建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

吳照強(qiáng)

摘要：在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該要確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的內(nèi)力分配功能，這樣如果一個構(gòu)件受到了震力的破壞，其他的構(gòu)件仍能夠正常承載，一定程度上避免了整體結(jié)構(gòu)失效可能性的出現(xiàn)。其次，合理分布震力傳遞途徑本文將從以下幾個方面來分析建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計若干問題。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震;設(shè)計;問題;探討

前 ?言

目前，我國建筑在抗震設(shè)計方面來存在很多誤區(qū)，同時，在具體設(shè)計方面還有很多的設(shè)計問題有待于研究。因此，對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行分析很有現(xiàn)實意義。

一、我國對抗震性設(shè)計的要求

為了保證建筑物結(jié)構(gòu)的基本抗震性能，我國從法律上對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。這些具體的規(guī)定都在我國“《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223”中，而具體內(nèi)容大致如下。“建筑根據(jù)其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類四個抗震設(shè)防類別?！痹谶@四類抗震類別當(dāng)中，甲類建筑物的使用功能應(yīng)該是比較重要的，因此，對其要求的抗震性能也比較高，“地震作用應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按照批準(zhǔn)的地震安全性評價結(jié)果確定?！本唧w的抗震措施應(yīng)該比當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況要求的抗震烈度要高，如果當(dāng)?shù)匾蟮目拐鹆叶纫?～8之間，那么，實際設(shè)計的抗震烈度就應(yīng)該要比要求高出1度，而如果當(dāng)?shù)氐目拐鹨笤?度時，實際設(shè)計的抗震烈度至少要比9度高出一點。

乙類建筑物的抗震烈度與當(dāng)?shù)氐牡卣鹱饔孟喾霞纯?，在采取抗震措施時，如果抗震烈度要求在6～8之間，那么設(shè)計的抗震烈度與其相符合即可，如果是在9度以上，實際設(shè)計值則需要比9度要高。對于丙類來說，無論是什么情況，設(shè)計的抗震烈度值同當(dāng)?shù)氐目拐鹨笙喾霞纯桑☆惤ㄖY(jié)構(gòu)的抗震烈度可以在實際的抗震烈度要求之上適當(dāng)減低。

二、目前建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計的關(guān)鍵問題

1.場地選擇

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，場地的選擇是其中重要的一部分，所以，在建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計中，建筑場地的選擇對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的影響也是比較大的。在選擇建筑場地時，一定要對當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境有所了解，避開不利的地段。如果場地不利會造成地表發(fā)生錯動或者斷裂、地基沉降、滑坡等狀況，對工程質(zhì)量會產(chǎn)生一定的影響。正因如此，在選擇建筑場地過程中，要盡量避免在“軟弱場地、易液化土、狀態(tài)不均勻”等場地進(jìn)行建筑物的建筑。如果建筑地點的土壤普遍不合格，那么就需要采取一定的抗震防裂措施來提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級，比如可以強(qiáng)化地基，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性等，對于地基來說可以采用樁基、強(qiáng)化基礎(chǔ)等處理措施，這樣即使不可避免地出現(xiàn)了不利場地，也能通過措施的應(yīng)用而得以改善。

2.結(jié)構(gòu)體系選擇

建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇關(guān)系到了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，自然也會成為抗震設(shè)計中的重要部分。首先，結(jié)構(gòu)體系要具有相對的獨立性。對于建筑結(jié)構(gòu)體系的整體功能發(fā)揮來說，其應(yīng)該具有一定的整體性和聯(lián)系性，但是，對于抗震性來說，建筑結(jié)構(gòu)體系就應(yīng)該具有相對的獨立性。主要是指結(jié)構(gòu)體系應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)該重視豎向的建筑結(jié)構(gòu)要具有垂直重力傳遞的作用，“樓屋蓋梁系的布置”要盡量保證從上部結(jié)構(gòu)中傳遞過來的重力荷載能夠通過轉(zhuǎn)換層進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)要明確，盡量保證其連續(xù)性，如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了豎向變化則要盡量確保變化的均勻發(fā)生。最后，要具有適當(dāng)剛度和以及強(qiáng)度。對于建筑結(jié)構(gòu)體系來說，適當(dāng)?shù)膭偠群蛷?qiáng)度能夠在一定程度上避免因為結(jié)構(gòu)的部分薄弱給整體結(jié)構(gòu)造成影響，在框架設(shè)計過程中要保證節(jié)點在受到較大的重力荷載或者是應(yīng)力過于集中時，不會出現(xiàn)破壞的狀況。

3.規(guī)則布置建筑平面

建筑平、立面布置應(yīng)符合抗震概念的設(shè)計原則，宜采用規(guī)則的建筑設(shè)計方案，而不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計過程中，要盡量規(guī)則布置建筑平面，通常我們都比較重視建筑結(jié)構(gòu)的對稱性和規(guī)則性，結(jié)構(gòu)的對稱性主要是指抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)之間的對稱，而規(guī)則性主要體現(xiàn)在以下幾個方面，第一，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主軸方向剛度和變形特性相近。第二，在抗側(cè)力結(jié)構(gòu)豎向斷面均勻、構(gòu)成的變化均勻。

