建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

朱術(shù)華

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

前言

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，不僅會減緩我國的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展，還將會對人們的生命和財(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。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[1]。

2 影響建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的主要因素

①結(jié)構(gòu)總體布置。高層建筑結(jié)構(gòu)體形設(shè)計(jì)情況、結(jié)構(gòu)是否對稱、強(qiáng)度剛度變化是否做到連續(xù)、均勻，結(jié)構(gòu)的總體布置水平對建筑抗震能力有著較大影響。②結(jié)構(gòu)選型。不同的地質(zhì)特征要針對性的進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型的選擇，超靜定次數(shù)要保證，以此對地震輸入能量進(jìn)行盡可能的消耗來提升建筑抗震可靠性。③結(jié)構(gòu)整體性。增強(qiáng)建筑物豎向剛度的同時(shí)要注意各個(gè)構(gòu)件之間的連接情況，保證建筑物的整體性，以此為基礎(chǔ)建立其適應(yīng)地震時(shí)可能發(fā)生的大變形的延性要求。④材料選擇。建筑材料質(zhì)量對結(jié)構(gòu)質(zhì)量起到了決定性作用，保證建筑材料質(zhì)量是保障后續(xù)施工質(zhì)量和抗震的基礎(chǔ)。⑤剛度、延性強(qiáng)度比例。建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的體現(xiàn)需要相匹配的剛度、延性、強(qiáng)度進(jìn)行合適的配比，這是建筑結(jié)構(gòu)抗震的內(nèi)在需求。⑥建筑場地。建筑施工前要對建筑場地進(jìn)行細(xì)致的勘察勘探，選擇有利的施工場地，對存在不利因素的場地要盡量避讓。⑦施工質(zhì)量。施工過程中對材料的使用不當(dāng)、幾何特征的破壞等等都可能會建筑的實(shí)際抗震能力造成影響。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，要注意以上建筑抗震能力影響因素，以科學(xué)合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，保證建筑物抗震能力[2]。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化策略

3.1 造型抗震優(yōu)化策略

建筑的外觀設(shè)計(jì)和建筑的平面布局、建筑體量有密切聯(lián)系，因此建筑造型設(shè)計(jì)也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分，在開展設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)該僅僅追求建筑外觀，忽略建筑性能，導(dǎo)致建筑出現(xiàn)不規(guī)則、不對稱的情況。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，不規(guī)則的建筑布局會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均的情況，因此，在進(jìn)行建筑平面布置時(shí)應(yīng)盡量選擇矩形、方形等較為規(guī)整的平面類型，防止外力拉伸擠壓對建筑結(jié)構(gòu)造成影響，在保證建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)使建筑具有一定的藝術(shù)性和美觀性，實(shí)現(xiàn)建筑實(shí)用性、堅(jiān)固性和美觀性的相互結(jié)合。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)平立面布置和體系

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。

3.3 增加抗震防線

通過增加抗震防線，在第一道防線遭到破壞后，還可以通過其他防線降低地震沖擊力對建筑結(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)支節(jié)與壁式框架的“框架剪力墻”結(jié)構(gòu)來提高結(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，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌?？拐鸾Y(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[3]。

4 結(jié)束語

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)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。