建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震設(shè)計策略分析

馬倩　高艷梅

【摘 要】 地震的發(fā)生，是一種隨機(jī)性的災(zāi)害振動，具有人類難于把握的較復(fù)雜性及不確定性，若要做到準(zhǔn)確的預(yù)測建筑物遭遇地震的特性以及參數(shù)，我們在目前的情況下，還難以做到。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面，由于無法充分的考慮建筑結(jié)構(gòu)的空間作用，以及結(jié)構(gòu)材料本身具有的非彈性的性質(zhì)等等多種變化的因素，所以也存在著不準(zhǔn)確性。本文探討了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】 建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震；設(shè)計；策略

【Abstract】 The occurrence of an earthquake is a kind of random disaster vibration. It is difficult for humans to grasp the complexity and uncertainty. If we want to accurately predict the characteristics and parameters of earthquakes in a building， we will， under the present circumstances， Difficult to do. In terms of the design of the building structure， inaccuracies also exist due to the inability to fully consider the spatial effects of the building structure， as well as the inelastic nature of the structural material itself， among many other changing factors. This article explores the seismic design of architectural design.

【Key words】 Architecture；Structural Design；Seismic Design；Strategy

近幾年來，全球性的地震災(zāi)害的頻發(fā)，給我們的人類，帶來了更加深重的災(zāi)難。從汶川地震、舟曲地震，在到雅安地震，這些災(zāi)難，帶給了我們無盡的傷痛，房毀人亡，建筑損壞等的發(fā)生，使得人們更加注重起了災(zāi)后依然屹立不倒的建筑，這些建筑，在災(zāi)難來臨時，無疑可以為人們提供一個避風(fēng)港，在一定程度上減少了人員的傷亡。為了提高建筑的抗震性能，本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震問題，進(jìn)行了分析。

1. 建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

（1）一是在最大限度上安排多道抗震防線。由于多個延性相對較好的分體系會構(gòu)成一個抗震結(jié)構(gòu)體系，通過有一定延性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同協(xié)作。比合如延性框架以及剪力墻構(gòu)成了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。在經(jīng)過了級數(shù)較大的地震之后，往往隨之而來是多次的余震。如果只設(shè)計了一道防線，則余震帶來的破壞在很大程度上會給已經(jīng)受過損傷的建筑物帶來致命的一擊，而造成倒塌。為了防止大地震時發(fā)生倒塌，需要在抗震結(jié)構(gòu)體系中設(shè)計較大的內(nèi)部、外部冗余度。所運用的耗能構(gòu)件需要滿足較好的延性和適當(dāng)?shù)膭偠?，這樣才能在很大程度上提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（2）二是采取相應(yīng)的措施在可能出現(xiàn)的薄弱部位加強(qiáng)其抗震能力。

判斷薄弱部位的基本因素是構(gòu)件的實際承載能力，發(fā)生強(qiáng)烈地震的過程中，構(gòu)件沒有所謂的強(qiáng)度安全儲備。在設(shè)計過程中，需要實現(xiàn)樓層（部位）的實際承載能力和設(shè)計計算的彈性受力的比值處于相對均勻的變化趨勢。且不能過分重視局部的剛度和承載力而忽視了整體的協(xié)調(diào)程度。對于從總體上加強(qiáng)抗震性能的手段，效果較為顯著的手段是重視薄弱層的設(shè)計，能夠具備充足的變形能力而不會發(fā)生薄弱層轉(zhuǎn)移的情況。

2. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震設(shè)計策略

2.1 建筑抗震場地的選擇。

（1）房屋平面布置應(yīng)當(dāng)規(guī)則，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)當(dāng)力求對稱。如果房屋在建筑過程中，其外形不規(guī)則，或者是不對稱，帶有凹凸變化尺度，或者是形心質(zhì)心偏大，在同一個結(jié)構(gòu)的單元內(nèi)部，結(jié)構(gòu)的平面形狀以及剛度不均勻或是不對稱的情況下，平面的長度過長等現(xiàn)象，對于抗震性能均不利。

