關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的討論

張儷耀

摘? ? 要：建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮建筑的抗震能力，這關(guān)乎人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前建筑發(fā)展的方向和風(fēng)向標(biāo)。目前抗震結(jié)構(gòu)的建筑在自然災(zāi)害中展現(xiàn)出越來(lái)越重要的作用，建筑物的抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前建設(shè)設(shè)計(jì)的主流。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì)

1? 引言

隨著自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)抗震鋼筋的使用量在逐漸的增加，我國(guó)位于地中?！柴R拉雅地震帶上，因此我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家之一。但是，從目前我國(guó)建筑的抗震能力來(lái)看，還存在著許多的問(wèn)題。為了保證擬建建筑物的安全可靠，需要對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以完善建筑物的結(jié)構(gòu)體系，提高建筑物的抗震性能，降低建筑物在地震災(zāi)害中的損壞程度，促進(jìn)其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的全面提高。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。

2? 選擇合理的結(jié)構(gòu)形式

抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。按結(jié)構(gòu)材料分類，目前主要應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系有砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)等;按結(jié)構(gòu)形式分類，目前常見的有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)體系的確定受到抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件以及建筑材料、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等諸多因素影響，是一個(gè)綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，需進(jìn)行周密考慮確定。在影響建筑物抗震效果的因素中，建筑物自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中一個(gè)非常重要的影響因素。建筑要滿足設(shè)計(jì)時(shí)的抗震預(yù)想，無(wú)論是點(diǎn)式住宅或者、板式住宅，都必須開展科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確?？拐鸩呗钥茖W(xué)化，可以做到不受小地震損壞，遭遇大地震不倒塌，以此很好提升高層建筑的抗震性。如果建筑物對(duì)平面的設(shè)計(jì)過(guò)于繁瑣，質(zhì)心與剛心不統(tǒng)一，就會(huì)增加地震的影響力，造成更為嚴(yán)重的后果。因此，建筑物的結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)最大程度上確保質(zhì)心與剛心可以重合，來(lái)確保建筑物的抗震能力不受影響。

抗震規(guī)范對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系主要有以下規(guī)定：結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑;結(jié)構(gòu)體系宜具有多道抗震防線，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力;結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有必要的抗震承載力，良好的變形能力和耗能能力;結(jié)構(gòu)體系宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中，對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力;結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近，在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)遵循平面布置對(duì)稱、立面布置均勻的原則，以避免質(zhì)心和剛心不重合而造成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和產(chǎn)生薄弱層。

3? 提高結(jié)構(gòu)的延性

結(jié)構(gòu)的延性可定義為結(jié)構(gòu)在承載力無(wú)明顯降低的前提下發(fā)生非彈性變形的能力。結(jié)構(gòu)的延性反映了結(jié)構(gòu)的變形能力，是防止在地震作用下倒塌的關(guān)鍵因素之一。

結(jié)構(gòu)良好的延性有助于減小地震作用，吸收與耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)倒塌。而結(jié)構(gòu)延性和耗能的大小，取決于構(gòu)件的破壞形態(tài)及其塑化過(guò)程，彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件，構(gòu)件彎曲屈服直至破壞所消耗的地震輸入能量，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于構(gòu)件剪切破壞所消耗的能量。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求避免構(gòu)件的剪切破壞，爭(zhēng)取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。始終遵循“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)煎弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱錨固”原則。構(gòu)件的破壞和退出工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過(guò)渡到另外一種穩(wěn)定體系，致使結(jié)構(gòu)的周期發(fā)生變化，以避免地震卓越周期長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用引起的共振效應(yīng)。

4? 確保結(jié)構(gòu)的整體性

結(jié)構(gòu)是由許多構(gòu)件連接組合而成的一個(gè)整體，并通過(guò)各個(gè)構(gòu)件的協(xié)調(diào)工作來(lái)有效地抵抗地震作用。若結(jié)構(gòu)在地震作用下喪失了整體性，則結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗震能力不能充分發(fā)揮，這樣容易使結(jié)構(gòu)成為機(jī)動(dòng)體而倒塌。因此，結(jié)構(gòu)的整體性是保證結(jié)構(gòu)各個(gè)部分在地震作用下協(xié)調(diào)工作的重要條件，確保結(jié)構(gòu)的整體性是抗震概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

