論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震性能研究

魏云龍

摘 要：地震是影響較大的自然災(zāi)害，具有不可避免性，尤其對高層建筑有較大的摧毀力。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的過程中，一定要采取科學(xué)的措施。本文就以此為中心，結(jié)合工作實(shí)際，對當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的因素和具體措施進(jìn)行分析，以便對今后的設(shè)計(jì)有所幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震性能

1 前言

近年來，隨著建筑用地日益緊張，加之技術(shù)的推動，高層建筑成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。但我國屬于地震多發(fā)區(qū)，為確保高層建筑的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)的過程中，一定要做好抗震設(shè)計(jì)。本文以此為核心展開論述。

我國位于世界兩大地震帶：環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震 帶的交界處，受太平洋板塊、印度洋板塊的和菲律賓海板塊 的擠壓，地震斷裂段很多。1976年7月28日凌晨3時，發(fā)生在距離北京只有100多公里的河北唐山的特大地震，使昔日繁華的城市瞬間夷為平地，并造成24.2萬人死亡，16.4萬人重傷。這是新中國成立以來發(fā)生的規(guī)模最大傷亡人數(shù)最多的 一次特大地震。自20世紀(jì)以來中國發(fā)生六級以上的地震就有百余次，2008年的汶川大地震，造成6.9萬人遇難，37萬人受傷，1.7萬人失蹤。這一筆筆慘痛的教訓(xùn)，讓我們清楚的意識到在天災(zāi)人禍面前人們的生命顯得多么的脆弱，人類顯得多么的渺小。雖然氣象學(xué)中對于地震的預(yù)測還是擺在人們面前一個難以克服的問題，但是從另一個角度上來說我們?nèi)绻逊课萁ǖ睦喂桃恍┦遣皇窍鄬Χ钥梢员M可能的減少這些不必要的傷亡，也在一定程度上減少了群眾的財(cái)產(chǎn)損失。由此來說，對建筑設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是一項(xiàng)十分重要的舉措。

2 主要影響因素分析

2.1 場地因素

對于建筑抗震來說，它就是反應(yīng)譜特征相類似的一些房屋群所在地，和廠區(qū)以及居民點(diǎn)與自然村等的范圍是相當(dāng)?shù)模瑢τ谄教沟貐^(qū)來說，場地面積要在1千米×1千米以上。由場地條件引起的不利因素主要有地震引起的地表錯動與地裂，地基土的不均勻沉陷，滑坡和土的液化等。如果建筑因?yàn)閳龅氐囊蛩卦庥稣鸷?，一般都會比較嚴(yán)重，如果單單只靠工程措施進(jìn)行彌補(bǔ)是行不通的，所以，為了減輕地震災(zāi)害，需要做好場地選擇，這是首要的工序。

2.2 建筑布局以及結(jié)構(gòu)布置因素

一般來說，建筑布局以及結(jié)構(gòu)布置決定了其動力性能。為了確?？拐鹦?，需要簡單布局，保證布局合理性，結(jié)構(gòu)布置需要與抗震的原則相符。通過經(jīng)驗(yàn)看，那些具有簡單以及規(guī)則和對稱特點(diǎn)的建筑結(jié)構(gòu)，其抗震性比較好，在發(fā)生地震的時候不容易被破壞，而如果建筑具有體型不規(guī)則以及平面凸出凹進(jìn)和立面高低不平等特點(diǎn)，那么在發(fā)生地震的時候就會導(dǎo)致震害的發(fā)生，若是結(jié)構(gòu)布局具有簡單以及對稱和規(guī)則的特點(diǎn)，那么在對地震反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算時就會有一定的準(zhǔn)確性，確保地震作用的傳遞途徑比較直接和明確。

2.3 構(gòu)造措施因素

這一點(diǎn)就是不用進(jìn)行計(jì)算對建筑結(jié)構(gòu)以及非結(jié)構(gòu)部分所作出的細(xì)部要求。在對建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時候，需要堅(jiān)持圍繞“小震不壞，中震可修，大震不倒”的原則展開，構(gòu)造措施就是對這個原則除計(jì)算外的一種保障措施，尤其是在發(fā)生地震，建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性之后，保證構(gòu)造措施的合理性，可以確保結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制具有合理性，使結(jié)構(gòu)延性得以提升，為逃生爭取寶貴的時間。

