抗震技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉雨

摘 要：地震作為最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，一旦發(fā)生，就會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外地震災(zāi)害頻發(fā)，無(wú)情地剝奪了上百萬(wàn)人的生命。而這些傷害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的，尤其是房屋建筑。若在房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中能加強(qiáng)抗震技術(shù)的運(yùn)用，將會(huì)從一定程度上減小損失。

關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震技術(shù)；應(yīng)用

1 地震的破壞原理

在眾多自然災(zāi)害中，地震災(zāi)害具有不可預(yù)知性、突發(fā)性等特征，往往在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的破壞。雖然在確定烈度區(qū)劃圖時(shí)盡量體現(xiàn)了科學(xué)性和準(zhǔn)確性，但根據(jù)歷史地震資料分析，在一定地區(qū)發(fā)生超過(guò)設(shè)防烈度的地震是完全可能的。因此，地震是最難防范的自然災(zāi)害之一。地震發(fā)生過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)山體崩裂和房屋倒塌，尤其在人們熟睡的時(shí)候，更容易造成重大人員傷亡。

地震發(fā)生時(shí)，震源會(huì)發(fā)出地震波。受地震波的強(qiáng)烈影響，一定范圍內(nèi)的地面發(fā)生振動(dòng)，地面振動(dòng)引起建筑物的強(qiáng)烈晃動(dòng)，這種晃動(dòng)會(huì)破壞建筑結(jié)構(gòu)平衡。地震波通常分為地震縱波、地震橫波。一般而言，地震縱波為上下震動(dòng)，對(duì)建筑的破壞性較小；而地震橫波到達(dá)地面時(shí)，傳播方向?yàn)樗剑瑢?duì)建筑物結(jié)構(gòu)有極大的破壞性；當(dāng)?shù)卣鸩ǖ臋M波和縱波相遇時(shí)，成為地震波的混合波，這兩種震波同時(shí)傳播時(shí)，兩種力相遇生成一種合力。在地震作用下，結(jié)構(gòu)除發(fā)生平移振動(dòng)外，還會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。扭轉(zhuǎn)作用會(huì)加重結(jié)構(gòu)的地震破壞，甚至成為導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。

2 抗震對(duì)于房屋建筑的重要性

地震在自然災(zāi)害中屬于危害最大的災(zāi)害之一，同時(shí)它對(duì)于大部分的工程結(jié)構(gòu)而言也是一個(gè)大問題。在人類史上，時(shí)常發(fā)生一些給人類帶來(lái)巨大財(cái)產(chǎn)和生命損失的地震。例如1976年我國(guó)發(fā)生的唐山大地震，2008年的汶川地震等。隨著全球城市化速度的加快，有部分國(guó)家、地區(qū)的城市數(shù)量呈直線的趨勢(shì)不斷激增，人口的大量遷移致使城市人口高度密集，與此同時(shí)財(cái)富也集中在一個(gè)地區(qū)。因此，一旦發(fā)生自然災(zāi)害，其造成的財(cái)產(chǎn)損失是足以令世人震驚的。地震災(zāi)害是一種自然現(xiàn)象，按照人類現(xiàn)在的科技手段，還不能夠完全正確預(yù)估災(zāi)害的發(fā)生以及找到有效的防止對(duì)策。因此而對(duì)地震這種不確定的災(zāi)害，全球各地區(qū)的地震工程界均進(jìn)行了反思―如何改變現(xiàn)在所掌握的抗震思想和技術(shù)方法以有效減少災(zāi)害帶來(lái)的損失。直到目前為止，面對(duì)地震的不確定性唯一有效的科學(xué)對(duì)策是在建筑建設(shè)過(guò)程中以“抗震的基本原則”作為建筑思想。然而，雖然這種設(shè)計(jì)原則的主要目的是保護(hù)人們的生命安全，但它在中小震發(fā)生時(shí)導(dǎo)致建筑的部分使用功能喪失的可能性極大。尤其是在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的模式下，建筑物內(nèi)的裝修、技術(shù)裝備等等費(fèi)用已然超過(guò)建筑物本身的建筑費(fèi)用。這種經(jīng)濟(jì)損失是無(wú)法預(yù)估的。因此，抗震技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于房屋建筑的重要性不言而喻。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的理論內(nèi)涵

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)通過(guò)地震時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)工程長(zhǎng)期實(shí)踐所積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)形成的一種基本的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)思想，也是進(jìn)行建筑與結(jié)構(gòu)整體布置并且確定細(xì)部構(gòu)造措施的一個(gè)過(guò)程。由于地震本身具有復(fù)雜性、不確定性和不可預(yù)測(cè)性，單就目前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展程度來(lái)講，人們還不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震的發(fā)生。建筑結(jié)構(gòu)的空間作用、性質(zhì)、材料，還有周圍環(huán)境所產(chǎn)生的變化等多種因素混合在一起將直接導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)的不穩(wěn)定和不確定性。因此，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)除了要以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)外，必要的理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的方式方法也是設(shè)計(jì)的根本支撐，這樣才能有效增加建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果。

