建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究

張曉東

摘 要：隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展和城市化發(fā)展的不斷深入，各種新型的、高層的建筑物拔地而起，而隨著現(xiàn)代建筑的建筑類(lèi)型越來(lái)越復(fù)雜，其對(duì)地震荷載等的抗震能力要求也越來(lái)越高。只有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面合理地抗震設(shè)計(jì)，才能保證建筑的質(zhì)量和安全，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，也能不斷促進(jìn)我國(guó)的社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。本文針對(duì)建設(shè)抗震設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計(jì)；高度設(shè)計(jì)；場(chǎng)地選擇

近年來(lái)，在我國(guó)幾次重大的地震災(zāi)害中，房屋建筑的倒塌現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給我國(guó)人們的生產(chǎn)生活和生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了重大的損失，也嚴(yán)重影響了我國(guó)的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程。地震災(zāi)害是一種無(wú)法避免的天然災(zāi)害，我國(guó)又是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，因此在各種新型、復(fù)雜和高層建筑不斷應(yīng)運(yùn)而生的時(shí)代，我們應(yīng)該充分重視建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性能，做好建筑抗震設(shè)計(jì)，保證建筑的整體穩(wěn)定性能。下面主要從幾個(gè)常見(jiàn)的抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題入手，如對(duì)建筑抗震場(chǎng)地的選擇、建筑高度設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)體系和材料選擇、建筑不規(guī)則形問(wèn)題以及抗震設(shè)計(jì)等級(jí)等方面，進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

1 抗震場(chǎng)地選擇

建筑物的抗震性能除了與建筑物本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)外，還在很大程度上受到建筑場(chǎng)地的影響。在地震發(fā)生的過(guò)程中，如果建筑場(chǎng)地本身屬于軟土地基，將會(huì)更加容易受到地震波的破壞。應(yīng)該做好充分的前期地質(zhì)勘查工作，全面深入地了解建筑場(chǎng)地的地質(zhì)條件，避免在一些危險(xiǎn)地段進(jìn)行甲、乙、丙類(lèi)建筑施工。由于在地震波的作用影響下，地表附近會(huì)發(fā)生各種大小裂縫以及不同程度的錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致地基交錯(cuò)地帶產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象、出現(xiàn)不均勻沉降以及造成各種建筑施工材料（如砂土、粉等）的液化，這種不利的地震作用尤其是在一些地質(zhì)條件明顯不均勻、土質(zhì)易液化以及軟弱地基等的地段中表現(xiàn)更為突出。在實(shí)際施工中，應(yīng)該盡量避免在這種地質(zhì)場(chǎng)地施工。如果不得不在這些不利場(chǎng)地進(jìn)行施工，則應(yīng)該進(jìn)行全面合理地抗震設(shè)計(jì)，采取多種有效的抗震措施，盡量減少不利地形對(duì)建筑抗震性能的影響。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際施工要求，對(duì)上部結(jié)構(gòu)以及地基的剛度和結(jié)構(gòu)整體性進(jìn)行加強(qiáng)，盡量減少地基因液化而造成沉降，使地基液化等級(jí)達(dá)到相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，滿足建筑抗震性能。如果地基的受力由一些剛性和整體性較差的土層（如嚴(yán)重不均勻土層、新近挖填的土層以及軟弱粘性土層等）承載時(shí)，應(yīng)該及時(shí)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的處理，通過(guò)地基加固、樁基等方式加強(qiáng)地基基礎(chǔ)的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。同時(shí)還應(yīng)該考慮地震橫波對(duì)地基的剪切作用力，應(yīng)該對(duì)容易產(chǎn)生滑移的場(chǎng)地進(jìn)行一定的加固措施。

2 高度設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)不同的建筑性能要求和結(jié)構(gòu)體系，充分考慮經(jīng)濟(jì)適用原則，在我國(guó)相關(guān)的建筑施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》）的指導(dǎo)下，進(jìn)行科學(xué)合理地設(shè)計(jì)。下面給出了高層建筑采用A級(jí)與B級(jí)鋼筋混凝土?xí)r的最大適用高度。如表1所示。

表1 高層建筑A級(jí)鋼筋混凝土最大適用高度/m

在施工中應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行高度設(shè)計(jì)，如果高度設(shè)計(jì)超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)加大建筑結(jié)構(gòu)的變形，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的延性要求、材料性能、抗荷載系數(shù)等都會(huì)發(fā)生較大的變化，大大降低了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和綜合穩(wěn)定性能。

