試探房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方式

王光宇

【摘要】本文基于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)重要性探討了如何創(chuàng)新思維，采用新型設(shè)計(jì)技術(shù)方式提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，對(duì)降低地震災(zāi)害帶來的破壞性影響損失，提升建筑結(jié)構(gòu)抵御強(qiáng)震影響的防倒塌功能，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方式的持續(xù)完善發(fā)展有重要的實(shí)踐意義。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；方式

汶川5.12地震給我國(guó)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失便高達(dá)八千億元，而人員傷亡更是觸目驚心。由此可見，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)抗震設(shè)計(jì)尤為重要，可顯著降低地震災(zāi)害傷亡人數(shù)，并控制直接經(jīng)濟(jì)損失。因此從設(shè)計(jì)層面如何有效提升框架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)抗震性能，尤其是建筑在強(qiáng)震作用影響下的預(yù)防倒塌性能，成為我們應(yīng)主力探討的重要課題。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方式

1.采用隔震設(shè)計(jì)技術(shù)營(yíng)造以柔克剛效果

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用隔震技術(shù)是一類效果顯著的新型工程抗震方式，我們可通過安放消能隔震裝置，例如隔震墊、橡膠于結(jié)構(gòu)建筑基礎(chǔ)與底部之間，將基礎(chǔ)同上部結(jié)構(gòu)有效隔開，進(jìn)而令其動(dòng)力作用與性能有效改變，顯著減輕建筑結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，營(yíng)造以柔克剛的良好建筑結(jié)構(gòu)抗震效果。通過國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐與大量試驗(yàn)證明，該隔震設(shè)計(jì)體系可令結(jié)構(gòu)水平加速度地震反應(yīng)有效下降約百分之六十，進(jìn)而控制或消除了建筑結(jié)構(gòu)受到地震的損壞影響程度，提升了建筑物與空間內(nèi)部人員的安全水平。一般來講該隔震體系技術(shù)擁有強(qiáng)大的垂直方向承載力，可達(dá)到五十至兩千噸，同時(shí)該設(shè)計(jì)技術(shù)體系擁有較大垂直向壓縮剛度，相應(yīng)的其水平向具有的變形剛度有限，僅為每毫米四分之一千牛至每毫米一點(diǎn)八千牛，而其在水平向變位極限值則較大，最大可達(dá)到五十厘米，并具有較充足的初始剛度，可抵抗輕微地震與風(fēng)荷載。一旦發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)可產(chǎn)生一定程度的柔性自由滑動(dòng)。而倘若發(fā)生了較大變形則會(huì)回升剛度，發(fā)揮一定的限位與保護(hù)作用。其中采用橡膠鋼板夾層隔震墊可有效發(fā)揮顯著復(fù)位能力，通過實(shí)踐研究不難發(fā)現(xiàn)，其在眾多地震災(zāi)害中均能產(chǎn)生瞬時(shí)自動(dòng)復(fù)位。再者該類技術(shù)方式構(gòu)建的隔震裝置具有良好的耐久性，其服務(wù)使用壽命高達(dá)七十年左右，因而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出一般住宅、民用建筑使用期限五十年的壽命要求。另外隔震建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式主要使用在重要多層與低層建筑中，例如學(xué)校、醫(yī)院、科研機(jī)構(gòu)、商場(chǎng)與各類重要職能單位建筑。

2.減震消能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方式

減震消能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方式主要指位于某些建筑結(jié)構(gòu)部位，例如剪力墻、支撐、連接縫、節(jié)點(diǎn)或連接件等位置合理設(shè)置消能元件或阻尼裝置，利用該消能裝置內(nèi)含的非線性摩擦滯回變形進(jìn)行能量耗散，或?qū)Φ卣鹉芰窟M(jìn)行吸收，進(jìn)而降低主體建筑結(jié)構(gòu)豎向與水平向的地震反應(yīng)，避免建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生倒塌或破壞現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)抗震、減震科學(xué)目標(biāo)。該類設(shè)計(jì)方式主體適用于超高層或高層建筑，并在日本、美國(guó)等地實(shí)現(xiàn)了一定水平的應(yīng)用，具有良好的抗震害效果。目前該減震消能抗震設(shè)計(jì)方式已在我國(guó)通過試點(diǎn)形式應(yīng)用于一些建筑工程中并積累了良好經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)隨著新一輪抗震設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范的出臺(tái)對(duì)上述減震消能與隔振技術(shù)應(yīng)用于建筑工程明確了指導(dǎo)意見，表明該類新型抗震設(shè)計(jì)方式已逐步進(jìn)入了實(shí)用發(fā)展階段。當(dāng)然基于該類抗震設(shè)計(jì)方式的特殊性其造價(jià)成本相對(duì)較高，且由技術(shù)設(shè)計(jì)到構(gòu)造再到施工均包含一定的復(fù)雜性，因此對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握與合理的實(shí)施還存在一些問題，因此我們應(yīng)繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行深入研究，力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)廣泛大規(guī)模的實(shí)踐應(yīng)用。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)科學(xué)思路

