關于建筑結(jié)構(gòu)抗震設計幾點問題的思考

胡鐵亮

（四平市建筑工程服務中心，吉林四平 136000）

地震作為一種相對隨機的振動，發(fā)生時的時間比較短，時間從幾秒到2—3min 時間不等，但卻極具破壞性、不確定性、隨機性和一定的復雜性。為了降低地震的危害，保障人民的人身財產(chǎn)安全，必須重視建筑結(jié)構(gòu)抗震設計。按照目前的測定技術，對建筑物所遇到的地震參數(shù)和地震特性還沒有精確有效的預測方法。因此，要對建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中建筑結(jié)構(gòu)的空間作用以及技術、經(jīng)濟和使用條件等因素進行綜合比較和準確的分析。

1 合理的選擇建筑結(jié)構(gòu)體系

建筑結(jié)構(gòu)體系是整個建筑結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容，對建筑安全性至關重要，建筑結(jié)構(gòu)體系作為整體建筑結(jié)構(gòu)設計的關鍵部分，這就要求初期在進行選擇時必須保證結(jié)構(gòu)體系的科學性與合理性。例如由梁、柱構(gòu)件等通過建筑節(jié)點連接構(gòu)成的建筑物框架結(jié)構(gòu)，框架梁和柱不僅承受建筑垂直荷載，還要承受建筑水平荷載，同時還要為建筑物提供可以進行靈活布置的內(nèi)部空間。當建筑物的高度較低時，這時建筑物承受的水平荷載相對較小，那么在進行建筑設計時就可以選用相對簡單的框架結(jié)構(gòu)體系。但如果建筑物的高度較高，這時候建筑框架結(jié)構(gòu)就要受到較大的水平力，建筑物的結(jié)構(gòu)受力不平均，容易產(chǎn)生抗震性能比較弱的部分，同時框架結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件截面的慣性矩相對較小，也會使建筑物的側(cè)向剛度偏小，進而產(chǎn)生側(cè)向較大變形，遭遇地震時，建筑物中的薄弱層會率先屈服，產(chǎn)生彈塑性變形現(xiàn)象，導致建筑物彈塑性變形集中。地震對房屋建筑的破壞最明顯的體現(xiàn)在建筑的角柱和邊柱，特別是建筑物的梁體結(jié)構(gòu)比較輕，柱體結(jié)構(gòu)比較重，以及柱體上部結(jié)構(gòu)重下部結(jié)構(gòu)輕時，如果發(fā)生地震，建筑物的破壞會更嚴重。因此在進行建筑結(jié)構(gòu)抗震設計時，應充分考慮框架結(jié)構(gòu)的具體屬性，其柔性結(jié)構(gòu)以剪切變形為主，使用高度受到極大限制，通常在非抗震設計、層數(shù)相對較少與高度相對較低的建筑中使用。建筑結(jié)構(gòu)體系作為整體建筑結(jié)構(gòu)設計的核心部分，必須保證其科學合理，并嚴格按照以下措施進行。

（1）繪制詳細的建筑圖紙并進行科學合理的計算，在建筑物結(jié)構(gòu)設計時，就要科學的計算好主梁的位置，主梁要放在建筑物的主要受力點上，保證其重力能夠短時間內(nèi)垂直作用在建筑物的主要受力點。

（2）確保較高的建筑結(jié)構(gòu)體系的強度與結(jié)構(gòu)體系高強度設計的合理性，看一座建筑物的抗震結(jié)構(gòu)是否科學合理，可以通過建筑物結(jié)構(gòu)能夠承受的作用力的強度來判斷，在建筑物進行結(jié)構(gòu)設計時，首先就要強化建筑結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力，這就要求在進行建筑物結(jié)構(gòu)設計時，對建筑物節(jié)點構(gòu)造進行完整計算設計，從而能夠最大程度的對房梁和房柱頂端的塑性進行分散，最終達到科學合理的加強建筑物結(jié)構(gòu)框架中最薄弱部位抗震性能。