三、抗震設(shè)計方法及存在的問題

1.直接位移設(shè)計法

直接位移設(shè)計法是一種偏重于結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計方法，這種方法概念簡單，可根據(jù)在一定的地震等級作用下預(yù)期的位移計算地震作用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，使構(gòu)件達(dá)到預(yù)期的變形，結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定位移。但該方法的使用尚存在一些問題：由于替換結(jié)構(gòu)的剛度是對應(yīng)于最大位移時的線性剛度，其周期一般比彈性結(jié)構(gòu)的周期長許多，因此，用于位移設(shè)計的位移設(shè)計反應(yīng)譜必須比加速度反應(yīng)譜具有較長的周期范圍;彈性加速度設(shè)計反應(yīng)譜一般是針對阻尼比為0.05，而位移設(shè)計反應(yīng)譜必須適應(yīng)替換結(jié)構(gòu)所需要的較大阻尼比范圍的要求;近年來的研究表明，近場強(qiáng)震效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)有較大的放大作用，但直接位移設(shè)計方法只從材料的極限應(yīng)變出發(fā)得到構(gòu)件的變形值進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，不能考慮近場強(qiáng)震的這種放大效應(yīng);結(jié)構(gòu)構(gòu)件的滯回特性。因此，就現(xiàn)階段而言，采用直接位移設(shè)計法實現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計還具有一定的局限性;這一設(shè)計理論沒有體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的非線性分析方法和對所設(shè)計結(jié)構(gòu)的實際抗震性能進(jìn)行驗算的方法。

2.位移影響系數(shù)法

位移影響系數(shù)法主要體現(xiàn)在確定給定結(jié)構(gòu)非線性靜力彈塑性分析時的最大期望位移，這一最大期望位移定義為目標(biāo)位移d;采用此方法結(jié)構(gòu)來確定最大非線性位移，概念相對來說比較簡單，但在實際設(shè)計計算中需進(jìn)一步研究：此種方法僅僅是一種衡量結(jié)構(gòu)整體抗震水平的評估方法，無法提供具體樓層和主要構(gòu)件的損壞情況以及具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震水準(zhǔn);結(jié)構(gòu)的最大非線性位移與線性位移的關(guān)系比較復(fù)雜，采用上述多系數(shù)的表示方法，每一個系數(shù)取值的變化都會對結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，而在各個系數(shù)都不能明確確定其取值的情況下，計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實際最大非線性位移會產(chǎn)生較大的誤差。

3.能力譜方法

能力譜方法是一種偏重于對所設(shè)計結(jié)構(gòu)的實際抗震性能進(jìn)行評估驗算的方法。對結(jié)構(gòu)抗震性能評估的能力譜方法的研究。還存在以下問題需要解決：在能力譜方法中，需要將原型多自由度結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化為等效單自由度體系，而現(xiàn)有的轉(zhuǎn)化方法都是以結(jié)構(gòu)反應(yīng)的單一振型或主振型為基礎(chǔ)，而對于高階振型對結(jié)構(gòu)反應(yīng)影響比較顯著的多高層結(jié)構(gòu)體系或扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不可忽略的結(jié)構(gòu)體系來說，這種轉(zhuǎn)化方法將產(chǎn)生比較大的誤差;通常能力譜方法對于抗側(cè)剛度沿結(jié)構(gòu)高度方向分布不均勻的結(jié)構(gòu)體系或樓層平面內(nèi)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)比較明顯的結(jié)構(gòu)體系無法進(jìn)行驗算。

四、提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量管理

1.根據(jù)《建筑工程設(shè)計招標(biāo)投標(biāo)管理辦法》業(yè)主要求設(shè)計單位組建設(shè)計項目組，安排結(jié)構(gòu)設(shè)計各階段的設(shè)計人員、校對人員、專業(yè)負(fù)責(zé)人、審核人員并安排相應(yīng)的完成時間，形成設(shè)計進(jìn)度計劃表。

2.設(shè)計質(zhì)量直接影響工程周期、成本，是工程建設(shè)重要的內(nèi)容。有效地縮短工程周期和節(jié)約成本有利于在市場中能取得先機(jī)，獲取更大的效益。設(shè)計單位執(zhí)行ISO9001：2008全面質(zhì)量管理來保證設(shè)計質(zhì)量是一種行之有效的方法。

3.針對建筑工程的不同類型，由專業(yè)負(fù)責(zé)人對設(shè)計和校對人員進(jìn)行事先指導(dǎo)，形成事先指導(dǎo)表。同時專業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)起草本設(shè)計項目結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一措施，經(jīng)結(jié)構(gòu)總工程師批準(zhǔn)后，結(jié)構(gòu)人員保證人手一份使用。

五、結(jié)束語

建筑抗震設(shè)計是一項系統(tǒng)的工程，需要嚴(yán)格把握設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，按照設(shè)計的科學(xué)流程，結(jié)合建筑的特點，盡量提高設(shè)計的合理性，提高建筑抗震的能力。

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