試述建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)的作用及其要點(diǎn)

王瑩

摘要：地震本身的不確定性，人們無(wú)法采取有效的預(yù)防措施，只能通過(guò)加強(qiáng)建筑物的抗震性能來(lái)減少地震對(duì)建筑物的破壞。建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，要綜合運(yùn)用各種知識(shí)，需要考慮建筑工程的使用功能、場(chǎng)地類別、地基基礎(chǔ)類型、建筑高度、結(jié)構(gòu)材料和施工工藝等，同時(shí)還要考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)保障等，選擇最優(yōu)化的建筑體系，從而提高建筑工程的抗震能力。本文闡述了建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)的要求，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)的作用及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)工程；抗震設(shè)計(jì)；要求；作用；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)的要求

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）對(duì)建筑的抗震設(shè)防提出“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求，“三水準(zhǔn)”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當(dāng)遭遇第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求建筑結(jié)構(gòu)滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算，要求建筑的彈性變形不超過(guò)規(guī)定的彈性變形限值。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時(shí)，結(jié)構(gòu)屈服進(jìn)入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞，但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。

二、建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)的作用

1.抗震設(shè)計(jì)可以保證建筑的剛度。合理地設(shè)計(jì)和確定建筑物的剛度非常重要，已有的鋼筋混凝土之上使用“鋼結(jié)構(gòu)”對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步加層加固。加固分為兩種情況：（1）如果所需要進(jìn)行加層的建筑工程的體系是鋼結(jié)構(gòu)，而國(guó)家規(guī)定：上部是鋼結(jié)構(gòu)、下部是鋼筋混凝土兩種不同的體系結(jié)構(gòu)是不符合抗震規(guī)范的。（2）假設(shè)屋蓋的部分是采用鋼結(jié)構(gòu)，而鋼筋混凝土仍然是作為整個(gè)建筑工程的抗側(cè)力的主要體系，則必須根據(jù)相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2.抗震設(shè)計(jì)應(yīng)用可以降低地震對(duì)建筑的影響。被工程界認(rèn)可的一個(gè)辦法是在建筑基礎(chǔ)與建筑的主體部分之間加設(shè)一個(gè)隔震層，有的設(shè)計(jì)師在建筑物的頂端部分加設(shè)一個(gè)“反擺”。此反擺的作用是能夠在地震時(shí)使建筑物的位移方向相反，降低了加速度，降低地震的作用。根據(jù)相關(guān)研究分析，如果對(duì)“反擺”設(shè)置合理，那么對(duì)降低地震影響的概率可達(dá)65%。

3.抗震設(shè)計(jì)可以提高建筑工程的抗震能力。出于對(duì)建筑工程抗震功能的保證，筆者認(rèn)為要做好以下幾點(diǎn)：（1）在建筑工程中要考慮地基的穩(wěn)定性因素，挑選對(duì)抗震有益的地基，防止地基變形影響抗震功能；（2）同一建筑工程單元要設(shè)計(jì)在性質(zhì)一樣的地基上，要把地基最大潛力融入建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于發(fā)揮地基的抗震功能；（3）建筑工程盡量做到規(guī)則、對(duì)稱，以降低地震作用導(dǎo)致的建筑變形度以及避免地震作用力集中導(dǎo)致建筑扭曲的狀況發(fā)生；（4）建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要多加幾道抵抗防線，以提高建筑工程的抗震力，同時(shí)建筑工程受力設(shè)計(jì)要明確，防止存在建筑工程局部薄弱；（5）最大程度的減少建筑工程自身重量，從而減小建筑對(duì)地基的壓力，達(dá)到緩解地震沖擊作用對(duì)建筑體的影響力。

三、建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1.建筑工程材料的質(zhì)量控制。建筑工程抗震性能除了會(huì)受到建筑工程體系、抗震防線及建筑施工方案等因素的影響之外，在多數(shù)情況下還對(duì)建筑的施工材料產(chǎn)生極大地影響。通常，建筑材料強(qiáng)度、建筑材料剛度對(duì)建筑工程的抗震性能會(huì)產(chǎn)生很大的影響，而且還會(huì)受到來(lái)自建筑材料連續(xù)性及建筑材料均衡性的影響。所以在選取建筑工程材料過(guò)程中，一定要對(duì)建筑施工材料的延伸性和剛度進(jìn)行仔細(xì)、認(rèn)真考查，并且同時(shí)最大限度與建筑工程體系相符合建筑施工材料能得到確保。