建筑物的抗震結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建時要科學的計算整個建筑物的受力點，并在建筑物受到作用力的時候傳力的路徑要科學合理，只有這樣才能確保建筑物的抗震分析更貼近在實際地震中建筑物的抗震表現(xiàn)，幫助建筑工程師在設計建設中提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，是結(jié)構(gòu)選型和布置建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系中首先考慮的重要因素之一。

在建筑結(jié)構(gòu)設計中，進行多道抗震防線設計，可以更好的保障建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全。建筑物多道抗震防線建設主要有以下幾點：首先，建筑物的抗震體系是由許多個延性較好的分體系組成并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作。其次，應設計最大可能數(shù)量的建筑內(nèi)、外部贅余度的抗震結(jié)構(gòu)體系，并有意識地建立起塑性屈服區(qū)的系統(tǒng)分布，從而能夠使建筑在地震中盡可能的吸收和耗散地震作用力，降低對建筑物的破壞。

2 抗震場地的選擇

建筑物所處位置的抗震性是建筑物抗震設計的首要依據(jù)。在建筑設計初期就要針對當?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)及地震活動實際情況進行詳細的調(diào)查分析，綜合評價建筑物所在場地的抗震性和有助于進行抗震設計建設的場地，最大限度的避開能夠?qū)拐鹪O計造成影響的區(qū)域。因此在實際進行建筑結(jié)構(gòu)抗震設計過程中應充分考慮建筑場地在選擇時對建筑抗震地段的具體劃分：

（1）有利地段：基巖穩(wěn)定，土質(zhì)堅硬，地表開闊、平坦、土層結(jié)構(gòu)密實、均勻的中硬土等；

（2）一般地段：介于有利與不利之間的地段；

（3）不利地段：軟弱土、液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、陡坡、陡坎、河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（含故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結(jié)構(gòu)性裂縫等；

（4）危險地段：地震時可能發(fā)生山體滑坡、崩塌、地箔、地裂、混石流以及在發(fā)震斷裂帶上其他可能發(fā)生地表位錯的地表位置。

在選擇抗震地段時，一定要選擇土質(zhì)軟弱，土地液化和地質(zhì)元素分布比較不均衡的地段，對于達不到上述要求的地段，在施工前期就要對地面進行科學合理的抗震設計，對建筑物的地基進行穩(wěn)定，對地面的強度進行強化。另外，對于存在滑坡和地裂隱患的場地，要做好全面的保護措施，科學有效的對建筑物的建造地面進行穩(wěn)定處理。如果建筑物的地基是打在在粘性土質(zhì)區(qū)域和土層分布很不均勻的區(qū)域，在對建筑物進行地基建造時還應對地基進行加固或者采取樁基的施工手段，以此來進一步提升建筑物基礎和建筑物上部結(jié)構(gòu)的抗震性。場地設計還應符合國家的相關方針、政策，密切注意節(jié)約建筑用地，在建筑選址過程中應做到不占或少占農(nóng)田，盡可能的依靠先進技術和科學措施，實現(xiàn)充分合理的土地利用。貫徹執(zhí)行“在保證適用、經(jīng)濟的條件下，加強建筑物美觀”的基本原則，正確處理建筑工程過程中各種人際關系，力求建筑工程投資的經(jīng)濟效益最大化。建筑工程場地的總體布局，應考慮建筑物出入口位置、內(nèi)部交通線路、建筑物的形狀、高度、朝向、采光、內(nèi)部空間、綠化設施等，以及相關建筑間距、用地與環(huán)境指標，均應滿足所在城市整體規(guī)劃的要求，并同周圍環(huán)境相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3 重視建筑形體及其構(gòu)件布置的規(guī)則性

