淺析建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)

文/梁如 江蘇中意達(dá)建筑設(shè)計(jì)有限公司 江蘇連云港 222000

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對(duì)建筑物審美、功能性要求的逐漸提高都促使建筑物在高度、安全性、功能性方面有著顯著提升。其中，建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)對(duì)工程建設(shè)安全性提升起到了關(guān)鍵性作用。

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的概述

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)人員通過(guò)以往地震中建筑倒塌的數(shù)量、情況等進(jìn)行總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)下的設(shè)計(jì)理念、建筑地的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行趨于完善的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使建筑能夠抵抗一定等級(jí)的地震災(zāi)害。

抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為了保證人們的財(cái)產(chǎn)、生命安全等，為其提供更加穩(wěn)定安全的生活環(huán)境。因此，設(shè)計(jì)人員在應(yīng)當(dāng)充分考慮地震的主要作用力，以便站在全局的角度完成抗震參數(shù)的設(shè)計(jì)，使建筑結(jié)構(gòu)的外形、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件質(zhì)量等都能夠提高建筑的質(zhì)量，以完成抗震目標(biāo)。

目前，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)發(fā)展的較為迅速，但是其中也存在著一定的問(wèn)題影響著抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展。如：①抗震觀念不強(qiáng)。部分設(shè)計(jì)人員在對(duì)建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中忽略了抗震性能的重要性，而只注重建筑的使用性能，在發(fā)生地震災(zāi)害的時(shí)候，建筑的問(wèn)題才會(huì)暴露出來(lái)，但是卻為時(shí)已晚，對(duì)人們的安全造成嚴(yán)重威脅。②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。在很多外力因素的影響下，導(dǎo)致抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理現(xiàn)象發(fā)生，不僅浪費(fèi)了人力，同時(shí)也延長(zhǎng)了工期。從上述情況來(lái)看，雖然很多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員意識(shí)到了建筑抗震設(shè)計(jì)的重要性，但是并沒(méi)有站在實(shí)際角度進(jìn)行綜合考慮，因此，需要從多方面加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。

2、高層建筑抗震設(shè)計(jì)的必要性

高層建筑抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑安全有著重要的影響，因此抗震設(shè)計(jì)如何使建筑物更加穩(wěn)固是目前必須要加強(qiáng)的研究工作。隨著近些年地震災(zāi)害的危害，結(jié)構(gòu)工程師逐漸對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)更加重視，其中工程結(jié)構(gòu)宏觀的“概念設(shè)計(jì)”遠(yuǎn)比“數(shù)值設(shè)計(jì)”抗震效果明顯的多。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的提出是以建筑物宏觀整體為基礎(chǔ)，并根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體進(jìn)行方案的實(shí)施，同時(shí)對(duì)細(xì)部構(gòu)造以及材料進(jìn)行合理使用，以此來(lái)達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有的效果。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件延性、剛度分布要在宏觀上進(jìn)行鑒別、選擇和處理，對(duì)高層建筑抗震設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)要通過(guò)適當(dāng)計(jì)算及構(gòu)造進(jìn)行消除。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師要充分運(yùn)用自身敏捷的思維能力和判斷能力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本問(wèn)題進(jìn)行確定，并延伸至設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震特點(diǎn)、振動(dòng)中的結(jié)構(gòu)受力特性等進(jìn)行充分的理解和分析，對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題重點(diǎn)對(duì)待，科學(xué)合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3、建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法

3.1 能力設(shè)計(jì)法

受到地震作用的超靜定性結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)延性破壞，基于此進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震能力設(shè)計(jì)法的應(yīng)用可以在保證滿足抗震要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。能力設(shè)計(jì)法的本質(zhì)是將控制理念與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)相結(jié)合，加強(qiáng)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制的能力。能力設(shè)計(jì)法對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能與能力有著較好的控制力，使建筑抗震設(shè)計(jì)難度大大降低。

3.2 基于損傷與能量設(shè)計(jì)方法

建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)中，從能量角度出發(fā)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的進(jìn)行，主要是考慮到建筑結(jié)構(gòu)承受地震影響時(shí)能夠更好地承受其破壞能量，并將能量以有效的形式傳導(dǎo)入建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部以進(jìn)行分化消散。在發(fā)生地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)非彈性變形超過(guò)自身非彈性變形時(shí)，其建筑結(jié)構(gòu)會(huì)受到一定程度的損傷，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中要將能量理念與非彈性變形相結(jié)合研究，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷納入研究范圍以最終提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力。

3.3 基于位移設(shè)計(jì)方法，降低地震影響力輸入

地震過(guò)程中，由于地震強(qiáng)度的不同建筑物會(huì)進(jìn)行不同程度的位移，以結(jié)構(gòu)位移為參照基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法能夠在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)有效控制建筑物位移情況。建筑抗震結(jié)構(gòu)位移設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，能夠有效滿足各種預(yù)定性能的目標(biāo)要求?；谖灰频脑O(shè)計(jì)方法應(yīng)用能夠使地震強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)自身形成關(guān)聯(lián)性，并在地震時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)，降低地震影響力輸入。

基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合定量分析，首先要保證建筑結(jié)構(gòu)在收到地震影響時(shí)產(chǎn)生的形變?cè)诮邮芊秶鷥?nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)要針對(duì)地震影響力情況確定位移限值和變形值，要研究透徹建筑構(gòu)件變形與位移的關(guān)聯(lián)。同時(shí)，在確定建筑構(gòu)件構(gòu)造時(shí)要考慮建筑界面應(yīng)變分布情況的影響。根據(jù)位移設(shè)計(jì)方法，有效降低地震影響力輸入，保證建筑結(jié)構(gòu)安全性。

3.4 加強(qiáng)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑建設(shè)選擇的結(jié)構(gòu)一般包括三種，即框-筒、筒-中筒以及框架-支撐體系，現(xiàn)在逐漸有更多的鋼鐵結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到建筑工程中?；诂F(xiàn)狀盡量選擇鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等，可以有效減小柱斷面尺寸，對(duì)提高結(jié)構(gòu)抗震性能具有重要意義。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，需要從傳統(tǒng)硬性為主的抗震模式逐漸向柔性為主的抗震模式轉(zhuǎn)變，降低地震產(chǎn)生的影響力。另外，在確定抗震結(jié)構(gòu)后，還需要做好對(duì)建筑材料的選擇，應(yīng)根據(jù)施工需要對(duì)建筑材料性能進(jìn)行全面分析，綜合考慮承載力、延性以及強(qiáng)度等方面要求。

3.5 增加抗震防線

通過(guò)增加抗震防線，在第一道防線遭到破壞后，還可以通過(guò)其他防線降低地震沖擊力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的影響，可以有效提高建筑抗震性能，例如可以選擇用多個(gè)肢節(jié)與壁式框架的“框架剪力墻”結(jié)構(gòu)來(lái)提高結(jié)構(gòu)抗震性能。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，以剪力墻作為第一道抗震防線，因此為有效提高抗震性能應(yīng)設(shè)置足夠多的剪力墻。減小地震能量的輸入和設(shè)置消能減震構(gòu)件。強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會(huì)因損傷積累導(dǎo)致倒塌。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)、外部冗余度，有意識(shí)地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時(shí)倒塌。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在不可抗力的地震災(zāi)害面前，雖然無(wú)法做到有效的規(guī)避，但是可以通過(guò)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)來(lái)提高建筑的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)重視高層住宅建筑結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證建筑具有良好的抗震性能以及安全性。