淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

王偉謙

摘 要：地震是非常嚴(yán)重的自然災(zāi)害，從唐山大地震，汶川地震，玉樹地震等慘痛的經(jīng)歷里面，我們可以看出，地震給社會(huì)帶來了非常大的損失。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生以后，建筑物不能夠有效抵抗，發(fā)生了倒塌，會(huì)雪上加霜，奪走人民群眾的生命。所以，對(duì)建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是非常必要的。本文分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的重要性及優(yōu)化策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)；重要性

1 引言

地震是一種突發(fā)性并且破壞程度特別嚴(yán)重的自然災(zāi)害。地震嚴(yán)重威脅人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全，給社會(huì)帶來嚴(yán)重的傷亡事故的同時(shí)也造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，例如我國歷史上著名的1976年發(fā)生的唐山大地震造成了20多萬人死亡，幾乎把整個(gè)城市變成一片廢墟，給當(dāng)?shù)厝嗣駧砹瞬豢晒懒康膿p失；2008年的汶川地震給人民和社會(huì)造成了巨大傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。尤其進(jìn)入20世紀(jì)后，世界各國頻繁發(fā)生地震，嚴(yán)重影響了人類社會(huì)的前進(jìn)，給人民和社會(huì)帶來了嚴(yán)重的災(zāi)害。為防止地震給人類造成更加嚴(yán)重的災(zāi)害，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的研究便成為一個(gè)重要的研究課題。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

根據(jù)國內(nèi)外震害數(shù)據(jù)研究表明，絕大部分的建筑物破壞都是由地震作用占主導(dǎo)，地震造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失也是不可估量的，給人們心里留下了巨大的創(chuàng)傷和疤痕。隨著我國人口大范圍增長(zhǎng)，信息化、智能化城市不斷逐漸地遍及全世界，相關(guān)地震研究人員在一步步地探索采取適當(dāng)?shù)目拐鸺庸檀胧┓乐狗课莸顾徒档腿藛T傷亡，但是地震災(zāi)害給社會(huì)帶來的經(jīng)濟(jì)損失仍不斷地增長(zhǎng)。

地震作用強(qiáng)弱一般可按震級(jí)來分類，震級(jí)越高，所產(chǎn)生的能量越大，帶來的后果也將不堪設(shè)想。地震災(zāi)害具有以下主要特點(diǎn)：（1）突發(fā)性強(qiáng)。它持續(xù)時(shí)間一般在幾秒至幾十秒，在短時(shí)間內(nèi)就可以足夠摧毀整座城市，以致該城市里的通信、交通、供電、供水等工程完全癱瘓，且目前國內(nèi)外相關(guān)專家依然不能對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的震前預(yù)測(cè)，往往造成巨大的嚴(yán)重后果；（2）破壞性大且次生災(zāi)害嚴(yán)重。地震災(zāi)害不僅會(huì)使得許多建筑物發(fā)生嚴(yán)重倒塌，且還可能會(huì)誘導(dǎo)一連串無法預(yù)計(jì)的次生災(zāi)害，如流行瘟疫、泥石流、放射性有毒污染等。如1906年舊金山發(fā)生8.3級(jí)地震致使城市內(nèi)消防設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，引發(fā)了嚴(yán)重的火災(zāi)以致建筑物幾乎被燒光，火災(zāi)帶來的損失高于地震災(zāi)害三倍；（3）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。表現(xiàn)為兩方面，一個(gè)是余震可能往往延續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，盡管震級(jí)程度沒有主震強(qiáng)，但影響時(shí)間往往會(huì)很久；另一個(gè)則是災(zāi)區(qū)的重建與修復(fù)的時(shí)間較長(zhǎng)，在重建建筑物之前，可能要對(duì)建筑進(jìn)行各方面性能評(píng)估，整個(gè)周期較長(zhǎng)；（4）產(chǎn)生較大的社會(huì)影響。以上幾個(gè)特點(diǎn)導(dǎo)致其他自然災(zāi)害遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與其相比，破壞力大且面積廣，且對(duì)整個(gè)國家經(jīng)濟(jì)造成巨大的影響。

地震作用的破壞影響極大，我們政府及相關(guān)的研究人員應(yīng)該對(duì)地震這類似突發(fā)性災(zāi)害尤為關(guān)注，縱觀唐山大地震、汶川大地震等具有破壞力的地震教訓(xùn)表明，要想降低地震作用下引起的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，必須要貫徹預(yù)防為主的指導(dǎo)思想方針，謹(jǐn)慎地做好地震的預(yù)防相關(guān)工作，可是地震災(zāi)害的到來仍然避免不了的，所以我們應(yīng)該做好防震減災(zāi)的工作，將震前防御工作與實(shí)施災(zāi)后救助兩項(xiàng)工作同時(shí)齊步進(jìn)行落實(shí)，將災(zāi)后的損失降到最低。

