建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計探究

楊慧

（湖南省建筑科學(xué)研究院 湖南長沙 410000）

1 引言

地震具備的破壞性質(zhì)能夠嚴重影響到人們的人身財產(chǎn)安全，近年來，我們國家經(jīng)常會出現(xiàn)地震等自然災(zāi)害，給廣大人民的安全形成了嚴重的威脅，所以將抗震設(shè)計融入到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中已經(jīng)逐漸受到了整個社會的普遍關(guān)注。而在建筑抗震設(shè)計方面，我們國家目前的技術(shù)水平還稍顯低下，依然有不少的問題出現(xiàn)，亟待相關(guān)從業(yè)人員更為深入的探索。

2 工程概況

某小區(qū)住宅二期五棟住宅工程，其建筑總高度高達58.95m，地下設(shè)計1層，地上建筑共有23層，采取部分框架抗震墻結(jié)構(gòu)。在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中，其抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，地震基本的加速度值為0.05g，其結(jié)構(gòu)抗震等級主要如表1所示。

表1 某住宅建筑結(jié)構(gòu)抗震等級參數(shù)表

為了能夠使該建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力得以保障，增強建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，以下重點對抗震設(shè)計的理念及其基本要求進行了分析。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計主要考慮的理念

3.1 設(shè)置多道抗震防線

通常來說，建筑結(jié)構(gòu)體系是由若干具備一定延性的分體系構(gòu)成的，而個分體系間再通過各種具備延性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接，共同抗震。例如，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其是由延性框架與剪力墻兩大分體系構(gòu)成的；雙肢或多肢剪力墻結(jié)構(gòu)由若干個單肢剪力墻組成。若地震作用導(dǎo)致某一分體系受損，仍有其余分體系構(gòu)成抗震第二道、第三道防線，通過內(nèi)力重分布，整個結(jié)構(gòu)依然可以繼續(xù)承受地震作用，避免倒塌。另外，分體機間的連接構(gòu)件，例如兩片剪力墻間的連梁，經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計，可在地震時發(fā)生塑性變形而消耗地震能力，保護主體結(jié)構(gòu)。

3.2 協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體系承載力、剛度和延性間的關(guān)系

對豎向荷載而言，承載力、剛度越大則越安全可靠，但是對于無法確定的地震作用則比較復(fù)雜。按結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防目標考慮，要求任何抗震構(gòu)件具有足夠抵抗小震作用的承載力，且在設(shè)防地震下具有變形耗能能力以消耗地震能量，同時還要防止在大震作用下由于過大變形而倒塌。因此，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中構(gòu)件的承載力、剛度和延性的協(xié)調(diào)十分重要。例如，構(gòu)件發(fā)生剪切破壞將使其承載力急劇下降甚至瞬間喪失，缺乏塑性變形和耗能能力；構(gòu)件發(fā)生彎曲破壞時具有塑性變形和耗能能力，且仍有一定承載力。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時通過抗震構(gòu)造措施使構(gòu)件實現(xiàn)“強剪弱彎”的要求。另外不可能對結(jié)構(gòu)體系中所有構(gòu)件都設(shè)置較高的延性，應(yīng)有選擇的提高重要部位、關(guān)鍵部位的延性。

3.3 抗震性能化設(shè)計

抗震性能化設(shè)計是在抗震科學(xué)水平和經(jīng)濟水平都提高的條件下，對現(xiàn)行抗震設(shè)防和抗震設(shè)計方法的發(fā)展。進行性能化抗震設(shè)計需要綜合考慮建筑使用功能、設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度和類型、結(jié)構(gòu)發(fā)揮延性變形的能力、造價、震后的各種損失和修復(fù)難度等等因素，準確判斷結(jié)構(gòu)性能。與常規(guī)的抗震設(shè)計相比較，抗震性能化設(shè)計具有更強的針對性和靈活性。例如，針對具體工程的需要和可能，可以對整個結(jié)構(gòu)，也可以對某些部位或關(guān)鍵部位靈活運用各種措施達到預(yù)期的性能目標；可以根據(jù)樓梯間作為抗震安全島的要求，提出確保大震下具有安全避難通道的具體目標和性能要求；可以針對特別不規(guī)則、復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的具體情況，對抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件提出相應(yīng)的性能目標，提高其整體和關(guān)鍵部位的抗震安全性；也可以針對水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，為確保大震下自身及相關(guān)構(gòu)件的安全而提出大震下的性能目標?？拐鹦阅芑O(shè)計受限于科技和經(jīng)濟條件，結(jié)構(gòu)性能的判斷難以十分準確，必須進行可行性論證。

