關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震措施的研究

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摘要：建筑結(jié)構(gòu)的抗震是非常有必要，也是非常重要的一個(gè)方面，隨著人們對(duì)建筑產(chǎn)品要求的提高，各種新結(jié)構(gòu)、不規(guī)則結(jié)構(gòu)和超出規(guī)范適用范圍的結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸增多，在沒(méi)有規(guī)范可供遵循的條件下，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想進(jìn)行這些結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，并通過(guò)專家論證，也是可行、有效的一條路徑。本文探討了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震措施。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震；措施

隨著科技的迅猛發(fā)展，各項(xiàng)新工藝、新材料、新技術(shù)與新理念在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，有效豐富了抗震設(shè)計(jì)手段，提升了建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的好壞是建筑物能否取得良好抗震效果的前提，因此，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)理論分析，選擇的結(jié)構(gòu)布置和合理的材料運(yùn)用，從多個(gè)方面慎重考慮，從而使高層建筑結(jié)構(gòu)滿足人們的使用要求，能夠減輕甚至避免地震帶來(lái)的危害。

一、建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能

結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱（墻）”的原則；對(duì)可能造成結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力；承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

2、盡可能設(shè)置多道抗震防線

（1）一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架-剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個(gè)分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。

（2）強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會(huì)因損傷積累導(dǎo)致倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識(shí)地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時(shí)倒塌。

（3）適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長(zhǎng)階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。

（4）在抗震設(shè)計(jì)中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對(duì)薄弱，因此在設(shè)計(jì)中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。

二、提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震的措施

1、建筑場(chǎng)地的選擇

（1）應(yīng)選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，如開闊平坦的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻的中硬場(chǎng)地土等地段。

（2）應(yīng)避開對(duì)建筑抗震不利的地段，如軟弱場(chǎng)地土，易液化土，條件突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣，場(chǎng)地土在平面分布上的成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻等地段。當(dāng)無(wú)法避開時(shí)，應(yīng)采取有效的抗震措施。

（3）不應(yīng)在危險(xiǎn)地段造建甲、乙、丙類建筑，對(duì)建筑抗震危險(xiǎn)地段，一般是指地震的可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段，發(fā)震斷裂帶上地震等可能發(fā)生地表錯(cuò)位地段。建筑場(chǎng)地為Ⅰ類時(shí)，甲、乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施；丙類建筑允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施，但抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度時(shí)，可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。另外，場(chǎng)地土的剛度大小和場(chǎng)地土覆蓋層厚度是影響建筑物震害得主要因素。震害調(diào)查表明，土質(zhì)越軟，覆蓋層越厚，建筑物震害越嚴(yán)重，反之越輕。

2、選擇有利于抗震的建筑平面和立面布置

（1）建筑的體型要簡(jiǎn)單，平立面布置宜規(guī)則。體型簡(jiǎn)單和規(guī)則的建筑，受力性能明確，設(shè)計(jì)時(shí)容易分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的實(shí)際反應(yīng)及其內(nèi)力分析，且結(jié)構(gòu)細(xì)部的構(gòu)造也易于處理。所以這類結(jié)構(gòu)遭遇地震后其震害相對(duì)都較輕。反之，建筑體型不規(guī)則，平面上曲出凹進(jìn)，立面上高低錯(cuò)落。易于形成剛度和強(qiáng)度上的突變，引起應(yīng)力集中或變形集中，也容易形成薄弱環(huán)節(jié)，往往造成比較嚴(yán)重的危害。

（2）建筑的平、立面剛度和質(zhì)量分布力求對(duì)稱。建筑的剛度和質(zhì)量分布不對(duì)稱、即使在地面平動(dòng)分量作用下也會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而造成比較嚴(yán)重的危害。所以，整個(gè)建筑或其獨(dú)立單元應(yīng)力應(yīng)求剛度、質(zhì)量的對(duì)稱，使其質(zhì)心與剛心重合或偏心很小。

