到建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)貫穿了整個(gè)過程，并且建筑物的抗震設(shè)計(jì)是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不是符合要求的關(guān)鍵指標(biāo)。所以，為使建筑結(jié)構(gòu)的抗震功能增加，不單單要依賴于精確定位抗震計(jì)算分析，更要關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。所以，在實(shí)施設(shè)計(jì)時(shí)，要多使用結(jié)構(gòu)比較規(guī)則的系統(tǒng)，綜合評定施工場地的地質(zhì)條件，把地震設(shè)防工作做好，增強(qiáng)防震措施，確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震功能。

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