（2）強(qiáng)度以及剛度都要勻稱。在多層的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，應(yīng)該使各個層面之間的強(qiáng)度和具備的剛度都要勻稱，無論哪一層，如果存在薄弱的一個樓層，那么這一處，就會在地震力的強(qiáng)大作用下導(dǎo)致變形或成為變形集中區(qū)，從而使得建筑物最初開始從此部位發(fā)生嚴(yán)重的變形導(dǎo)致破壞，最后甚至波及到整個建筑的整體遭到嚴(yán)重破壞。

（3）結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)多。靜定結(jié)構(gòu)的桿件，其受力系統(tǒng)和傳力路線單一，其中一根桿件遭到破壞，就會波及整個結(jié)構(gòu)體系由此而導(dǎo)致失效。在超靜定的結(jié)構(gòu)中，超過其荷載能力的時候，會先使一些多余的桿件發(fā)生一些塑性的變形，并且容易消耗吸收一部分的能量，而保證整個的結(jié)構(gòu)所具備的穩(wěn)定性，并且還可以減少地震的破壞。超靜定結(jié)構(gòu)次數(shù)多，那么消耗地震能量，也就越多，同時建筑的抗震能量也就越強(qiáng)。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)抗震體系的合理選擇。

建筑結(jié)構(gòu)中的抗震體系的合理選擇，是在建筑結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)慎重考慮的一個重要性的問題，其中建筑結(jié)構(gòu)的抗震方案的選取是否合理，這是決定建筑結(jié)構(gòu)的安全性以及經(jīng)濟(jì)性的一個重要的組成部分。

（1）首先建筑結(jié)構(gòu)體系，在地震的災(zāi)害中，應(yīng)當(dāng)避免因為部分結(jié)構(gòu)或者是構(gòu)件的破壞，從而導(dǎo)致的整個建筑結(jié)構(gòu)喪失了抗震能力，或者是對重力荷載的承載能力。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計所具備的一個重要的設(shè)計原則就是，建筑結(jié)構(gòu)本身應(yīng)當(dāng)具有十分必要的贅余度、以及良好的變形能力，和其具備的內(nèi)力重分配的功能，在地震的過程當(dāng)中，即使是有一部分的構(gòu)件退出了工作，但是其余部分構(gòu)件，應(yīng)該仍然能夠承擔(dān)起豎向的荷載能力，且還要避免整體的建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

（2）建筑結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，其應(yīng)當(dāng)具備清晰而且明確的計算的簡圖，包括恰當(dāng)而且合理的地震作用下的傳遞的路徑。在抗震設(shè)計過程當(dāng)中，豎向建筑構(gòu)件的布置設(shè)計，就應(yīng)當(dāng)盡量使得豎向建筑構(gòu)件，在垂直的重力荷載的作用下，壓應(yīng)力水平應(yīng)當(dāng)接近均勻；且其中的樓屋蓋梁體系的布置，也應(yīng)當(dāng)盡量的使用垂直重力荷載，主要目的是以最短的路徑來傳遞到豎向構(gòu)件墻和柱的上面去；

（3）建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)具有合理適度的強(qiáng)度和剛度。應(yīng)當(dāng)具有合理而且恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)度以及剛度分布，這是因為在抗震過程中，為了防止以及避免因為局部的削弱或者是突然的變形而形成薄弱的部位，并且對薄弱的部位產(chǎn)生過大的塑性變形集中或者是應(yīng)力集中的現(xiàn)象；建筑的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)當(dāng)使節(jié)點基本不遭到破壞，同時底層柱底的塑性鉸應(yīng)當(dāng)形成的晚些，應(yīng)當(dāng)使柱、梁端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能地分散；這對于震中可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)當(dāng)及時采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣呖拐鸬哪芰Α?/p>

