抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

劉行

（上饒市城鄉(xiāng)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院）

引言

在早前的規(guī)范要求之下，如果地區(qū)抗震設(shè)防烈度在Ⅵ度以上（含Ⅵ度），所有建筑都必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，這一理念主要是為了提高建筑的抗震性能，然而隨著近年來地震事故的大規(guī)模出現(xiàn)，建筑抗震能力受到了大面積的關(guān)注，成為了判斷建筑質(zhì)量的重要指標(biāo)。建筑抗震能力主要體現(xiàn)在建筑應(yīng)力強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、地基深度等方面，在此前提下出現(xiàn)了很多典型的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文將對(duì)此進(jìn)行分析。

1 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念對(duì)于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)有著重要重大影響，在此理念下出現(xiàn)了很多典型的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例，本文將結(jié)合這些案例，對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1.1 鐘擺抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在地震條件之下，建筑最直觀的表現(xiàn)就是“左搖右晃”，表現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài)，那么在“左搖右晃”的狀態(tài)下，如果建筑沒有相應(yīng)的防護(hù)，其倒塌的時(shí)間較短，同時(shí)規(guī)模上也會(huì)相應(yīng)增大，針對(duì)這一表現(xiàn)，有研究者提出了鐘擺抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鐘擺結(jié)構(gòu)抗震的力學(xué)原理在于反向拉力，即在地震條件下，假設(shè)建筑向左傾斜，那么“鐘擺”就會(huì)相應(yīng)向右擺動(dòng)，擺動(dòng)的力量取決于地震烈度與建筑相左傾斜部分的重量與速度，整體上擺動(dòng)力雖然無法與地震影響對(duì)等，但是兩者相近，所以可以有效的抑制建筑“左搖右晃”幅度的增長(zhǎng)，可以延長(zhǎng)逃生時(shí)間，同時(shí)也可以在一定程度上，防止建筑倒塌[1]。

關(guān)于鐘擺抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果驗(yàn)證，日本某大廈通過相關(guān)研究給出了答案，即該大廈屬于高層建筑，在地震條件下會(huì)產(chǎn)生巨大的晃動(dòng)，經(jīng)計(jì)算，如果地震等級(jí)超過5級(jí)，該大廈6層以上的結(jié)構(gòu)會(huì)在3min之內(nèi)倒塌，而通過鐘擺結(jié)構(gòu)的改造，地震對(duì)大廈造成的晃動(dòng)影響將會(huì)降低60%，說明這種抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。

1.2 多層砌體房屋

多層砌體房屋就是采用承重較小的砌塊磚材料構(gòu)筑而成的建筑結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的抗震原理在于承受力一體化。在多層砌體房屋基礎(chǔ)上，如果遭遇地震，因?yàn)槠鰤K原因，其任何一個(gè)部位受到影響，都會(huì)被所有砌體所分?jǐn)?，以此避免局部出現(xiàn)塌陷，連帶影響到其他部位，這種抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式通常為：3個(gè)豎向墻體與4層橫向基礎(chǔ)，其中3個(gè)豎向墻體分別為左墻體、中柱、右墻體；4層橫向基礎(chǔ)分別為1個(gè)頂層、若干中層橫向基礎(chǔ)、1個(gè)底層橫向基礎(chǔ)，這些結(jié)構(gòu)緊緊的連接在一起，當(dāng)建筑出現(xiàn)“左搖右晃”狀態(tài)時(shí)，所有結(jié)構(gòu)一同受力[2]。

關(guān)于多層砌體房屋的抗震效果驗(yàn)證，因?yàn)榇丝拐鹪O(shè)計(jì)是一項(xiàng)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以有許多案例都能夠證實(shí)其效果，所以不多加贅述。但是通過案例以及相關(guān)研究了解到，多層砌體房屋的應(yīng)用存在一定的局限性，即在抗震地區(qū)，只適用于22m以下的建筑，如果在非抗震區(qū)，可以提升到25～27m左右，而現(xiàn)代建筑普遍高大，所以此項(xiàng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用在逐漸減少。