3 結(jié)構(gòu)體系及材料選擇

合理選擇建筑物的結(jié)構(gòu)體系和建筑材料能在一定程度上增強(qiáng)建筑物的整體穩(wěn)定性和抗震性能。我國(guó)的高層建筑物常見(jiàn)結(jié)構(gòu)體系包括筒中筒體系、框架筒體系以及組合筒體系，這三種結(jié)構(gòu)體系用于高層建筑中能夠很好地提高建筑的整體穩(wěn)定性和抗震性能，因此在世界范圍內(nèi)都得到了廣泛的應(yīng)用。雖然我國(guó)同其他國(guó)家所用的建筑結(jié)構(gòu)體系基本一樣，但是我國(guó)的高層建筑中常使用的建筑材料為鋼筋混凝土材料結(jié)構(gòu)體系，而在國(guó)外則更多的使用鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，在地震作用力下，其結(jié)構(gòu)內(nèi)筒要承載百分之八十的荷載作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變形限制了鋼筋混凝土筒結(jié)構(gòu)體系的變形，而鋼筋混凝土筒的變形導(dǎo)致發(fā)生側(cè)向位移，鋼框架由于剛度較小，對(duì)側(cè)向位移的影響作用較小，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的承載能力受到限制，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，可以通過(guò)設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)的伸臂結(jié)構(gòu)揮著加強(qiáng)鋼筋混凝土筒的整體剛度，來(lái)提高建筑物的抗震性能和整體穩(wěn)定性能。

4 平面布置的規(guī)則性

在建筑物的抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)該嚴(yán)格按照抗震概念設(shè)計(jì)原則，對(duì)建筑物的平、立面布置采用規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。如果建筑物的平面或豎面不規(guī)則，或者兩者均不規(guī)則，則應(yīng)該根據(jù)建筑的實(shí)際結(jié)構(gòu)性能建立適宜的空間模型，通過(guò)分析計(jì)算對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行科學(xué)合理地設(shè)計(jì)。對(duì)于平面規(guī)則性超限的建筑，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用部分彈性板、部分剛性板的模型或者采用彈性樓蓋模型，對(duì)建筑物在各種外力、荷載以及強(qiáng)震下的結(jié)構(gòu)綜合性能進(jìn)行驗(yàn)算測(cè)試。在測(cè)試中還應(yīng)該考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)于結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則凹凸以及建筑物的樓板出現(xiàn)斷開(kāi)的情況，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的平面特征和剛性變化，選擇符合條件的彈性樓板模型進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)算測(cè)試。對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)因凹凸不平、洞口、結(jié)構(gòu)邊角等而導(dǎo)致出現(xiàn)集中應(yīng)力的部位，應(yīng)該采取合適的方法對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行加固。加固方法包括增加樓板的厚度、加強(qiáng)樓板混凝土配筋、在邊梁內(nèi)集中加強(qiáng)配筋、在應(yīng)力突變部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)加入45°斜向鋼筋等都可以用來(lái)增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的綜合抗性。當(dāng)建筑物的樓板之間連系過(guò)弱或者建筑物的平面過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可以對(duì)建筑物設(shè)置合適的變形縫。對(duì)于受結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響比較大的建筑物，應(yīng)該使抗側(cè)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的分布盡量均勻，并盡可能加大建筑物外圍豎向結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力。

5 抗震設(shè)計(jì)等級(jí)

通過(guò)對(duì)我國(guó)歷年來(lái)地震災(zāi)害與建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)目前的抗震設(shè)計(jì)烈度并沒(méi)能很好地符合實(shí)際抗震需求，研究數(shù)據(jù)表明，在2000年重現(xiàn)的大型地震中，有2%的地震災(zāi)害超出了建筑抗震設(shè)計(jì)等級(jí)，在475年重現(xiàn)的重型地震中，10%以上的災(zāi)害超出了建筑抗震設(shè)計(jì)等級(jí)，而50年重現(xiàn)的小型地震，則所有地震中， 62%以上的災(zāi)害超出了建筑實(shí)際的抗震設(shè)計(jì)等級(jí)。在這種情況下，我們應(yīng)該及時(shí)設(shè)計(jì)出更加安全、符合實(shí)際抗震需求的抗震設(shè)計(jì)安全烈度。這樣才能?chē)?yán)格按照抗震等級(jí)要求設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的建筑總體結(jié)構(gòu)，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性和穩(wěn)定性能。

6 建筑房屋的立面和平面的設(shè)計(jì)

為了能夠有效地防止在地震發(fā)生時(shí)建筑發(fā)生變形現(xiàn)象，或者出現(xiàn)應(yīng)力較為集中的現(xiàn)象，在對(duì)建筑的立面和平面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量將立面和平面設(shè)計(jì)成規(guī)則的形狀，并且立面和平面盡量對(duì)稱，其質(zhì)量應(yīng)該是相同的，當(dāng)建筑沒(méi)有進(jìn)行抗震縫的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該運(yùn)用與施工情況相符的計(jì)算方法，對(duì)抗震縫進(jìn)行設(shè)計(jì)，將建筑房屋劃分成形狀相同的結(jié)構(gòu)和單元。

7結(jié)語(yǔ)

隨著城市化建設(shè)的不斷深入，越來(lái)越多的復(fù)雜、高層和大型建筑物拔地而起，這就對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提出了更高的要求。在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該綜合考慮眾多影響建筑整體性能的因素，如加強(qiáng)前期地形勘查，嚴(yán)格按照規(guī)范和建筑實(shí)際性能要求設(shè)計(jì)建筑高度，注意建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形、結(jié)構(gòu)體系以及結(jié)構(gòu)材料對(duì)抗震性能的影響等。

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