3 抗震設(shè)計(jì)方法

3.1 選擇合理的場地，并做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作

在對場地進(jìn)行選擇的時候，需要結(jié)合工程具體需求以及地震狀況還有工程地質(zhì)等，綜合評價抗震地段。一般情況下，在平坦地帶中的比較堅(jiān)硬的場地土或者是具有密實(shí)均勻性的中硬場地土對于建筑的抗震性比較好，在這種場地上建造，基本上不會因?yàn)榈鼗Ф斐烧鸷?，減少地震對于建筑造成的影響。而條狀突出山嘴以及孤立山包還有河岸邊緣和非巖質(zhì)陡坡等，對于建筑抗震性不利，從場地土質(zhì)來看，主要有軟弱土以及易液化土和斷層破碎帶。對不利地段，首先應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時，那么要在詳細(xì)查明地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，提供巖土穩(wěn)定性評價報(bào)告和相應(yīng)的抗震措施。對于山區(qū)建筑場地，必須提供邊坡穩(wěn)定性評價和防治方案。從實(shí)際震害經(jīng)驗(yàn)看，在遭受破壞的建筑中，因地基失效導(dǎo)致的破壞教上部結(jié)構(gòu)慣性力的破壞較少，大量的一般的天然基礎(chǔ)都具有較好的抗震性能，國家規(guī)范對不需要驗(yàn)算地震效應(yīng)的天然地基有明確規(guī)定。但由于地震的復(fù)雜性，對于復(fù)雜地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，應(yīng)引起足夠的重視。

3.2 上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)結(jié)合建筑高度以及地基和抗震設(shè)防烈度等因素選擇結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系從材料上分，主要有鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)，從形式上分，有框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)等。目前，我國已經(jīng)對建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了明確規(guī)定，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合這些要求選擇結(jié)構(gòu)類型。一般來說，規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系受力明確、傳力途徑合理，對其進(jìn)行抗震分析，與地震發(fā)生時的具體情況是相符的，能夠有效提升建筑抗震性，在對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型并對抗側(cè)力體系進(jìn)行布置的時候，需要首先考慮規(guī)則結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)規(guī)則就是要在平面外形尺寸以及立面尺寸還有抗側(cè)力構(gòu)件具體布置和承載力分布等方面有一定的要求。我國相關(guān)規(guī)范已經(jīng)對規(guī)則和不規(guī)則之間的區(qū)別設(shè)置了定量的參考界限，但實(shí)際上還有不少因素導(dǎo)致建筑不規(guī)則，尤其是對于比較復(fù)雜的建筑體型來說，僅僅依靠一些簡化定量指標(biāo)進(jìn)行劃分是比較困難的，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在建筑方案設(shè)計(jì)階段與建筑師互相溝通配合，建筑平立面的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡單對稱，在不影響使用功能和美觀的前提下，能比較容易地采取抗震構(gòu)造措施和細(xì)部處理。當(dāng)不可避免地處理體型復(fù)雜，平立面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)時，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對計(jì)算結(jié)果認(rèn)真分析，多方案比較，調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件的分布，避免剛度突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著，必要時應(yīng)設(shè)置抗震縫。

3.3 抗震構(gòu)造措施的設(shè)計(jì)

由于地震作用的復(fù)雜性和諸多建筑材料的不同特性，一個結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)僅依據(jù)一些量化的數(shù)據(jù)是難以把握的，因此，抗震構(gòu)造措施的設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)。在構(gòu)造措施方面，需要堅(jiān)持一定的設(shè)計(jì)原則，比如，強(qiáng)柱弱梁以及強(qiáng)剪弱彎等，只有這樣才能確保破壞機(jī)制的合理性。保證抗震構(gòu)造措施具有科學(xué)性和合理性，能夠有效提升結(jié)構(gòu)延性，它能夠反映結(jié)構(gòu)的變形能力，能夠降低地震對建筑結(jié)構(gòu)造成的影響，吸收地震能量，并進(jìn)行耗散，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。構(gòu)件破壞形態(tài)和塑化過程決定了結(jié)構(gòu)延性以及耗能，對于彎曲構(gòu)件來說，其延性要比剪切構(gòu)件大，其消耗的地震能量也比剪切破壞的大。材料的性能指標(biāo)是構(gòu)造措施中很重要的一部分，除了強(qiáng)度等級和鋼筋延性等這些指標(biāo)外，汶川大地震引發(fā)了對建筑材料抗震性的思考，對外力作用表現(xiàn)出軟墊性的材料，可以顯著提高改善建筑物的抗震性。在工程中，應(yīng)比較不同彈性模量的材料對抗震的影響后選擇最合適的一種，從而使其對地震荷載進(jìn)行有效吸收以及分散。

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