探究建筑結(jié)構(gòu)體系中的抗震設(shè)計

王嘉峰

沈陽原構(gòu)設(shè)計咨詢有限公司 遼寧 沈陽110000

1 引言

雖然目前的建造工藝突飛猛進(jìn),但對地震的研究水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還不能預(yù)測地震。雖然目前我國的地震烈度區(qū)劃圖在我國已經(jīng)做得非常精準(zhǔn)并且非常的科學(xué),但它是基于有限的歷史數(shù)據(jù)。在我國,大型地震或特大型地震有時也會出現(xiàn)在低烈度地區(qū)。同時,地震發(fā)生時,地震動的三要素存在較大不確定性,即使在同一地區(qū),不同類型的地面運動在地震過程中對建筑物的破壞也不盡相同;地震還存在震級、傳播路徑、震中距離和震源機(jī)制等許多非確定因素,給地震研究帶來了很多困難。

2 房屋結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計原則

2.1 簡化原則 結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗得知,在抗震設(shè)計過程中,所設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式越簡單,傳力越清晰明了,其抗震性能也越高,而且簡單的抗震結(jié)構(gòu)在進(jìn)行力學(xué)性能計算時,其計算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性也越高。對此,在應(yīng)用設(shè)計中,可以結(jié)合實際情況適當(dāng)簡化房屋抗震結(jié)構(gòu)計算模型,優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳力途徑,這樣能夠有效提升房屋建筑對建筑地震作用力的承受能力,全面提高房屋建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震性能。

2.2 整體性原則 展開建筑抗震設(shè)計時,設(shè)計內(nèi)容不只是針對某一個建筑內(nèi)的某一個部位,而是將抗震設(shè)計貫穿到整個設(shè)計過程中,從而提高建筑整體的抗震性能。在具體設(shè)計過程中,需要從整體性設(shè)計出發(fā),使其滿足各大指標(biāo)要求。對各種可能影響結(jié)構(gòu)抗震性的影響因素進(jìn)行分析,借助數(shù)字模型對于結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理,以此來提升結(jié)構(gòu)本身的抗震性。而且對于構(gòu)件需滿足其抗震構(gòu)造措施的要求,避免應(yīng)力集中等問題的出現(xiàn),從而提高結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性和可靠性。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計

3.1 建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計 強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件是進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時的重要概念。相較于梁構(gòu)件破壞而造成的局部破壞,柱子的破壞會危及整體結(jié)構(gòu)的安全性,造成結(jié)構(gòu)的整體垮塌。因此,在結(jié)構(gòu)中為了保護(hù)柱,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗地震能力,將塑性鉸先出現(xiàn)在梁部,通過發(fā)展一定的塑性來吸收地震能。還有強(qiáng)柱系數(shù),梁柱線剛度比等都是相應(yīng)指標(biāo)。強(qiáng)柱弱梁使梁端的塑性鉸先出、多出,盡量減少或推遲柱端塑性鉸的出現(xiàn)。適當(dāng)增加柱的配筋可以達(dá)到上述目的。需保證強(qiáng)剪弱彎是因為剪切破壞是一種脆性破壞,而彎曲破壞是延性破壞,有所預(yù)兆,所以能進(jìn)行及時的人員疏散、財產(chǎn)轉(zhuǎn)移。在進(jìn)行抗震設(shè)計中,梁柱的剪力設(shè)計值需按規(guī)范要求進(jìn)行調(diào)整。不同抗震等級的梁、柱采用不同剪力增大系數(shù),同樣需考慮材料實際強(qiáng)度和鋼筋實際面積

2個因素的影響。強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件則需對節(jié)點核心區(qū)進(jìn)行抗震驗算,并且在各抗震等級下的框架節(jié)點均應(yīng)符合構(gòu)造措施要求。除此之外,進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時,還可以參考其他減震設(shè)計來提升結(jié)構(gòu)延性。例如,可以將多段墻框架融入抗震審計中,在遇到地震時,可以進(jìn)行地震能量的轉(zhuǎn)接和吸收,從而起到良好的減隔震作用,提升建筑結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)固性。

3.2 依據(jù)抗震標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范平面及豎向設(shè)計 平面規(guī)則與建筑物的穩(wěn)定性也存在一定的聯(lián)系,這是設(shè)計人員在設(shè)計過程中必須考慮的因素之一。通常情況下,抗震建筑的平面是有一定標(biāo)準(zhǔn)的,比如,凹凸口的深度與寬度,平面長度不宜過長,不宜采用角部重疊或細(xì)腰形的平面布置。因此,結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)力求簡單、規(guī)則、對稱,避免剛度、質(zhì)量和承載力分布不均勻。對于有較多凹凸口的復(fù)雜形狀平面要進(jìn)行特殊設(shè)計或采用一定的補(bǔ)救措施,以最大限度地保證建筑的穩(wěn)定性。對于抗震高層建筑的結(jié)構(gòu)豎向布置,應(yīng)避免過大的外挑和收進(jìn),宜規(guī)則、均勻,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度也應(yīng)該做到上小下大均勻變化,豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點是重量輕,承載能力高,結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度高,鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要承重構(gòu)件由鋼板和型鋼構(gòu)成,材質(zhì)均勻,各向同性好,結(jié)構(gòu)可靠性高。鋼結(jié)構(gòu)的材料屬理想彈性體,符合工程力學(xué)的基本假定,可在抗震設(shè)計中充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的材料塑性、彈性好的特點,允許有適度的變形,能很好地承受動力荷載,在罕遇地震作用下保持結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定,避免倒塌。高精度的加工制作工藝可以做到等強(qiáng)連接,實現(xiàn)強(qiáng)連接弱桿件的抗震設(shè)計原則,大大提高建筑物的抗震和承載能力。鋼結(jié)構(gòu)在我國得到越來越廣泛的應(yīng)用,特別是在大型公共建筑和基礎(chǔ)設(shè)施中。其中最重要的是機(jī)場車站、體育場館、高層建筑等。鋼殼體結(jié)構(gòu)近年也得到應(yīng)用,具有很好的空間傳力性能,能以較小的構(gòu)件厚度形成承載能力高、剛度大的承重結(jié)構(gòu),能覆蓋或圍護(hù)大尺度的空間而不需要中間支撐,兼顧到承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的雙重作用,同時也有較好的抗震性能。

4 結(jié)束語

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,抗震設(shè)計屬于重要的設(shè)計內(nèi)容之一,借助可靠的抗震設(shè)計,能夠有效提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,降低地震發(fā)生時出現(xiàn)坍塌的概率。需要注意的是,所有的抗震設(shè)計內(nèi)容需要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的建設(shè)規(guī)范,同時做好結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計工作,以此來提高建筑工程的綜合性能,延長使用壽命。