建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題及對策研究

張世濤

摘要：地震是一種嚴(yán)重影響和破壞人類生存環(huán)境的自然災(zāi)害。由于我國地震預(yù)報(bào)能力不夠強(qiáng)，不僅無法及時反饋地震的相關(guān)信息，而且難以采取有效措施減輕地震帶來的危害。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，有關(guān)人員有必要盡可能提高整個建設(shè)項(xiàng)目的抗震性能，以滿足該地區(qū)的抗震要求。施工期間，有關(guān)企業(yè)和工程技術(shù)人員應(yīng)以建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)為研究重點(diǎn)，對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行深入探索，切實(shí)提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和抗震性能。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);關(guān)鍵問題;對策研究

1 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的意義

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是非常重要的?？拐鹪O(shè)計(jì)必須將資料與設(shè)計(jì)理論相結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)合理的資料計(jì)算分析。對于在實(shí)際施工過程中無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)掌握建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的演變，可以制定出最合適的抗震設(shè)計(jì)方案。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，不能一直依賴計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件。我們必須結(jié)合傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的原則和概念主要是針對地震本身的不確定性，在建筑工程中遇到的地震和地震參數(shù)必須與結(jié)構(gòu)空間的作用等諸多因素相結(jié)合，建筑工程本身的結(jié)構(gòu)、建筑材料的彈性和建筑結(jié)構(gòu)的阻尼變化。建筑工程的抗震設(shè)計(jì)不僅要依靠數(shù)據(jù)的計(jì)算，還要結(jié)合整個結(jié)構(gòu)對地震能量的分散作用，這樣才能有效地避免降低抗震能力的現(xiàn)象，做好抗震試驗(yàn)和檢測工作。

2 建筑抗震設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 建筑材料與結(jié)構(gòu)的選用存在問題

目前，我國建筑工程的主體結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對于一般的建筑工程來說，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)很容易滿足抗震和使用的需要，但是如果建筑工程的高度相對較高，那么鋼筋混凝土就不能滿足基本的抗震要求。為了從根本上保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，我國一些高度在150米以上的高層建筑工程經(jīng)常采用三層支撐框架鋼結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行施工操作。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對鋼材的加工能力不斷提高，鋼材的品種和性能得到了進(jìn)一步的提高和發(fā)展。因此，鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程設(shè)計(jì)和施工中的使用效率越來越高，從根本上提高了建筑工程的抗震性能。

2.2 平面設(shè)計(jì)抗震性問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視平面布置對建筑抗震性能的影響。一旦發(fā)生地震，就會產(chǎn)生橫向和縱向的扭轉(zhuǎn)力，特別是當(dāng)建筑物的形狀不規(guī)則時，這部分扭轉(zhuǎn)力會不斷累積，瞬間破壞建筑物的性能。在這種情況下，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)工作時，應(yīng)盡量選擇規(guī)則的建筑，以免產(chǎn)生過大的伸縮效應(yīng)。同時，沿高度方向，樓層的剛度和強(qiáng)度將更加均勻，特別是當(dāng)建筑物布局對稱時，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使建筑物的影響分散。在實(shí)踐中，如果不能選擇對稱形狀的建筑物，應(yīng)有效地考慮空間結(jié)構(gòu)。對于不連續(xù)或不規(guī)則的樓層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合測量樓層的實(shí)際剛度和強(qiáng)度，并對選定的模型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以確保其能滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求。

2.3 建筑地理位置選擇問題

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，必須綜合考慮具體的條件，特別是建筑物的地理位置選擇和基礎(chǔ)勘察。其中，勘察是為了保證地基的抗震性能符合設(shè)計(jì)要求。只有這樣，基礎(chǔ)條件才能作為設(shè)計(jì)過程的參考，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的科學(xué)選擇，以及鋼筋混凝土的合理計(jì)算。此外，要科學(xué)選擇相應(yīng)的地理位置，盡量不選擇抗震性能差的地區(qū)，特別是安全性能低的環(huán)境，堅(jiān)決不允許施工。在地理位置選擇的基礎(chǔ)上，地形因素也會直接影響建筑物的安全性能和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此要避免建筑物在地形條件下發(fā)生滑坡的可能性，同時不選擇河谷灘。如果該區(qū)域土壤為軟土或濕地，必須事先采取安全修復(fù)加固措施。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮建筑物的抗震等級和地基的實(shí)際情況，科學(xué)合理地加固山體，優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，確保建筑物地理位置的選擇符合抗震要求。

