建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究

何國

（廣西五鴻建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣西宜州 546300）

如今，城市建設(shè)快速發(fā)展，城市居民的生活水平不斷提高，許多不同用途的建筑紛紛興建，這也加重了建筑受地震的影響與危害。因此，在這一局勢下，應(yīng)提高對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重視度，保證抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 建筑高度與層數(shù)限值

現(xiàn)行規(guī)范通過對現(xiàn)有震害的分析總結(jié)，并結(jié)合我國基本國情，確定在各種設(shè)防烈度條件下的建筑高度與層數(shù)限值。在抗震設(shè)計(jì)過程中，建筑高度與層數(shù)限值必須同時(shí)滿足，這是因?yàn)闃巧w的重量可以建筑總重50%，對可使用底部剪力法對各樓層水平方向上地震作用進(jìn)行計(jì)算的建筑，在高度相同時(shí)，每多一層樓蓋，地震作用將增加至少半層樓。特別是底部采用框架結(jié)構(gòu)，上部采用磚混結(jié)構(gòu)的建筑，如果多一層樓蓋，則不僅會增大底部水平方向上的地震剪力，而且還會增大傾覆力矩，受到中強(qiáng)地震作用后，由于傾覆力矩相對較大，會使框架邊柱出現(xiàn)一定附加軸力，導(dǎo)致底部的承載能力明顯降低，致使邊柱被拉斷，加重震害。想要突破規(guī)范要求的建筑高度與層數(shù)限值，可使用新結(jié)構(gòu)體系[1]。

2 建筑的平、立面布置

對于平、立面的布置必須保證規(guī)則與簡潔，且結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)量的布置應(yīng)保持均勻。如果平面布置較為復(fù)雜，則會使剛心和質(zhì)心無法重合，受到地震作用后，會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)，使地震破壞明顯加重。將磚墻體體系的抗震強(qiáng)度系數(shù)視作抗力指標(biāo)，分析結(jié)構(gòu)體系的易損性，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)建筑的部分平面為不規(guī)則時(shí)，部分墻段抗震強(qiáng)度系數(shù)將減小至少20%，受地震作用后，會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的破壞，無法滿足基本設(shè)防要求。在抗震設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)確保剛心與質(zhì)心保持一致，減小扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)，如果建筑的平面布置為不規(guī)則形式，則應(yīng)在設(shè)計(jì)中密切注意相關(guān)驗(yàn)算，比如框架柱結(jié)構(gòu)的承載能力。在建筑立面上，不得“頭重腳輕”，降低重心，對于水箱間和女兒墻等部分，因其根部和下部結(jié)構(gòu)之間的連接較為薄弱，容易發(fā)生剛度突變現(xiàn)象，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的受鞭梢效應(yīng)，受地震作用后，會率先發(fā)生破壞與傾倒；除此之外，地震作用經(jīng)屋面不斷向下傳遞，若屋面剛度較低，則突出屋面下部將產(chǎn)生集中破壞[2]。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，出屋面建筑總高不宜太高，以此減小因地震作用產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)構(gòu)薄弱層

中強(qiáng)地震條件下，結(jié)構(gòu)處在彈塑性實(shí)際狀態(tài)，薄弱層會產(chǎn)生集中的變形現(xiàn)象，具體變形值數(shù)遠(yuǎn)大于其它樓層，對于薄弱樓層，其變形程度對結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)有決定性作用?；诖?，應(yīng)改善或提高薄弱樓層自身抗震能力[3]。受水平地震作用后，樓層強(qiáng)弱程度主要根據(jù)屈服強(qiáng)度系數(shù)予以判斷。對于屈服強(qiáng)度系數(shù)，它指的是樓層受剪極限承載力和彈性反應(yīng)地震剪力的比值，可表示為：

