建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計探微

范子凱　張勇

摘 要：現(xiàn)代高層建筑層數(shù)特別多，容積率特別大，若在地震中出現(xiàn)坍塌將帶來很大的損害。所以做好建筑抗震設(shè)計具有特別關(guān)鍵的意義，因此需在設(shè)計時對其抗震特性進行重點關(guān)注與優(yōu)化，在一定程度上的提升高層建筑的抗震特性。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；抗震

抗震設(shè)計的基本原則為需符合大震不倒、中震可修、小震不壞的要求，針對于這一原則，需依抗震設(shè)計的兩階段來設(shè)計，依次為多遇地震下的狀況與罕遇地震的狀況，前者使用彈性反應(yīng)譜法，后者使用抗倒塌彈塑性變形驗算。對部分超越規(guī)范的高層建筑，能夠使用基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計理論來設(shè)計。

1 建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.1 關(guān)于結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。對于建筑防震結(jié)構(gòu)設(shè)計，需先弄清楚建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求，在此基礎(chǔ)之上，優(yōu)化建筑平面和建筑物的應(yīng)用性能，并對其進行適當(dāng)?shù)牟季?，對于高層建筑而言，?wù)必要保證其具有足夠的剛度，從而減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的影響，對于建筑物來說需確保其平面均勻?qū)ΨQ，建筑物的柱網(wǎng)剪力墻務(wù)必要科學(xué)布置。因為此類建筑結(jié)構(gòu)可以很容易出現(xiàn)建筑物多地震的反應(yīng)，對于建筑防震結(jié)構(gòu)設(shè)計需對建筑進行適當(dāng)布置，如此一來對于減小豎向構(gòu)件間的差異形變和結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力對建筑結(jié)構(gòu)的不利影響具有非常大的作用。

1.2 科學(xué)設(shè)計建筑剛度值。剛度值是建筑抗震機構(gòu)設(shè)計的重點，設(shè)計者要對建筑的使用材料，建筑所在地的地理條件和施工設(shè)備的使用方式，利用自己掌握的抗震設(shè)計的物理知識，對建筑的剛度值進行設(shè)計。建筑的連接設(shè)計是設(shè)計者需要重視的內(nèi)容，設(shè)計者要充分利用建筑的連接性，對建筑進行科學(xué)的防震處理，使建筑具備剛好的防震性能，并能夠建筑承受一定的外部震動。

1.3 重視建筑防震結(jié)構(gòu)連接點的性能。建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員要加強對抗震結(jié)構(gòu)連接點的關(guān)注，統(tǒng)計表明，大多數(shù)建筑在因地震災(zāi)害而出現(xiàn)安全事故時，發(fā)生問題的位置大多位于防震結(jié)構(gòu)的連接點上。建筑抗震結(jié)構(gòu)的受力點，往往需要承受較大的力量，如果連接處的工作沒有做好，建筑很有可能單地震災(zāi)害中坍塌，因此，設(shè)計人員要尤其關(guān)注抗震結(jié)構(gòu)的連接點，使抗震結(jié)構(gòu)具備更好的延展性，保證建筑不會因地震災(zāi)害而產(chǎn)生較大的破壞。

2 高層建筑抗震設(shè)計中常出現(xiàn)的問題

2.1 建筑平面和豎向不規(guī)則。由于經(jīng)濟水平的提升和大家對流動的藝術(shù)的追求，建筑師創(chuàng)作的平面與立面日益復(fù)雜。進而平面與立面規(guī)則性超限的狀況越日益普遍。這就促使建筑的抗震性能有很大的削弱。

2.2 地基的選取不科學(xué)。不同的地基類型對地震力的傳遞有不一樣的特點，高層建筑因為垂直高度較高，自身重量較大，因此在選址時，對于土質(zhì)的硬度、密實度與對地形的開闊和平坦性具有很高的要求，而且需遠離河岸，防止抗震危險性路段，如此一來才可以保證高層建筑的基礎(chǔ)具有較好的抗震性能，可以在地震力作用下具有非常好的承受能力。然而目前因為國內(nèi)城市發(fā)展速度的加快，城市人口日益增加，很大一部分房地產(chǎn)開發(fā)商在進行高層建筑選址時均會更多的對其商業(yè)利益與商業(yè)開發(fā)空間進行考慮，這就造成高層建筑地基在選取上具有特別多的適宜性與不科學(xué)性，進而使其抗震性能降低，在地震發(fā)生時高層建筑的基礎(chǔ)破壞更加嚴重。

2.3 材料的選取不科學(xué)。這幾年，國內(nèi)地震出現(xiàn)的次數(shù)特別多，因此在對地震頻發(fā)區(qū)域進行高層建筑設(shè)計時，務(wù)必保證其結(jié)構(gòu)體系的科學(xué)性性，另外還需適當(dāng)選擇結(jié)構(gòu)材料。然而由于施工、經(jīng)濟等因素，輕質(zhì)高強材料并未適當(dāng)?shù)牟捎谩?/p>