2.4 建筑物的高度與材料選擇問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮建筑高度對地震效應(yīng)的影響。近年來，一些企業(yè)忽視了建筑安全的重要作用，著眼于企業(yè)利益，僅憑自身經(jīng)驗(yàn)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，嚴(yán)重忽視了許多自然因素造成的破壞。另外，在鋼筋等材料的選擇上，采用了抗震結(jié)構(gòu)以外的設(shè)計(jì)，增加了建筑物倒塌的概率，不利于建筑物的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的合理性。

目前，在建筑材料的選擇上，由于大部分建筑結(jié)構(gòu)主要是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此在今后的發(fā)展中，有必要考慮混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)位移值。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，也要強(qiáng)調(diào)地震災(zāi)害對建筑物頂部變形值的影響。如果選擇小型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其強(qiáng)度必須符合材料選擇的要求，以避免地震荷載變化對建筑材料的不利影響。因此，應(yīng)保證建筑材料強(qiáng)度的合理性。

3 優(yōu)化措施

3.1 科學(xué)選擇建筑結(jié)構(gòu)體系

在建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)和選型過程中，有必要根據(jù)抗震設(shè)防類型、建筑高度、場地施工條件、地基和材料、綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性和使用性能進(jìn)行科學(xué)選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力重分布、變形、強(qiáng)度/剛度性能和承載力進(jìn)行分析。具體如下：①建筑結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力重分布和變形性能直接關(guān)系到其整體抗震性能。為了有效避免一些結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在地震中的損傷，它導(dǎo)致了建筑結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)和抗震能力喪失的阻尼問題。這樣可以避免整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。② 建筑結(jié)構(gòu)體系必須具有較好的強(qiáng)度和剛度性能。在抗震設(shè)計(jì)過程中，要保證強(qiáng)度和剛度分布的合理性，避免局部構(gòu)件的弱化和突變，逐漸發(fā)展為薄弱部位，導(dǎo)致塑性變形集中或應(yīng)力集中。同時，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，必須保證其節(jié)點(diǎn)的完整性，避免損傷和沖擊;③建筑結(jié)構(gòu)體系必須具有一定的承載力，才能有效地消耗地震產(chǎn)生的各種損傷能量。為了提高結(jié)構(gòu)的整體性能，有必要盡量采用鋼筋混凝土。

3.2 科學(xué)布局

在設(shè)計(jì)過程中，必須保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的科學(xué)布置。這樣，墻、柱、梁就可以在同一水平的防線上，垂直軸可以很好地重合，從而可以減小偏心，形成雙向反側(cè)向力結(jié)構(gòu)。一般來說，抗震結(jié)構(gòu)的合理性是為了保證各部分的合理性。只有這樣才能使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)更加平衡合理。此外，在抗震結(jié)構(gòu)體系中，內(nèi)外冗余度應(yīng)共享。一旦地震發(fā)生，建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性將受到破壞，這將提高建筑結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，延長破壞時間，對提高抗震水平起到關(guān)鍵作用。

3.3 強(qiáng)化抗震結(jié)構(gòu)

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮抗震設(shè)防類別等多種因素，使抗震等級更加明確。墻、柱、梁等部位應(yīng)采用有效結(jié)構(gòu)，使抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求。此外，還應(yīng)以地震等級為重要依據(jù)，優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)配筋率計(jì)算截面尺寸。即使被地震破壞，建筑物的承載力也能滿足要求。

3.4 合理設(shè)置抗震防線

在設(shè)計(jì)中，要合理設(shè)置多條抗震防線，以減少多條抗震防線的破壞程度?？蚣芸拐饓ο到y(tǒng)。該體系主要包括抗震墻和延性框架。應(yīng)選擇重力較小的支撐或填充墻。在實(shí)踐中，無論是小震、中震，還是大震，都要保證結(jié)構(gòu)的完整性。當(dāng)連梁效應(yīng)消失時，應(yīng)以單個墻肢為基礎(chǔ)進(jìn)行有效計(jì)算，結(jié)構(gòu)自始至終具有一定的承載力，不發(fā)生倒塌。此外，在計(jì)算時，必須確保框架柱所承受的剪力大于總剪力的五分之一。這樣，當(dāng)抗震墻被破壞時，框架柱的承載力仍然很強(qiáng)，這將減少建筑物的倒塌。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是一個非常嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)、完整、科學(xué)的設(shè)計(jì)過程，貫穿于整個建設(shè)工程的全過程。同時，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目拐鹪O(shè)計(jì)也在一定程度上檢驗(yàn)了整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。因此，應(yīng)遵循建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則，認(rèn)真研究場地選擇、結(jié)構(gòu)體系選擇、抗震縫寬度設(shè)置、建筑平面及立面布置等問題，在保證建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的同時，為建筑業(yè)的健康發(fā)展打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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