建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計分析

來寶文

中鐵二十一局集團有限公司勘察設(shè)計院 甘肅蘭州 730000

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計的意義

地震活動是一種很難準確預(yù)測的自然災(zāi)難，以現(xiàn)在的技術(shù)手段不可能準確地對地震活動做出預(yù)測。但是依據(jù)現(xiàn)實條件，提前采取防護措施也是一種非常好的預(yù)防手段。對于如何用科學的理念和技術(shù)來預(yù)防地震的損害、來減少地震造成的各種財產(chǎn)、人力損失，這就是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計的意義?，F(xiàn)在，世界上絕大部分的國家都有各自的建筑抗震設(shè)計規(guī)范，我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》總則中，提出了小震不壞、中震可修、大震不倒的三水準的抗震設(shè)防目標。這一抗震設(shè)計原則得到了廣泛的認可和推廣，極大地提高了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能[1]。受到地震災(zāi)害影響過程中，如果建筑物的使用功能和所采用的結(jié)構(gòu)布置不協(xié)調(diào)，那么結(jié)構(gòu)體系的抗震性能難以得到有效利用。當出現(xiàn)破壞時，新建的建筑費用要比維修舊建筑的費用高。從經(jīng)濟成本來講，是非常不合算的，所造成的經(jīng)濟損失是無法估計的，因此，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注重建筑物的形體和布置，建筑體型宜簡單，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的剛度和承載力上下變化連續(xù)、均勻，平面布置基本對稱。這是提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計性能最有效的辦法。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計

2.1 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計要點

俗話說“萬丈高樓平地起”，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，地基基礎(chǔ)屬于非常重要的內(nèi)容之一，其基礎(chǔ)的安全性決定了整個建筑物的整體的穩(wěn)定性。因此，在該環(huán)節(jié)的抗震設(shè)計中，需要在前期做好基礎(chǔ)資料的采集工作，如區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)活躍度等，根據(jù)評估結(jié)果來確定該工程是否能在此場地建設(shè)，分析建筑物地基基礎(chǔ)形式及所需要的承載力特征值，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造明確基坑深度、支護措施等，為本工程的基礎(chǔ)的合理選型及基礎(chǔ)施工方案的合理性、經(jīng)濟型做出合理的選擇。

①結(jié)合該工程的相關(guān)資料，對于建筑基礎(chǔ)參數(shù)內(nèi)容進行明確，內(nèi)容包括地基基礎(chǔ)挖深、基礎(chǔ)總面積、樁基直徑/深度、接縫寬度等。②利用有限元模型對建筑極限荷載進行計算，以此為基礎(chǔ)來優(yōu)化荷載組合，并對相關(guān)參數(shù)進行明確。③進行地基基礎(chǔ)的形變量監(jiān)測和計算，計算時參考正常狀態(tài)來完成，對于該狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)組合進行確定[2]。④根據(jù)承載能力極限狀態(tài)下的荷載效應(yīng)標準組合，對基礎(chǔ)或承臺高度、基礎(chǔ)內(nèi)力、確定配筋和驗算材料強度進行計算。

2.2 依據(jù)抗震標準，規(guī)范平面及豎向設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會受到平面規(guī)則的一定影響，所以設(shè)計人員在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候還需要對其引起重視。我國對抗震建筑平面有著相關(guān)規(guī)范要求。例如，平面長度不可太長，凹凸口寬度和深度，最好不采用細腰型和角部重疊的平面布置模式。平面布置最好保證其規(guī)則性和對稱性以及承載力和剛度的均勻分布，若存在很多凹凸口復(fù)雜的平面形狀，需要時采取一些特殊的設(shè)計和補救措施，盡可能確保整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用過程的安全性[3]。針對建筑結(jié)構(gòu)豎向布置，則應(yīng)該避免收進和外挑過大，最好是足夠均勻和規(guī)則，結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度也盡量保證上小下大均勻變化，并保證抗測力構(gòu)件上下連續(xù)貫通。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計

強柱弱梁、強剪弱彎和強節(jié)點弱構(gòu)件是進行框架結(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)中為了保護柱，增強結(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。還有強柱系數(shù)，梁柱線剛度比等都是相應(yīng)指標。設(shè)計的時候盡可能推遲或者減少柱端塑形鉸出現(xiàn)，可以根據(jù)實際情況適當增加一些柱配筋。同時還應(yīng)該遵照強剪弱彎原則進行設(shè)計，這主要是因為剪切破壞屬于一種脆性破壞，而彎曲破壞屬于一種延性破壞，會提前有所預(yù)兆。所以能進行及時的人員疏散、財產(chǎn)轉(zhuǎn)移。在進行抗震設(shè)計中，梁柱的剪力設(shè)計值需按規(guī)范要求進行調(diào)整。不同抗震等級的梁柱對剪力增大系數(shù)有著不同的要求，同樣需要對鋼筋和材料實際強度兩個影響進行考慮。如果是強節(jié)點弱構(gòu)件則應(yīng)該仔細驗算節(jié)點核心區(qū)，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。

2.4 合理選擇抗震材料

建筑工程建設(shè)過程會用到大量的施工原材料，所以材料質(zhì)量會對工程整體性能產(chǎn)生很大的影響，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候必須要對抗震材料引起重點關(guān)注，因為其會在很大程度上影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實踐證明設(shè)計科學合理的建筑結(jié)構(gòu)可以有效提升建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性?，F(xiàn)如今建筑領(lǐng)域出現(xiàn)了諸多抗震建筑構(gòu)型，而且在歷次地震災(zāi)害中也體現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢。在選擇建筑抗震材料的時候，最好選用韌性和強度都比較好的材料，在保證建筑結(jié)構(gòu)安全性的同時，可以提高其穩(wěn)定性，同時還要考慮一些節(jié)能環(huán)保材料，比如聚塑板和鋼結(jié)構(gòu)，以提升建筑結(jié)構(gòu)的綜合性能。

總而言之，近些年我國城鄉(xiāng)一體化建設(shè)步伐不斷加快，人們生活水平也不斷提升，對建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震性能要求越來越高，以更好地保證建筑工程可以規(guī)避各類安全事故的發(fā)生，為人民群眾提供一個安全的居住環(huán)境，同時也促使我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。