（3）建筑的質(zhì)量和剛度變化要均勻。建筑的質(zhì)量和剛度沿豎向分布往往是不均勻的、例如，由于建筑的豎向收進(jìn)，地震時(shí)收進(jìn)處上、下部分振動(dòng)特性不同，易于在收進(jìn)處的橫隔層（樓板）產(chǎn)生應(yīng)力突變.使豎向收進(jìn)的凹角處產(chǎn)生應(yīng)力集中；又如，在建筑物底層設(shè)置上下不連續(xù)的抗震墻（如底層框支抗震墻）、使建筑物沿豎向的不均勻性；框架的填充墻在層高范圍內(nèi)未連續(xù)設(shè)置或存在樓層的錯(cuò)尾，使框架形成短柱。也易于造成危害。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上述質(zhì)量和剛度沿豎向分布不連續(xù)的情況應(yīng)加以限制、采取必要的構(gòu)造措施。

（4）必要時(shí)設(shè)置防震縫。防震縫的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)建筑類型、結(jié)構(gòu)體系和建筑體型等具體情況區(qū)別對(duì)待，不提倡一切都設(shè)，也不主張都不設(shè)?？拐鹨?guī)范的原則是，建筑防震縫的設(shè)置，可按結(jié)構(gòu)的實(shí)際需要考慮。體型復(fù)雜的建筑不設(shè)防震縫時(shí)，應(yīng)選擇符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，進(jìn)行精細(xì)的抗震分析，估計(jì)其局部應(yīng)力和變形集中及扭轉(zhuǎn)影響、判別其易損部位、采取措施提高抗震能力。當(dāng)設(shè)置防震縫時(shí)，應(yīng)將建筑分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，防震縫應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類別、房屋類型等留有足夠的寬度，其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開。

3、設(shè)置多道設(shè)防的抗震結(jié)構(gòu)體系

抗震建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場(chǎng)地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。首先宜有多道抗震防線，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承裁能力。所謂多道抗震防線，是指在一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系中，一部分延性好的構(gòu)件在地震作用下，首先達(dá)到屈服，充分發(fā)揮其吸收和耗散地震能量的作用，即擔(dān)負(fù)起第一道抗震防線的作用，其他構(gòu)件則在第一道抗震防線屈服后才依次屈服，從而形成第二、第三或更多道抗震防線，這樣的結(jié)構(gòu)體系對(duì)保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的。同時(shí)底框建筑底層高度不宜太高，應(yīng)控制在4.5m 以下。高度加大，底層剛度減小，重心提高，使框架柱的長(zhǎng)細(xì)比增大，更容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。而且由于高度較大，很多建筑房間被業(yè)主一層改成了兩層，造成了較大的安全隱患。宜具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，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；可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。

4、保證結(jié)構(gòu)的延性抗震能力

合理選擇了建筑結(jié)構(gòu)后，就需要通過(guò)抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)確實(shí)具有所需的延性抗震能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)，系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容。強(qiáng)柱弱梁：人為增大柱相對(duì)于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較大；而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。強(qiáng)剪弱彎：剪切破壞基本上沒(méi)有延性，一旦某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力，對(duì)于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會(huì)先發(fā)生剪切破壞。

5、切實(shí)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量

地震尤其是震級(jí)和烈度較高地震，危害性非常大，建筑物的抗震性能就顯得尤為重要。目前我國(guó)抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)是\"小震不壞，大震不倒\"。目前我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平還很低，大量的建筑所采用的建筑方案不是很合理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)方案無(wú)法合理布置，增加材料用量，帶來(lái)兩個(gè)惡果：一是造價(jià)升高；二是自重增加，導(dǎo)致地震作用加大，從而進(jìn)一步增加材料用量。其實(shí)，從建筑設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，在正確的抗震理論指導(dǎo)下，依據(jù)合理的設(shè)計(jì)原則，同樣可提高甚至保證建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。其原則包括：結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具備足夠大的承載能力；結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉(zhuǎn)和位移；結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的延性和耗能能力，這一點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的安全性尤為重要。延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，具有承載力不降低或基本不降低且有足夠塑性變形能力的一種性能。延性大，說(shuō)明塑性變形能力大，強(qiáng)度或承載力的降低緩慢，從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)倒塌。

總之，要確保建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)能高效完成，應(yīng)在遵循相關(guān)建筑抗震規(guī)范要求的原則上，進(jìn)行科學(xué)地合理地設(shè)計(jì)，確保建筑物具有穩(wěn)定的可靠的抗震性能，達(dá)到建筑物小震不壞、中震可修、大震不倒的標(biāo)準(zhǔn)。相信，隨著相關(guān)技術(shù)人員抗震設(shè)計(jì)水平的不斷提高，我國(guó)的建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)也將會(huì)邁上更高更遠(yuǎn)的臺(tái)階。

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