2.4 抗震設(shè)防烈度較低。由于我國的經(jīng)濟發(fā)達程度還不夠高，現(xiàn)在國內(nèi)的建筑的抗震設(shè)防烈度不高，中震和規(guī)定的設(shè)計基準期內(nèi)超越概率大約為10%的地震烈度相似，較低的抗震設(shè)防烈度減小了高層建筑的抗震需求。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的優(yōu)化措施

若想設(shè)計出具有特別好的抗震性能的建筑需要從結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與構(gòu)件設(shè)計兩個角度著手?？拐鸶拍钤O(shè)計對結(jié)構(gòu)的抗震功能具有很大的作用，所以新規(guī)范都在有關(guān)條文中提出了建筑和結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的關(guān)鍵性，還要求建筑師與結(jié)構(gòu)工程師在高層建筑設(shè)計中需特別關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震的優(yōu)化原則，就是“四強四弱”“強柱弱梁”，指節(jié)點處柱端實際受彎承載力超過梁端實際受彎承載力；“強剪弱彎”為避免構(gòu)件剪切的破壞，對于桿件的受剪承載力最好大于受彎承載力；“強節(jié)點弱桿件”為避免節(jié)點比構(gòu)件破壞的早；對桿件截面來說，“強壓弱拉”為防止桿件由于彎曲而出現(xiàn)受壓混凝土破裂的脆性破壞，讓受拉區(qū)鋼筋的承載力小于受壓區(qū)混凝土受壓承載力，具體的能夠從以下幾點來考慮。

3.1 選擇有利的抗震場地。由于地質(zhì)條件的不同地震對建筑設(shè)施的破壞具有很大的差異。在施工前要勘察好地基狀況，保證建筑場地有助于建筑設(shè)施的抗震，應(yīng)盡量不在抗震不利地段建設(shè)建筑構(gòu)，在不能避開時，需采用恰當(dāng)?shù)拇胧┨嵘拐鹦阅堋８鶕?jù)建筑場地地基地質(zhì)特征與受地震破壞作用的強弱來進行分類，依據(jù)建筑場地的實際狀況適當(dāng)采取抗震措施，比方說依據(jù)地基地質(zhì)抗震設(shè)防種類、地基液化等級等實際狀況科學(xué)采用適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式。

3.2 選用合理的結(jié)構(gòu)體系。

3.2.1 優(yōu)化平面和立面設(shè)計。結(jié)構(gòu)的簡單性，就是盡可能地均勻、對稱。結(jié)構(gòu)簡單為結(jié)構(gòu)在地震之力下具有直接與清晰的傳力方式。對于簡單的結(jié)構(gòu)，可以簡單地把握建筑結(jié)構(gòu)的計算模型、內(nèi)力位移分析以及結(jié)構(gòu)薄弱部位，進而對結(jié)構(gòu)的抗震功能也具有良好的估計。

3.2.2 提高結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力。水平地震是雙向的，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需讓高層建筑可以抵抗任意方向的地震破壞。一般設(shè)計能夠讓結(jié)構(gòu)沿平面上兩個主軸方向具有充足的剛度與抗震性能，結(jié)構(gòu)的抗震性能就是結(jié)構(gòu)強度和延伸的反映。結(jié)構(gòu)剛度的選擇不但可以減輕地震破壞作用，還需注意控制結(jié)構(gòu)形變的增幅，太大的形變將出現(xiàn)重力二階效應(yīng)，造成結(jié)構(gòu)破壞、失穩(wěn)。

3.2.3 設(shè)置完善的抗震措施。抗震建筑結(jié)構(gòu)體系需全方位考慮到建筑物的設(shè)防烈度、場地、地基、材料以及施工等因素，通過技術(shù)、經(jīng)濟技術(shù)、經(jīng)濟條件綜合考慮進行確定。首先需多設(shè)幾道抗震防線，進而防止由于部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而造成一個高層建筑結(jié)構(gòu)體系不具備抗震性能。適當(dāng)?shù)膭偠扰c強度分布，將防止由于局部消弱、突變性、太大的應(yīng)力集中可能出現(xiàn)的薄弱部位。

3.3 選用合適的建筑材料?？茖W(xué)選用高層建結(jié)構(gòu)材料對提升建筑設(shè)施的抗震性能是非常有利的。就抗震設(shè)計方面來講對建筑工程用到材料參數(shù)展開合理分析，選擇適合高層建筑抗震條件的工程材料。盡可能使用高性能混凝土和高強鋼筋及別的高強輕質(zhì)的材料，用來提升構(gòu)件內(nèi)力及抗震能力。

4 結(jié)語

隨著高層建筑技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，它的抗震設(shè)計水平也在提高，高層建筑抗震設(shè)計的措施也是變得越來越科學(xué)及合理，外加上多種多樣的新技術(shù)和新材料的出現(xiàn)，高層建筑抗震能力一直在提高，很好的提升了地震出現(xiàn)時建筑的安全性能。

參考文獻

[1] 趙建榮.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計若干問題的探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2012（06）：45.

[2] 王海翠.我國高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計初探[J].科技傳播，2011（10）：29，41.

作者簡介：范子凱，身份證號碼：130185198705061853；張勇，河北九易莊宸科技股份有限公司。