4 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計基本要求

4.1 建筑選址要求

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)是根據(jù)地質(zhì)狀況、地形地貌選擇適合建筑的地段，這對設(shè)計有著最直接的關(guān)系。適合建筑的地段，不僅可以降低建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時的抗震等級，同時減少建筑在實際施工中的施工量。①最常見的構(gòu)造地震是由于巖層斷裂發(fā)生錯位，在地質(zhì)構(gòu)造上發(fā)生巨大變化而產(chǎn)生。為避免這種地震給人類帶來的損失，應(yīng)避免將建筑物建造在地震時可能發(fā)生地表錯動的部位。②避免選擇土質(zhì)松軟，地下水豐富的地帶，這些地帶在地震發(fā)生時容易造成坍塌滑坡等現(xiàn)象，不利于建筑的安全。要選擇土壤硬度、密度適中的地帶，硬度密度不均勻的場地在地震時會增強地震波，從而加強建筑物的倒塌斷裂。條件允許下，建筑場地要選擇相對地勢開闊平坦、土質(zhì)密實均勻的地帶，這種地帶降低了施工的難度，同時減少了地震時帶來的額外破壞。

4.2 建筑平立面布置的合理性

建筑物的造型由建筑專業(yè)設(shè)計，但其平面和立面的布置對結(jié)構(gòu)的抗震性能有重大影響?？茖W(xué)合理的建筑平立面設(shè)計，可以最大限度增強建筑的抗震性能，提高建筑整體的質(zhì)量。在建筑設(shè)計時，平立面布置宜規(guī)則、對稱；建筑的質(zhì)量、側(cè)向剛度及承載力應(yīng)避免突變。結(jié)構(gòu)對稱，有利于減輕結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。形狀規(guī)則，地震時各部分振動協(xié)調(diào)一致，減小了應(yīng)力集中的可能性，有利于抗震。建筑結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)盡可能使質(zhì)心和剛心重合，避免地震時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)嚴重破壞遠離剛心的構(gòu)件。同時沿房屋高度方向?？箓?cè)力構(gòu)件的截面尺寸、材料強度應(yīng)逐漸均勻變化，避免出現(xiàn)薄弱部位。對于建筑造型復(fù)雜的建筑進行抗震設(shè)計，可通過設(shè)置抗震縫而使其規(guī)則化，但同時也將帶來基礎(chǔ)處理困難、漏水等新問題。對不規(guī)則的建筑應(yīng)考慮從結(jié)構(gòu)計算、內(nèi)力調(diào)整和抗震構(gòu)造等多方向綜合處理以保證建筑的整體抗震性能。

4.3 抗震構(gòu)造設(shè)置

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震構(gòu)造措施是一項十分重要的內(nèi)容。其目的是加強構(gòu)件整體性，提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件、節(jié)點的變形能力，從而提高結(jié)構(gòu)對地震能量的消耗，是保障大震不倒的重要措施。不同的建筑，其主體結(jié)構(gòu)的類型及構(gòu)造措施也是不盡相同的。本工程采用部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)，例如框架梁，是框支架在地震作用下的主要耗能構(gòu)件，因此梁、特別是梁的塑性鉸區(qū)應(yīng)保證有足夠的延性。影響量延性的諸因素有梁的剪跨比、截面剪壓比、截面配筋率、壓區(qū)高度比和配筋率等。不同抗震等級的梁對上述各方面的要求不同。在框架節(jié)點部位抗震構(gòu)造從三個方面要求：①節(jié)點區(qū)混凝土強度等級；②節(jié)點區(qū)箍筋加密；③梁、柱縱筋在節(jié)點錨固。對于抗震墻部分，為了保證墻體穩(wěn)定而限制墻體厚度，為了保證墻體的延性而限制墻體軸壓比和設(shè)置邊緣構(gòu)件等。

5 結(jié)語

按照以上的分析考慮，本工程從抗震概念設(shè)計、抗震計算和驗算以及抗震構(gòu)造措施三層面進行了設(shè)計，達到了良好的抗震性能。地震作為最嚴重的地質(zhì)災(zāi)害之一，地震中房屋倒塌會造成人員傷亡和嚴重經(jīng)濟損失，且其難以預(yù)測，突發(fā)性強。不斷提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在地震災(zāi)害發(fā)生時降低對建筑的破壞力，可以有效的保證人民的生命和財產(chǎn)安全。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)以人民的生命安全為出發(fā)點，不斷提高自身的知識和整體素質(zhì)，根據(jù)建筑場地地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況，按照抗震等級等標準，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)材料，科學(xué)地進行抗震設(shè)計，增強建筑的抗震性能。

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