建筑形體即建筑的平面形態(tài)及在各剖面的具體變化。規(guī)則建筑就是指建筑物在平面與立面的形態(tài)比較簡單，在防御側(cè)力與承載力的表現(xiàn)中變化平均、連貫，且建筑物形態(tài)為對稱結(jié)構(gòu)。建筑物的“規(guī)則性”是建筑設計過程中，綜合考慮各種影響因素的要求，建筑物程規(guī)則性有利于幫助建筑物增強抗震系數(shù)，而且經(jīng)濟的合理性也更突出。首先，建筑物程規(guī)則性，可以更好的抵御地震的破壞。根據(jù)統(tǒng)計，在地震災害中結(jié)構(gòu)簡單、形態(tài)對稱的建筑更能夠抵御地震的破壞。對稱結(jié)構(gòu)的建筑物因其力量傳導路徑清晰直接，地震時更容易估計其具體反應，進而采取更為有效的抗震構(gòu)造相關措施和進行仔細維護。其次相對規(guī)則的建筑物（特別是規(guī)則的高層建筑物）有很高的經(jīng)濟實用性。依據(jù)大量的工程經(jīng)驗，比較規(guī)則的建筑物的建設指標更容易符合建筑工程規(guī)范。并且在地震災害中建筑物的各組成構(gòu)建的應力分配平均，使建筑構(gòu)建的配筋大小相對適中，能夠?qū)⒔ㄖ杀究刂圃谙鄬侠淼姆秶鷥?nèi)。而建筑物不規(guī)則結(jié)構(gòu)就更易受力出現(xiàn)抗力薄弱的部位，應根據(jù)規(guī)范對結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力調(diào)整并采取有效的抗震構(gòu)造措施進行加強處理。從而使得內(nèi)力變大、計算配筋變大，局部抗震構(gòu)造更加煩瑣，使工程造價有較大幅的增加。合理合規(guī)的建筑形體和科學的布置在抗震設計中處于頭等重要的地位。應提倡平面、立面相互對稱。在以往的地震災害中表明，建筑物結(jié)構(gòu)越簡單，形態(tài)越對稱，在發(fā)生地震時越能夠承受地震作用力而不被破壞。這是因為在建筑設計是就會考慮到建筑受到地震破壞的情況，在進行建筑設計建造中就進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。建筑的“規(guī)則性”體現(xiàn)在建筑物的外形尺寸，應力構(gòu)件分布，建筑質(zhì)量分布以及建筑物的承載力的分布等，并且還會因為建筑類型不同擁有不同的變化，這就需要工程師之間進行溝通配合，才能保證建筑擁有良好的抗震能力。

抗震方案設計是一項要求非常高的工作，不僅要嚴格按照抗震設計規(guī)范要求進行，對于不規(guī)則平面和出現(xiàn)豎向不規(guī)則情況進行空間模型計算還要對其他的各種因素進行綜合考慮。按照設計方案進行建造的建筑物在發(fā)生地震等自然災害中的安全系數(shù)是很高的。就當前建筑平面布置來講都是符合抗震概念設計原理的，設計方案不符合設計要求就不能夠被審核通過。建筑物的對稱性能夠很好的分散地震產(chǎn)生的沖擊力，因此，在建筑物設計時一定要將建筑物的對稱性合理落實到實踐中。在實際情況中引起建筑產(chǎn)生不規(guī)則的原因還有很多，特別是體型相對復雜的建筑，通過具體的定量指標進行不規(guī)則程度的劃分并規(guī)定其限制范圍非常困難。但是，擁有豐富經(jīng)驗與良好抗震知識素養(yǎng)的優(yōu)秀建筑設計人才，應該對自己設計的建筑具備的抗震性能合理估計，對建筑物的形態(tài)進行規(guī)則程度評定，嚴格篩除忽視建設地區(qū)地震情況的建筑設計方案。

4 結(jié)語

綜上所述，通過分析建筑結(jié)構(gòu)設計建設中的抗震理念，進一步完善和提高抗震設計建筑結(jié)構(gòu)體系、抗震的場地的選擇、科學合理的設計建筑物的外部形態(tài)及及其構(gòu)件布置的規(guī)則性，在建設中嚴格遵守建筑規(guī)范的要求和設計基本原則開展科學合理的建筑設計，以確保建筑物在地震中的抗震功能的可靠性和安全性，將建筑結(jié)構(gòu)實際抗震設計中依靠彈塑性變形進行消耗地震能量的特點充分發(fā)揮，進而提高建筑結(jié)構(gòu)的變形、能量消耗與整體抗震能力，從而達到建筑結(jié)構(gòu)設計應具有的抗震安全性的要求。