1.3 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)的抗震特點(diǎn)在于材料以及承重梁柱結(jié)構(gòu)，即采用鋼筋混凝土材料，通過相應(yīng)的工藝澆筑振搗形成承重梁柱結(jié)構(gòu)，之后依照計(jì)算進(jìn)行分布設(shè)計(jì)，使建筑整體的應(yīng)力“被承受”，此時(shí)當(dāng)遭受地震災(zāi)害，上層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的晃動(dòng)應(yīng)力會(huì)被下方承重梁柱結(jié)構(gòu)所吸收，雖然吸收不完全，但是可以有效抵消部分應(yīng)力，以便于延長(zhǎng)建筑倒塌的時(shí)間，同時(shí)因?yàn)殇摻罨炷恋膹?qiáng)度與韌性，可以有效提高承重梁柱結(jié)構(gòu)的承載力，保障建筑的穩(wěn)定性?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在我國(guó)同樣應(yīng)用需求，關(guān)于其抗震能力的案例也有很多，可以證實(shí)這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用價(jià)值，而隨著技術(shù)的發(fā)展，框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了許多其他結(jié)構(gòu)，例如磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)等等，關(guān)于這些結(jié)構(gòu)的抗震能力，目前還未得到定論，但是在理論上已經(jīng)可以證實(shí)其有效性。

2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的要點(diǎn)

雖然現(xiàn)代抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法眾多，但無論采用哪一種方法，都必須遵守相應(yīng)的原則要點(diǎn)來開展工作，下文將針對(duì)原則要點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.1 力學(xué)要點(diǎn)

任何形式的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，都是在力學(xué)基礎(chǔ)上來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，大致原則上就是通過作用力或者承載力來延長(zhǎng)、避免地震對(duì)建筑的影響程度，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)作用力或者承載力必須達(dá)到地震影響力的一定比例才能實(shí)現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)當(dāng)中必須以地震影響力為基礎(chǔ)，保障抗震建筑達(dá)到相應(yīng)比例，具體需要根據(jù)地區(qū)抗震等級(jí)要求而定。不同抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力學(xué)比例的方法不同，例如在鐘擺結(jié)構(gòu)當(dāng)中，要實(shí)現(xiàn)比例就需要控制鐘擺的長(zhǎng)度、重量以及擺動(dòng)幅度，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)此保持重視。

2.2 功能要求

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震能力固然重要，但是在其他功能要求之下，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要兼顧功能來開展相關(guān)工作。以框架結(jié)構(gòu)為例，其抗震能力體現(xiàn)在所有承重結(jié)構(gòu)的布局上，那么如果不合理的進(jìn)行承重結(jié)構(gòu)布局，就會(huì)導(dǎo)致建筑內(nèi)部空間被侵占，影響建筑其他功能，因此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)此保持重視。另外，在一些特殊建筑當(dāng)中，其需要安置一些大規(guī)模的管線，那么必然要配置相應(yīng)的預(yù)留孔，此時(shí)預(yù)留孔會(huì)對(duì)建筑的抗震能力造成一定影響，設(shè)計(jì)人員需要在兼顧預(yù)留孔功能的前提下，對(duì)建筑抗震能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免兩者沖突。

2.3 材料參數(shù)控制

建筑材料是實(shí)現(xiàn)建筑質(zhì)量的重要因素，而抗震能力作為建筑質(zhì)量評(píng)估的指標(biāo)之一，其也會(huì)受到建筑材料的影響。在地震的影響下，如果建筑材料的強(qiáng)度無法抵抗沖擊力或者黃動(dòng)力，很容易出現(xiàn)局部塌陷，此時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力就會(huì)發(fā)生不良變化，容易引起整體坍塌，因此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中，除了要保障設(shè)計(jì)方案合理，也需要考慮到材料參數(shù)的問題，要求選擇滿足設(shè)計(jì)抗震強(qiáng)度需求的材料。

3 結(jié)語

本文主要分析了抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，首先結(jié)合前人研究與案例，介紹了三種抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，即鐘擺抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多層砌體房屋、框架結(jié)構(gòu)三種，對(duì)著三種結(jié)構(gòu)，分析各自的抗震原理，并結(jié)合實(shí)際案例驗(yàn)證了其使用效果。其次對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的要點(diǎn)進(jìn)行了介紹，包括力學(xué)要點(diǎn)、功能要求、材料參數(shù)控制三項(xiàng)。