2.3 重視建筑結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)則性和對稱性。

建筑的平、立面布置應(yīng)符合抗震理念設(shè)計原則，宜采用規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，不應(yīng)采用十分不規(guī)則的設(shè)計方案。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定，對平面不規(guī)則或豎向不規(guī)則，或平面、豎向都不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型；對凹凸不規(guī)則或樓板局部不連貫時，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)的實際剛度強(qiáng)度變化的計算模型；對薄弱部位應(yīng)乘以內(nèi)力增大系數(shù)，應(yīng)按規(guī)范的有關(guān)規(guī)定分析彈塑性變形，并應(yīng)對薄弱部位采取強(qiáng)有效的抗震構(gòu)造措施。

2.4 提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的對策。

（1）要合理且恰當(dāng)?shù)夭季值卣鹜饬Φ哪芰總鬟f與吸收的途徑，在地震當(dāng)中，要確保建筑的支柱、梁與墻的軸線，處于同一個平面上，從而可以形成構(gòu)件的雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。并且可以使其在地震的作用下，呈現(xiàn)彎剪性的破壞，并使塑性屈服情況，盡量的發(fā)生在墻的根底部，從而連梁適合在梁端產(chǎn)生塑性屈服，這樣還具有足夠的變形的能力。在震災(zāi)中，在墻段部分充分發(fā)揮抗震功能之前，要按照“強(qiáng)墻弱梁”的原則，來大力加強(qiáng)墻肢的承載力，避免墻肢遭到剪切性的破壞現(xiàn)象，從而最大限度的提高建筑結(jié)構(gòu)的整體的抗震能力。

（2）要根據(jù)抗震等級，在對墻、柱以及梁節(jié)點設(shè)計中，采取相對應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，力求確保建筑物結(jié)構(gòu)，在地震的作用下可以達(dá)到三個水準(zhǔn)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。還可以根據(jù)“強(qiáng)柱弱梁”、和“強(qiáng)剪弱彎” 、以及“強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”幾種構(gòu)造的原則，在建筑設(shè)計中，合理的選擇柱截面的尺寸，以此控制柱的軸壓比，并還要注意構(gòu)造配筋的要求，還要保證，鋼筋砼結(jié)構(gòu)建筑在地震的作用下，能夠具有足夠的承載能力以及具備足夠的延性。

（3）在建筑設(shè)計過程中，要設(shè)置出多道抗震的防線，即，在設(shè)計一個抗震結(jié)構(gòu)的體系當(dāng)中，有一部分延性比較好的構(gòu)件，在地震的作用下，首先可以擔(dān)負(fù)起第一道抗震防線的作用，然事，其他的構(gòu)件，在第一道抗震防線屈服以后，在地震中，會依次的形成第二道、第三道或者是更多道的抗震的防線，這樣的抗震結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計，在建筑設(shè)計當(dāng)中，對于確保建筑結(jié)構(gòu)具有的抗震安全性，是非常的行之有效的設(shè)計方法和手段。

總之，建筑行業(yè)關(guān)系到我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定，關(guān)系到國民的生命財產(chǎn)安全，加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計，提高抗震能力，是促進(jìn)社會和諧穩(wěn)定的客觀要求。因此實施科學(xué)合理的設(shè)計方法，選擇科學(xué)的抗震措施，重視抗震關(guān)鍵要點，具有重大的社會意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 瞿岳前 楊將 湯衛(wèi)華 建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計理論與方法[期刊論文]《山西建筑》 -2009年35期.

[2] 黃鶴 王佳蕾 建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計理論及方法[期刊論文]《中國高新技術(shù)企業(yè)》 -2012年2期.

[3] 郭華 江雄華 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法研究[期刊論文]《中國新技術(shù)新產(chǎn)品》 -2010年16期.

[文章編號] 1619-2737（2018）01-25-688