2.選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)工程體系。保證建筑物的整體協(xié)調(diào)，最為重要的就是要選擇適合的建筑工程體系，因此在進(jìn)行建筑工程抗震概念設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要讓所設(shè)計(jì)的建筑物的結(jié)構(gòu)體系同時(shí)滿足這兩大條件：第一穩(wěn)定；第二合適。對(duì)于一個(gè)科學(xué)合理的建筑工程體系而言啟不僅可以有效滿足變形的要求，同時(shí)還可以有效抵抗沖擊力的要求。建筑物要具備一定的剛度這樣才能對(duì)自身的荷載起到一定的承受作用從而有效避免變形的出現(xiàn)此外在發(fā)生地震時(shí)才有可能對(duì)巨大的地震力起到有效緩沖作用而達(dá)到有效避免局部受損的良好效果。因此在選擇建筑物結(jié)構(gòu)體系時(shí)，既要注意建筑物傳力途徑的明確性，同時(shí)又要注意受力計(jì)算的明確性，盡可能在建筑工程體系中不使用轉(zhuǎn)換層。

3.提高抗震設(shè)計(jì)等級(jí)。研究表明，以地震災(zāi)害分析50年為一個(gè)分析周期，而小震的重現(xiàn)世間為50年，小震災(zāi)害已經(jīng)超過(guò)抗震設(shè)計(jì)安全烈度的概率為62%；中型地震的重現(xiàn)世間為475年，中震災(zāi)害已經(jīng)超過(guò)抗震設(shè)計(jì)安全烈度的概率為10%；大型地震的重現(xiàn)世間為2000年，大震災(zāi)害已經(jīng)超過(guò)抗震設(shè)計(jì)安全烈度的概率為2%。因此，一些建筑工程設(shè)計(jì)專家指出，我國(guó)地震多發(fā)地帶應(yīng)該及時(shí)提高建筑工程的抗震等級(jí)，嚴(yán)格控制建筑工程的抗震設(shè)計(jì)，確保建筑工程的抗震穩(wěn)定性。

4.建筑形體及構(gòu)件布置的規(guī)則性。主要類型有：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)，具體可以體現(xiàn)到對(duì)結(jié)構(gòu)分析軟件的計(jì)算結(jié)果的分析判斷，如扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，體現(xiàn)在：位移比不宜大于1.2且不應(yīng)大于1.5，周期比對(duì)于A級(jí)高度建筑不應(yīng)大于0.90豎向剛度不規(guī)則的主要類型有：側(cè)向剛度不規(guī)則、抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、樓層承載力突變等，如側(cè)向剛度不規(guī)則就要求本層的側(cè)向剛度不小于相鄰上一層的70。及其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80。等。如設(shè)計(jì)結(jié)果不滿足，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)模型重新進(jìn)行分析，調(diào)整梁柱布置及截而，盡量做到使結(jié)構(gòu)規(guī)則。如確實(shí)滿足不了，則應(yīng)對(duì)薄弱部位進(jìn)行重點(diǎn)加強(qiáng)。如平而規(guī)則而豎向不規(guī)則的建筑，剛度小的樓層的地震剪力，規(guī)范要求乘以不小于1.15的增大系數(shù)。

5.軸壓比和短柱設(shè)計(jì)。在建筑工程抗震設(shè)計(jì)中，需要減小柱的軸壓比，增大柱的截面尺寸。減小柱軸壓比的主要目的是為了使柱子處于大偏心受壓狀態(tài)，避免縱向受力鋼筋未達(dá)到受拉屈服而混凝土卻被壓碎的情況發(fā)生。由于柱的剛性強(qiáng)度比較高，使得整體結(jié)構(gòu)的延性就差，當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，結(jié)構(gòu)吸收地震能量和耗散能量就少，使得結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生破壞。所以在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)方法，且梁具有很好的延性，可以發(fā)生適量的變形，就會(huì)減少柱子進(jìn)入屈服強(qiáng)度的可能性，且在設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)增大軸壓比。

6.重點(diǎn)部位重點(diǎn)設(shè)防。對(duì)于重要的環(huán)節(jié)可以人為的對(duì)其加強(qiáng)，如煤礦建筑井口房設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)設(shè)置在井口房樓板上的情況，該區(qū)域振動(dòng)大、拉力大，并且與煤礦生產(chǎn)息息相關(guān)，設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)。另外，破壞后容易引起大面積倒塌的構(gòu)件，也應(yīng)作加強(qiáng)處理。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)資源的過(guò)度利用，自然災(zāi)害變得越來(lái)越多，在面對(duì)地震這樣的自然災(zāi)害時(shí)，人類無(wú)法控制只能夠進(jìn)行力所能及的防護(hù)，因此必須加強(qiáng)建筑工程設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)。

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[2]宋海燕 談抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2013.

（作者單位：邯鄲市瑞達(dá)工程設(shè)計(jì)有限公司）