5? 做好結(jié)構(gòu)材料的選擇

建筑結(jié)構(gòu)的使用材料對(duì)抗震效果有著非常大的影響，但這一方面在過(guò)去通常被人們忽略了，工作人員必須清楚認(rèn)識(shí)到：在絕大多數(shù)情況下，建筑物在遭受地震情況下的損毀程度與建筑的質(zhì)量好壞是成正比的。如果在同樣的時(shí)間、同樣的地點(diǎn)遭受同樣等級(jí)地震，建筑物使用的建筑材料質(zhì)量越好，該建筑物遭受地震的作用力也隨之較小;相反的，如果建筑物使用的材料質(zhì)量一般，甚至不合格，建筑物遭受地震的作用力必然是很大的。在建筑物的實(shí)際施工建造中，往往建議多采用隔斷、維護(hù)墻等構(gòu)件，將質(zhì)輕的如空心磚、加氣混凝土板等建筑材料普及應(yīng)用，這對(duì)做好高層建筑的抗震能力起著極其重要的幫助作用建筑結(jié)構(gòu)施工程序與施工所使用的原材料質(zhì)量?jī)?yōu)劣都對(duì)建筑工程的質(zhì)量起著決定性的作用，在施工階段中，每一道工序都可能對(duì)抗震效果造成影響。因此，在建筑的施工環(huán)節(jié)，要嚴(yán)于監(jiān)督和管理，規(guī)范操作，在建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量方面來(lái)確保建筑物良好的抗震能力。

單從抗震角度考慮，作為一種結(jié)構(gòu)材料應(yīng)輕質(zhì)、高強(qiáng)、材質(zhì)均勻;構(gòu)件間的連接應(yīng)有良好的整體性、連續(xù)性及延性，且能發(fā)揮材料的全強(qiáng)度。按照這一原則，不同材料結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)劣排序是：鋼結(jié)構(gòu);型鋼混凝土結(jié)構(gòu);混凝土——鋼混合結(jié)構(gòu);現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu);裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);配筋砌體結(jié)構(gòu)。工程中常用結(jié)構(gòu)抗震表現(xiàn)分述如下。

（1）鋼結(jié)構(gòu)最符合抗震材料的要求，從已有的地震震害實(shí)例來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)均很好;但它當(dāng)前的造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用較高。

（2）現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)整體性好，造價(jià)低廉，有較大的抗側(cè)移剛度，并且經(jīng)良好的設(shè)計(jì)可保證結(jié)構(gòu)具有良好的延性。但該材料也存在難以克服的弱點(diǎn)：當(dāng)?shù)卣鸪謺r(shí)較長(zhǎng)時(shí)，在周期性往復(fù)水平荷載作用下，構(gòu)件剛度因裂縫的開展而遞減，且塑性鉸區(qū)會(huì)產(chǎn)生反向斜裂縫，將混凝土擠碎，產(chǎn)生永久性的“剪切滑移”。

（3）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在非開裂狀態(tài)下能承受較大的變形，因而在烈度不高時(shí)結(jié)構(gòu)破壞較輕，相應(yīng)地其所貯藏的彈性變形能要比鋼筋混凝土高，但預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的滯回曲線比鋼筋混凝土狹窄，所能耗散的滯后能量要少一些，且由于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件受壓區(qū)配筋一般相對(duì)較少，一旦混凝土開始?jí)核?，承載能力就會(huì)急劇下降，因此在高烈度地區(qū)，必須采取措施提高延性，方能使用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明，通過(guò)合理控制預(yù)應(yīng)力筋的含量（Q≤0.5%）可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。

（4）裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)此類結(jié)構(gòu)致命的抗震弱點(diǎn)在于整個(gè)結(jié)構(gòu)缺乏連續(xù)性和整體性;框架節(jié)點(diǎn)等預(yù)制構(gòu)件的連接和接頭強(qiáng)度及變形能力均低于構(gòu)件本身而形成薄弱環(huán)節(jié);同時(shí)預(yù)制構(gòu)件裝配時(shí)會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力，故這類結(jié)構(gòu)不宜在高烈度地區(qū)采用;但若采用整體裝配式結(jié)構(gòu)則可以改善這種情況。

6? 結(jié)束語(yǔ)

隨著建筑質(zhì)量的不斷提高，根據(jù)地質(zhì)需求，抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前建筑的主要思路，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)能在一定程度上避免自然災(zāi)害對(duì)建筑的影響，降低了自然災(zāi)害對(duì)人們?nèi)罕娚拓?cái)產(chǎn)的損失。

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