目前，防震減災(zāi)的指導(dǎo)性措施從大的層面可分類為工程性措施和非工程性措施，兩者休戚相關(guān)，合則兩利，分則兩害。工程性措施主要是通過一些合理合適的加固措施來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震能力去抵抗地震作用帶來的巨大損失；非工程性措施主要是通過各種平臺(tái)去將防震減災(zāi)思想和意識(shí)落實(shí)在每位公民心中，提高每個(gè)人在面對(duì)真正地震時(shí)隨機(jī)應(yīng)變意識(shí)，減少人員和財(cái)產(chǎn)損失。因此，最根本、最有效減少損失就是做好工程性措施工作，換句話來說，即運(yùn)用最全面、最有效抗震設(shè)計(jì)理念與方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、有效的抗震性能分析，那么就需要廣大的研究人員去探索抗震設(shè)計(jì)思想，并將理論落實(shí)在實(shí)踐。

3 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)水平的有效措施

3.1 注重建筑的概念設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的整體性

國內(nèi)外歷次大地震的重要經(jīng)驗(yàn)表明，概念設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)整體性能是決定建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的重要因素。國家現(xiàn)行新版系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范也十分強(qiáng)調(diào)客觀抗震概念設(shè)計(jì)。因此，在對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，把建筑物看成一個(gè)整體，這是十分必要的，也是非常重要的。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使結(jié)構(gòu)具有必要的承載能力、剛度和延性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效的加強(qiáng)措施，確保結(jié)構(gòu)的整體安全。為保證結(jié)構(gòu)的整體性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)單元抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)規(guī)則、對(duì)稱，受力明確、傳力合理、途徑不間斷。

3.2 結(jié)構(gòu)體系明確、平面立面力求簡(jiǎn)單

在對(duì)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確、傳力途徑合理、簡(jiǎn)潔且傳力路線不間斷，結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜接近。這就要求結(jié)構(gòu)的平面、豎向布置要規(guī)則、均勻、減少扭轉(zhuǎn)，避免沿豎向剛度、質(zhì)量突變。建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了明確的規(guī)定。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們追求的是簡(jiǎn)單高效，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)能夠充分分析出建筑物的特性，還能夠準(zhǔn)確得到建筑物抗震的薄弱的環(huán)節(jié)，針對(duì)這些地方采取措施進(jìn)行處理。

3.3 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑的規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要原則。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)重視建筑平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對(duì)抗震性能及經(jīng)濟(jì)合理性的影響，優(yōu)先選用規(guī)則的形體，抗側(cè)力構(gòu)件平面布置規(guī)則對(duì)稱、側(cè)向剛度沿豎向均勻變化、豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度自下而上逐漸減少。國家現(xiàn)行抗震規(guī)范明確規(guī)定，特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。

3.4 注重多道防線

多道防線對(duì)于結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的安全性是非常重要的。一次強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如果結(jié)構(gòu)只有一道抗震防線，則即使結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震中沒有破壞、倒塌，也可能在余震中發(fā)生破壞、倒塌。一個(gè)抗震較好的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作，每個(gè)分體系應(yīng)具有其所應(yīng)獨(dú)立承擔(dān)的承載能力和變形能力?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，保證部分構(gòu)件發(fā)生受損、破壞后整體結(jié)構(gòu)不至于發(fā)生倒塌。

3.5 提高結(jié)構(gòu)抗震薄弱部位的抗震能力

抗震薄弱層（部位）的概念，也是抗震概念設(shè)計(jì)中的重要概念。地震作用下，由于結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性可能導(dǎo)致薄弱層或部位，該層或部位的承載能力和變形能力均較差，對(duì)層或部位應(yīng)采取切實(shí)可行的措施，提供其抗震能力。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，有意識(shí)有目的地控制抗震薄弱部位，使之有足夠的變形能力又不使薄弱部位發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。

4 結(jié)語

在不可抗力的地震災(zāi)害面前，建筑無法規(guī)避地震的發(fā)生，但是可以提高建筑的抗震性能來保證建筑在地震作用下的安全性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在做好建筑選址的前提下，對(duì)抗震參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，并在設(shè)置多種抗震防線的基礎(chǔ)上，做好建筑空間布局設(shè)計(jì)，以提高建筑整體的安全穩(wěn)定性能。

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