式（1）中，ξ（i）表示樓層 i的屈服強(qiáng)度系數(shù)；表示樓層 i的受剪極限承載力；）表示樓層i的彈性地震剪力，計(jì)算公式為：

式（2）中，n表示總結(jié)構(gòu)層數(shù)表示樓層k的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。對于磚混結(jié)構(gòu)，且建筑高度與層數(shù)不同，薄弱層位置也不同。對于不超過4層的建筑，其薄弱樓層多處于底層；對于超過5層的建筑，其底部2層墻體有相近的抗力，而部分底層墻體，其抗力比2層墻體大，薄弱樓層所處位置因此上移[4]。由此可以看出，在設(shè)計(jì)過程中僅增大底部墻體橫截面積，或使用較高等級的砂漿，其提高抗震能力的效果十分有限。基于此，對超過5層的建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要對底部1～3層的墻體進(jìn)行面積增大，并使用高等級砂漿，同時(shí)于變化位置進(jìn)行抗震鹽酸。當(dāng)建筑底部采用框架結(jié)構(gòu)，上部采用磚混結(jié)構(gòu)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)的耗能、承載與變形能力均較強(qiáng)，以延性破壞為主；而磚混結(jié)構(gòu)雖然也有良好承載能力，但耗能與變形能力則很差，以脆性破壞為主。對于過渡樓層，它除了要對上部地震剪力進(jìn)行傳遞，還承擔(dān)底板因傾覆力矩造成的層間位移增大，實(shí)際受力情況十分復(fù)雜。另外，基于豎向均布荷載情況，過渡樓層的墻板主要處在拉剪應(yīng)力或者是壓剪應(yīng)力的實(shí)際狀態(tài)。通過試驗(yàn)可知，墻體水平方向上的承載力減小20%左右[5]。因此，應(yīng)重視并加強(qiáng)過渡樓層結(jié)果抗震能力。在過渡樓層中，所有開間都應(yīng)設(shè)置圈梁與構(gòu)造柱，以此形成一個(gè)弱框架結(jié)構(gòu)體系，這一體系除了能增強(qiáng)剪力傳遞能力，還能保證耗能能力與延性。鋼筋混凝土框架填充墻結(jié)構(gòu)底部大多設(shè)置車庫與商場，為切實(shí)達(dá)到預(yù)期的使用要求，處在底部的填充墻，其數(shù)量較少，且間距相對較大；同樣，上部填充墻的數(shù)量也很多，且分布范圍廣。受地震作用后，框架結(jié)構(gòu)將和上部填充墻同時(shí)參與工作，在這種情況下，即便填充墻先產(chǎn)生開裂，而且在開裂以后其剛度明顯降低，但因墻體用量較大，且分布廣泛，所以在達(dá)到塑性狀態(tài)后，依然有良好耗能能力。與此同時(shí)，豎向上的框架柱截面，并未發(fā)生太大的變化，底部的屈服強(qiáng)度系數(shù)比上部小，形成薄弱層。受中強(qiáng)地震作用后，會造底部產(chǎn)生變形集中。除此之外，填充墻還會增大側(cè)移剛度，導(dǎo)致上部剛度和底部剛度存在較大差異，無法滿足現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求。對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，宜在底部采用剪力墻來補(bǔ)充剛度和強(qiáng)度，防止底部產(chǎn)生變形集中[6]。

4 結(jié)構(gòu)空間剛度

建筑是由橫、縱兩個(gè)方向上的承重構(gòu)件及樓蓋構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系，具有空間剛度，抗震能力由空間剛度及穩(wěn)定性直接決定。剛性樓蓋是使所有豎向構(gòu)件實(shí)現(xiàn)共同受力的重要基礎(chǔ)，宜為現(xiàn)澆形式的樓屋蓋，而且在磚混體系當(dāng)中，采用這種樓屋蓋除了能避免散落與滑移，保證整體性及剛度，還能適當(dāng)放寬對墻體對齊提出的要求，所以對以剪切變形作為核心的磚混體系，可以對其層間變形進(jìn)行有效控制，樓屋蓋當(dāng)水平剛度較強(qiáng)時(shí)，能為荷載傳遞創(chuàng)造良好條件，如果平面上的墻體未能對齊，則采用這種樓屋蓋，還能對墻體予以約束。在磚混結(jié)構(gòu)建筑中，常會用到縱墻或者是橫強(qiáng)來承重，因其另外一個(gè)方向上的具有約束作用的墻體數(shù)量較少，且間距較大，所以建筑另外一個(gè)方向上的剛度相對較弱，無論是空間剛度還是整體性，都難以滿足要求，導(dǎo)致抗震能力無法達(dá)到要求，受中強(qiáng)地震作用后，墻體因平面外發(fā)生失穩(wěn)而率先產(chǎn)生破壞，最終導(dǎo)致整個(gè)建筑倒塌。當(dāng)在兩個(gè)方向上同時(shí)布置縱墻或橫墻時(shí)，因它能減小縱墻發(fā)生的側(cè)向變形，提高空間剛度，保證整體性，無論是對雙向地震作用，還是抗剪與抗彎，均十分有利，具有良好的抗震性能[7]。除此之外，在對墻體進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮縱墻貫通模式。如果縱墻無法實(shí)現(xiàn)貫通布置，則應(yīng)在連接部位采用合理可行的加強(qiáng)措施，比如在交接部位使用由鋼筋混凝土制成的構(gòu)造柱，同時(shí)對構(gòu)造配筋予以適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)處理，和構(gòu)造柱直接相連的墻體，需要同時(shí)進(jìn)行砌筑施工，放坡留搓，在必要的情況下，按照一定間隔增設(shè)水平鋼筋，用于提高結(jié)構(gòu)體系的整體性，避免縱橫墻之間的交接部位被拉開。

5 結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)是否合理可行直接決定地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)安全，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮建筑高度與層數(shù)限值、建筑的平、立面布置、結(jié)構(gòu)薄弱層和結(jié)構(gòu)空間剛度，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，采用適宜的抗震措施，保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全。

[1]戴金華，韓小雷，林生逸.基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法[J].土木工程學(xué)報(bào)，2011（5）：11～15.

[2]陳 軍.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討[J].江西建材，2014（18）：11.

[3]王成立，譚寧希.房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求分析[J].城市建筑，2014（2）：41.

[4]林 海.房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求分析[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014（11）：106.

[5]秦山珍.基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法[J].才智，2011（23）：11～15.

[6]李華.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（35）：20～21.

[7]魏璉，王森.中國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法發(fā)展及若干問題分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017（1）：11～19.