分析建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)

蔣炳禮 郭彬彬 劉凱

摘 要：隨著高層建筑的迅速發(fā)展，建筑高度不斷增加，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)工作的主要重點(diǎn)和難點(diǎn)。其抗震設(shè)計(jì)變得尤為重要，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)完整、系統(tǒng)的概念，從場(chǎng)址的選擇到建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)貫穿了整個(gè)過程。建筑物的抗震設(shè)計(jì)是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合要求的重要指標(biāo)。因此如何準(zhǔn)確、合理的運(yùn)用不同的抗震設(shè)計(jì)方法，是非常重要的，對(duì)于不同的建筑、不同的情況應(yīng)區(qū)別對(duì)待，從而尋求最合理的抗震設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：抗震；設(shè)計(jì)

1 前言

有關(guān)建筑工程的抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)引起了世界各地的高度認(rèn)識(shí)，它對(duì)人們的生產(chǎn)生活有著重要的影響。在建筑設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要重視抗震方面的問題并采取有效的措施來降低地震對(duì)建筑的破壞，進(jìn)而保障人們的切身利益。

2 抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

2.1 充分保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全

房屋建筑的使用對(duì)象一般來說都是為人們的生活提供一個(gè)固定的場(chǎng)所，它最實(shí)用的功能就是解決人們衣食住行中住的問題，如何評(píng)判一個(gè)好的房屋建筑首先就是其實(shí)用性，其次就是美觀程度。在如今的時(shí)代大背景下，人們對(duì)自然災(zāi)害的防護(hù)意識(shí)并不高，在建筑行業(yè)中，有些建造商利欲熏心，為了獲得更高的利益在建筑過程中偷工減料，導(dǎo)致房屋的抗震性能不高。另一方面就是長(zhǎng)期以來，人們對(duì)抗震意識(shí)的匱乏導(dǎo)致抗震設(shè)計(jì)技術(shù)不能得到進(jìn)步和發(fā)展，因?yàn)槿藗儧]有這方面的需求，在技術(shù)方面也很難取得長(zhǎng)遠(yuǎn)的突破。

2.2 促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新和進(jìn)步

眾所周知，2008年的四川汶川地震給當(dāng)?shù)厝藗儙淼木薮蟮膿p失，不管從物質(zhì)上還是從精神上，這種國(guó)家的創(chuàng)傷使我們永久的銘記，在汶川大地震發(fā)生的時(shí)候除了震級(jí)較大的原因?qū)е聯(lián)p失十分嚴(yán)重之外，還有另一方面的原因需要引起人們的重視，那就是在地震之前，在房屋建筑設(shè)計(jì)中對(duì)抗震設(shè)計(jì)的考慮較少，大多數(shù)的房屋都是這樣，沒有先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，房屋的抗震性能較差。在汶川地震以后，房屋的抗震設(shè)計(jì)得到了有關(guān)部門的重視，人們開始著力研究如何使房屋的抗震性能變得更好。

3 抗震設(shè)計(jì)的基本原則

為了使建筑物達(dá)到抗震的效果，在對(duì)建筑工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中首先要考慮建筑物的整體結(jié)構(gòu)，然后注意某一結(jié)構(gòu)在地震情況下的整體反應(yīng)，隨后對(duì)其進(jìn)行分析，通過分析計(jì)算、材料的選擇和方案的規(guī)劃來進(jìn)一步的提高建筑工程的抗震效果。在地震發(fā)生的過程中，盡量的避免建筑物因薄弱部分而引起的一定程度的破壞。在建筑設(shè)計(jì)的國(guó)政中要遵循以下幾點(diǎn)原則。

3.1 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的規(guī)劃

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過程中要綜合規(guī)劃抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而保證建筑設(shè)計(jì)的均勻、對(duì)稱和規(guī)整。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要將規(guī)則的圖形或者是對(duì)稱的圖形作為構(gòu)造形式并在此基礎(chǔ)上調(diào)整調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的整體性，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)慣性力的聚集和傳遞，將地震過程中的破壞力分開，以此來保證建筑物在地震過程中的安全。

3.2 保證建筑物的結(jié)構(gòu)剛度

在對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要考慮地震作用力的雙向性，進(jìn)而保證建筑物能夠從各個(gè)方向?qū)ψ饔昧M(jìn)行抵抗。設(shè)計(jì)者還要將主軸方向上的剛度控制在合理的范圍。另外，結(jié)構(gòu)剛度方面的設(shè)計(jì)還要能夠防止建筑物的過度變形，進(jìn)而避免地震作用力下的整體結(jié)構(gòu)變形較大，造成建筑破壞，導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)務(wù)損失。

