提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)思想與方法

張海波

[摘要]眾所周知，在地震中造成傷亡的主要原因是建筑物的倒塌，因此提高建筑物架構(gòu)的抗地震倒塌能力至關(guān)重要。建筑物的抗地震倒塌能力取決于建筑整體的質(zhì)量，主要與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布置、建筑材料、施工質(zhì)量、施工方法等相關(guān)。其中建筑設(shè)計(jì)階段是保證建筑物抗震穩(wěn)定性的重要階段，為提高建筑物結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力，本文主要從設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法的角度來進(jìn)行探討。介紹了主要抗震設(shè)計(jì)的主要思想以及提高建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的合理方法。

[關(guān)鍵詞]建筑結(jié)構(gòu)；地震倒塌；設(shè)計(jì)思想；抗震方法

文章編號：2095 - 4085（ 2018） 01 - 0038 - 02

1 地震對建筑物的破壞形式

1.1 整體型破壞

整體型破壞是指建筑結(jié)構(gòu)在地震等突發(fā)情況下發(fā)生的穩(wěn)定有序的破壞，此種破壞有利于充分發(fā)揮建筑各個(gè)部件的抗震能力，此種破壞模式相對較安全，破壞發(fā)生時(shí)，具有可預(yù)測性，能夠預(yù)留較長時(shí)間轉(zhuǎn)移人群，不易造成重要的人身財(cái)產(chǎn)安全威脅。整體型破壞是面對地震破壞較為理想的破壞模式。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在達(dá)到必須發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)破壞的較大地震強(qiáng)度下，應(yīng)以此種破壞方式發(fā)生破壞。

1.2 局部型破壞

局部型破壞是一種突變的過程，在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生不穩(wěn)定變化：由局部破壞突變?yōu)檎麄€(gè)系統(tǒng)，整個(gè)破壞過程難以控制，不可預(yù)測。容易發(fā)生此種破壞的代表結(jié)構(gòu)為柱鉸機(jī)制結(jié)構(gòu)。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免易發(fā)生局部破壞的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

2 提高建筑物抗地震倒塌能力的設(shè)計(jì)思想

2.1 場地和地基

建筑物設(shè)計(jì)選址應(yīng)根據(jù)工程需要及地層地震帶活動(dòng)規(guī)律，對場地進(jìn)行地震可能發(fā)生概率綜合評價(jià)。對地震不利地段應(yīng)采取必要的抗震措施。不同地基條件下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也應(yīng)滿足一定抗震要求：同一單元建筑基礎(chǔ)地基條件不能差異過大，也不能采用不同的基礎(chǔ)形式，若地基條件顯著不同無法改變時(shí)，則應(yīng)考慮地震時(shí)不同基礎(chǔ)的沉降差距提前采取措施。

2.2 建筑物構(gòu)件布置規(guī)則

建筑物的構(gòu)件布置設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗震設(shè)計(jì)要求。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用平面、立面等規(guī)則性的建筑結(jié)構(gòu)，規(guī)則形體建筑的抗側(cè)滑力構(gòu)件應(yīng)對稱布置、側(cè)向剛度和承載力不應(yīng)存在突變，構(gòu)件尺寸、材料強(qiáng)度等應(yīng)當(dāng)均勻變化。對于不規(guī)則的建筑應(yīng)采取相應(yīng)加強(qiáng)措施，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)研究，結(jié)合實(shí)際采取特殊抗震加強(qiáng)措施。對于極其不規(guī)則的建筑，不應(yīng)建設(shè)在地震帶。不規(guī)則建筑物設(shè)計(jì)應(yīng)按抗震規(guī)范進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，應(yīng)用空間模型結(jié)構(gòu)計(jì)算，局部內(nèi)力計(jì)算可適當(dāng)增大系數(shù)。對于體型較為復(fù)雜的建筑，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際不規(guī)則程度及地質(zhì)地基條件決定是否設(shè)置防震縫。

2.3 結(jié)構(gòu)體系

建筑物的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)模、高度，防震級別，地質(zhì)條件，建筑材料，施工技術(shù)等綜合考慮。建筑物的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有明確的地震傳遞途徑、必要的抗震承載力，應(yīng)避免產(chǎn)生局部型破壞導(dǎo)致整體突變性破壞。砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)足夠的鋼混圈梁和構(gòu)造柱等；混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)控制尺寸及鋼筋箍筋，以保證其他破壞不會(huì)先于鋼筋的破壞；預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)當(dāng)保證鋼筋數(shù)量；合理控制構(gòu)件尺寸，避免局部及整體失穩(wěn)破壞。對于高層混凝土建筑，蓋板應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板，同時(shí)應(yīng)保證整體性。