1.基于承載力與延性科學(xué)選擇設(shè)計(jì)方式

基于建筑結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)方式可分為反應(yīng)譜與靜力方式，前者通過加速度地震反應(yīng)作為縱向坐標(biāo)，并將體系周期自振作為橫向坐標(biāo)，得出的曲線關(guān)系便可作為反應(yīng)譜，并據(jù)此進(jìn)行地震作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)慣性水平力計(jì)算，進(jìn)而確定合理設(shè)計(jì)方式，對(duì)多自由度系統(tǒng)我們可應(yīng)用分解組合振型方式明確地震作用。靜力方式將地震視為建筑物之上作用的總水平力，可將其取為總體建筑重量與地震系數(shù)乘積。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們應(yīng)對(duì)其剛度分布進(jìn)行適應(yīng)性控制，令建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如墻、梁、節(jié)點(diǎn)、柱等在地震階段變?yōu)榉菑椥缘淖冃螤顩r，進(jìn)而令地震能量合理消耗，確保其不產(chǎn)生建筑結(jié)構(gòu)倒塌現(xiàn)象。在該類設(shè)計(jì)階段中，整體建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)建均包含兩類功能，即確保使用結(jié)構(gòu)功能及應(yīng)對(duì)地震的抗震功能，為消除該類層面包含的局限性，我們應(yīng)綜合考量地震重現(xiàn)期，結(jié)合抗震設(shè)防現(xiàn)實(shí)目標(biāo)，科學(xué)采用反應(yīng)譜在承載力與確保構(gòu)造延性基礎(chǔ)上采用延性抗震規(guī)范設(shè)計(jì)方式，該類方式對(duì)尚無準(zhǔn)確預(yù)知建筑結(jié)構(gòu)地震非彈性反應(yīng)具有顯著的抗震設(shè)計(jì)效果。

2.基于建筑結(jié)構(gòu)性能完善設(shè)計(jì)

基于性能的設(shè)計(jì)方式最早由美國(guó)學(xué)者提出，該設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變了以往僅注重安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，合理發(fā)展成為注重安全、結(jié)構(gòu)性能與經(jīng)濟(jì)等多方因素的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方式，令建筑工程結(jié)構(gòu)滿足使用期間預(yù)定各項(xiàng)目標(biāo)性能要求，同時(shí)具體性能標(biāo)準(zhǔn)要求我們可依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)重要性進(jìn)行細(xì)化確定?？梢哉f該類性能設(shè)計(jì)方式較單一傳統(tǒng)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了一定的創(chuàng)新發(fā)展，并為設(shè)計(jì)人員創(chuàng)設(shè)了設(shè)防抗震標(biāo)準(zhǔn)自主選擇空間，而基于現(xiàn)行對(duì)建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)性能的計(jì)算、具體描述與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沒有全面明確，因此我們應(yīng)對(duì)該項(xiàng)設(shè)計(jì)方式繼續(xù)深入研究探討。雖無法在該技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)與一致設(shè)計(jì)方案，然而我們可在不同地震作用水平下令建筑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同水平性能的明確?；谖灰菩阅艿脑O(shè)計(jì)抗震研究可包含確定地震風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、選擇目標(biāo)性能、確定適宜建設(shè)場(chǎng)地、相關(guān)性能水平、展開概念、初步與最終設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)進(jìn)程中實(shí)施必要的可行性檢查與設(shè)計(jì)審核，確保建筑結(jié)構(gòu)施工階段工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)，在使用進(jìn)程中實(shí)施有效的維護(hù)檢測(cè)等細(xì)化工作。在設(shè)計(jì)流程階段我們可首先依據(jù)業(yè)主要求與項(xiàng)目投資建設(shè)準(zhǔn)則、效益明確目標(biāo)性能并依據(jù)其展開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)后履行評(píng)估設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性能環(huán)節(jié)，對(duì)于滿足相關(guān)目標(biāo)要求的設(shè)計(jì)我們對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際水平性能的明確說明，以便于建筑工程項(xiàng)目后續(xù)的優(yōu)質(zhì)施工與質(zhì)量安全控制管理。

由此可見，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。倘若我們采用高強(qiáng)度建筑材料可有效提升構(gòu)件承載極限能力，并顯著降低其結(jié)構(gòu)自重，而倘若我們廣泛樹立創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、善于應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，則更能顯著降低地震災(zāi)害，抑制地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞影響，營(yíng)造良好的建筑使用環(huán)境。因此我們應(yīng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)科學(xué)方式進(jìn)行深入探討，明確實(shí)踐設(shè)計(jì)思路，進(jìn)而切實(shí)提升安全設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]葉建榮.基于位移的結(jié)構(gòu)杭震設(shè)計(jì)方法[J].山西建筑，2007 （28）.

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