3.3 抗震防線的設(shè)置

建筑工程的結(jié)構(gòu)體系包括很多的結(jié)構(gòu)分體，這些結(jié)構(gòu)分體進(jìn)行協(xié)調(diào)合作，進(jìn)而降低地震對(duì)建筑物的影響。有些地震在發(fā)生之后還伴隨著很多次的余震，并且余震的級(jí)別不一，所以設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)多道抗震的防線，以此來保證建筑物盡量不受余震的影響?？拐鸬姆谰€要通過有效的方式安置在結(jié)構(gòu)在內(nèi)外部，設(shè)計(jì)人員還要盡最大努力來處理結(jié)構(gòu)剛和柔的關(guān)系，進(jìn)而提高建筑物抵抗地震的能力。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)策略

4.1 建筑場(chǎng)地

（1）應(yīng)選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，如開闊平坦的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻的中硬場(chǎng)地土等地段。

（2）應(yīng)避開對(duì)建筑抗震不利的地段，如軟弱場(chǎng)地土，易液化土，條件突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣，場(chǎng)地土在平面分布上的成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻（如故河道、斷層破碎帶、暗埋的塘濱溝谷及半填半挖地基等）等地段。當(dāng)無法避開時(shí)，應(yīng)采取有效的抗震措施。

（3）不應(yīng)在危險(xiǎn)地段造建甲、乙、丙類建筑，對(duì)建筑抗震危險(xiǎn)地段，一般是指地震的可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段，發(fā)震斷裂帶上地震等可能發(fā)生地表錯(cuò)位地段。建筑場(chǎng)地為Ⅰ類時(shí)，甲、乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施；丙類建筑允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)，可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。另外，場(chǎng)地土的剛度大小和場(chǎng)地土覆蓋層厚度是影響建筑物震害得主要因素。震害調(diào)查表明，土質(zhì)越軟，覆蓋層越厚，建筑物震害越嚴(yán)重，反之越輕。

4.2 選擇有利于抗震的建筑平面和立面布置

（1）建筑的體型要簡(jiǎn)單，平立面布置宜規(guī)則。體型簡(jiǎn)單和規(guī)則的建筑，受力性能明確，設(shè)計(jì)時(shí)容易分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的實(shí)際反應(yīng)及其內(nèi)力分析，且結(jié)構(gòu)細(xì)部的構(gòu)造也易于處理。所以這類結(jié)構(gòu)遭遇地震后其震害相對(duì)都較輕。反之，建筑體型不規(guī)則，平面上曲出凹進(jìn)，立面上高低錯(cuò)落。易于形成剛度和強(qiáng)度上的突變，引起應(yīng)力集中或變形集中，也容易形成薄弱環(huán)節(jié)，往往造成比較嚴(yán)重的危害。

（2）建筑的平、立面剛度和質(zhì)量分布力求對(duì)稱。建筑的剛度和質(zhì)量分布不對(duì)稱、即使在地面平動(dòng)分量作用下也會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而造成比較嚴(yán)重的危害。所以，建筑或其獨(dú)立單元應(yīng)力應(yīng)求剛度、質(zhì)量的對(duì)稱，使其質(zhì)心與剛心重合或偏心很小。

（3）建筑的質(zhì)量和剛度變化要均勻。建筑的質(zhì)量和剛度沿豎向分布往往是不均勻的、例如，由于建筑的豎向收進(jìn)，地震時(shí)收進(jìn)處上、下部分振動(dòng)特性不同，易于在收進(jìn)處的橫隔層（樓板）產(chǎn)生應(yīng)力突變，使豎向收進(jìn)的凹角處產(chǎn)生應(yīng)力集中；又如，在建筑物底層設(shè)置上下不連續(xù)的抗震墻（如底層框支抗震墻）、使建筑物沿豎向的不均勻性；框架的填充墻在層高范圍內(nèi)未連續(xù)設(shè)置或存在樓層的錯(cuò)層，使框架形成短柱。也易于造成危害。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上述質(zhì)量和剛度沿豎向分布不連續(xù)的情況應(yīng)加以限制、采取必要的構(gòu)造措施。

（4）必要時(shí)設(shè)置防震縫。防震縫的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)建筑類型、結(jié)構(gòu)體系和建筑體型等具體情況區(qū)別對(duì)待，不提倡一切都設(shè)，也不主張都不設(shè)?？拐鹨?guī)范的原則是，建筑防震縫的設(shè)置，可按結(jié)構(gòu)的實(shí)際需要考慮。體型復(fù)雜的建筑不設(shè)防震縫時(shí)，應(yīng)選擇符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，進(jìn)行精細(xì)的抗震分析，估計(jì)其局部應(yīng)力和變形集中及扭轉(zhuǎn)影響、判別其易損部位、采取措施提高抗震能力。當(dāng)設(shè)置防震縫時(shí)，應(yīng)將建筑分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，防震縫應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類別、房屋類型等留有足夠的寬度，其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開。

5 結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)對(duì)于建筑整體的應(yīng)用性能具有較大的影響，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在建筑場(chǎng)地選擇到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，使抗震設(shè)計(jì)符合相應(yīng)的要求。建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計(jì)是保證建筑物穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是對(duì)人們生命及財(cái)產(chǎn)安全的有效保障。

參考文獻(xiàn)：

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