2.4 構(gòu)件連接要求

在建筑設(shè)計(jì)中，要保證整體結(jié)構(gòu)的抗震能力，就應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)布局合理的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)連接水平，從而優(yōu)化整體建筑性能、提高受力構(gòu)件的承載力。各個(gè)構(gòu)件的連接應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)思想：連接節(jié)點(diǎn)的破壞、預(yù)埋件的錨固破壞都應(yīng)晚于構(gòu)件本身的破壞；裝配結(jié)構(gòu)的構(gòu)件應(yīng)保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性，不得出現(xiàn)受力斷層；對于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，其鋼筋應(yīng)在非核心區(qū)錨固。

2.5 抗震材料的選擇

建筑整體質(zhì)量是由很多因素決定的，而建筑材料是保證抗震穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，若建筑材料不合格，即使再優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)也無法保證建筑的抗震性能。施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格保證建筑材料的質(zhì)量。

3 提高改進(jìn)建筑物抗地震倒塌能力的方法

我國建筑物抗震準(zhǔn)則為“小地震無影響，中等地震可維修，大地震不倒塌”，在分析了設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，介紹防震設(shè)計(jì)的具體方法，主要分為兩個(gè)階段。第一階段是基本的抗震設(shè)計(jì)，即計(jì)算出地震強(qiáng)度對建筑物的影響，進(jìn)行抗震計(jì)算，可保證“小震不壞”，滿足基本承載力安全儲(chǔ)備。第二階段是要實(shí)現(xiàn)“大震不倒”，需考慮眾多因素且地震產(chǎn)生破壞力也較大，依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范也無法保證抗震安全，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體工程，需加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，充分做好調(diào)查研究準(zhǔn)備工作，綜合考慮各方面影響。

若要切實(shí)提高建筑物的抗地震倒塌能力，應(yīng)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段采用合理的建筑結(jié)構(gòu)體系，全面了解掌握地震破壞的基本原理，選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)體系和布置形式，從地基處理、整體設(shè)計(jì)、規(guī)則性設(shè)計(jì)、連接處設(shè)計(jì)等多方面角度進(jìn)行抗震優(yōu)化，才能夠保證建筑的抗地震倒塌能力。提高改進(jìn)建筑物抗地震倒塌能力，也需要從審查方法和管理體制人手。我國目前對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專家審查方法主要還是按照規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)審查，目前我國的抗震規(guī)范主要是根據(jù)具體構(gòu)造的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，在整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的考慮上有所欠缺，而整體結(jié)構(gòu)體系是保證整個(gè)建筑物抗地震倒塌的重要依據(jù)，若整體體系設(shè)計(jì)不滿足抗震要求，即使單個(gè)構(gòu)件全部滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，也可能造成抗震性能較差、產(chǎn)生地震倒塌?，F(xiàn)有規(guī)范原則性、可操作性較差，應(yīng)進(jìn)行改革提高。

除此之外，在管理體制上，在建筑物抗震設(shè)計(jì)專業(yè)規(guī)范等規(guī)范和其他相關(guān)法律法規(guī)之間的關(guān)系急需調(diào)整。專業(yè)規(guī)范應(yīng)當(dāng)更具有權(quán)威性和專業(yè)性，而非強(qiáng)制法規(guī)性，按照規(guī)范照搬硬抄沒有考慮實(shí)際情況的建筑設(shè)計(jì)工作者，不應(yīng)免除其法律責(zé)任。設(shè)計(jì)工作者應(yīng)靈活掌握使用規(guī)范，多做實(shí)地考察增加經(jīng)驗(yàn)累積，而非生搬硬套。近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國建筑物設(shè)計(jì)呈現(xiàn)新、奇、特的趨勢，而這種趨勢帶來的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)，并不利于結(jié)構(gòu)抗震，建筑整體的意外安全儲(chǔ)備明顯降低。為避免建筑設(shè)計(jì)師任意采用不規(guī)則的復(fù)雜設(shè)計(jì)造型不利于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)提出建筑師也應(yīng)承擔(dān)部分安全方面責(zé)任，而非結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者完全承擔(dān)。

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