4 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的基本原則

4.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有一定的性能

建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中承載力、穩(wěn)定性、剛度和延性等是抗震設(shè)計(jì)必須要考慮的重要因素。強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)底層柱、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱是結(jié)構(gòu)構(gòu)件所應(yīng)該遵循的原則。要特別注意增強(qiáng)構(gòu)件薄弱環(huán)節(jié)的抗震能力，縱向的主要承載構(gòu)件不宜成為主要的耗能構(gòu)件。

4.2 抗震防線布設(shè)點(diǎn)要達(dá)到多、廣、大

多個(gè)延性良好的體系組合在一起形成了一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)的總體系，還需要延性好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同協(xié)作。通常情況下，大地震后會(huì)發(fā)生數(shù)十次的余震，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要布設(shè)盡量多的抗震防線，這樣就可以大幅度減少大地震后的多次余震所造成的建筑物坍塌的現(xiàn)象。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有最大系數(shù)的冗余度，包括內(nèi)部和外部。所以要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建立必要的分布屈服區(qū)，從而使結(jié)構(gòu)在吸收和分解地震能量上起到一定的作用，大大增強(qiáng)建筑物的抗震能力。

4.3 處理好建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強(qiáng)弱關(guān)系

構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系是設(shè)計(jì)中必須要注意的問題。在統(tǒng)一樓層內(nèi)使主要耗能構(gòu)件屈服之后，其他抗側(cè)力構(gòu)件則仍然處于彈性階段，使得有效屈服保持的時(shí)間比較長(zhǎng)，保障建筑結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌的能力。值得注意的是，如果有一部分的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較強(qiáng)的情況下，必然會(huì)出現(xiàn)其相對(duì)薄弱的位置，兩者之間的關(guān)系必須要處理得當(dāng)，減少不科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

5 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震技術(shù)的實(shí)際作用

5.1 降低地震對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的破壞

隔震層是在保護(hù)房屋免于地震破壞的方法中運(yùn)用地最為廣泛的，也是效果最好的。通常情況下，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師會(huì)將隔震層安裝在房屋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與房屋主體相連接的地方。但有時(shí)為了更大程度地降低地震對(duì)房屋的損壞，部分設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選擇在房屋的頂部放置一個(gè)能夠讓房屋在地震時(shí)重心向傾倒反方向偏移的反擺。這樣一來(lái)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑頂部的反擺便會(huì)通過(guò)阻尼作用對(duì)建筑產(chǎn)生一個(gè)和地震方向恰好相反的加速度，從而抵消地震中能量波對(duì)房屋的作用力，大幅度減少房屋因震動(dòng)而帶來(lái)的損壞。

5.2 增強(qiáng)房屋對(duì)地震的抵抗能力

只有在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)房屋的空間結(jié)構(gòu)、材料質(zhì)量、抗防線、地基等因素進(jìn)行全面綜合的分析，才能保證房屋抗震能力的大幅度增強(qiáng)。所以，在設(shè)計(jì)師進(jìn)行房屋抗震設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必從房屋的牢固性出發(fā)，盡可能降低建筑的自重從而減小地基所承受的自重帶來(lái)的壓力，這樣不僅能提高建筑對(duì)輕度地震的抵抗能力，更可有效降低地基在地震時(shí)遭受的沖擊，為建筑內(nèi)的逃生人員以及外面的救援人員爭(zhēng)取到更多的的時(shí)間。再者，地基作為建筑的穩(wěn)固之本，僅僅靠減輕建筑自重對(duì)地基的壓力是不夠的，只有對(duì)相同建筑結(jié)構(gòu)中的地基統(tǒng)一采用具備強(qiáng)抗震能力的材料才能長(zhǎng)期保持地基的穩(wěn)定，讓房屋抗震結(jié)構(gòu)中地基的抗震能力得到最大程度的發(fā)揮。再者，設(shè)計(jì)師在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中保證建筑的縱向結(jié)構(gòu)剛度能承受建筑的自重之余，還需要注意各個(gè)連接處的科學(xué)設(shè)計(jì)，保證建筑的各個(gè)部分之間是一個(gè)結(jié)構(gòu)功能統(tǒng)一的完整整體，讓建筑不僅具備強(qiáng)抗震能力，還具備空間美學(xué)與實(shí)用性，滿足人們對(duì)房屋的多方面需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

在房屋的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果抗震環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的不得當(dāng)，往往會(huì)影響到房屋整體的質(zhì)量水平、使用壽命以及居住的安全性。因此，抗震設(shè)計(jì)一直被認(rèn)為是房屋設(shè)計(jì)的重中之重。為了提高房屋面對(duì)突如其來(lái)的地震的抵抗力，充分保障人民的人生安全和財(cái)產(chǎn)安全不受到地震的侵害，無(wú)論是在日常生活中還是在工作中，都要秉承不斷探索和實(shí)踐抗震技術(shù)的理念，深入探究如何能讓房子具有良好的抗震性，從而提高自己在抗震設(shè)計(jì)方面的專業(yè)素質(zhì)與能力。

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