基于抗震理念的民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

陳晨

摘? ? 要：地震災(zāi)害具有突發(fā)性、高危害性等特征，會導(dǎo)致房屋建筑出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，對人們的生命安全以及財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的損害。因此針對地震災(zāi)害的預(yù)防至關(guān)重要，需將抗震理念和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有機的結(jié)合起來，促進民用建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的提升。因此探究抗震理念在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用具有較強實踐意義。

關(guān)鍵詞：抗震理念;民用建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計

1? 抗震理念的內(nèi)容分析

1.1? 合理的地基基礎(chǔ)

地基是建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性直接影響著建筑整體的穩(wěn)定性。在進行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的過程中，應(yīng)該對建筑工程所在地的地質(zhì)條件、水文條件、氣候條件以及建筑物的結(jié)構(gòu)類型等因素進行綜合分析，遵循因地制宜的設(shè)計原則。

1.2? 對建筑平立面結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化

建筑抗震理念涉及到了建筑物平立面結(jié)構(gòu)的考量，在具體設(shè)計中應(yīng)該遵循以下原則：首先，建筑結(jié)構(gòu)必須具備規(guī)則性，保障剛度變化的均勻;其次，建筑物的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量追求簡單，根據(jù)不同的地理環(huán)境設(shè)計出最適宜的建筑結(jié)構(gòu)。

2? 民用建筑結(jié)構(gòu)形式與抗震設(shè)計目標(biāo)

2.1? 民用建筑中較為普遍的結(jié)構(gòu)形式

（1）砌體結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)是我國建筑工程項目應(yīng)用最普遍的結(jié)構(gòu)形式，尤其是在民用建筑中。其在民用建筑的中的應(yīng)用通常為小開間的形式，同時在建筑內(nèi)部設(shè)置大量的隔墻。砌體結(jié)構(gòu)具有良好的抗側(cè)移性能，但是由于其一般采用脆性材料進行施工，因此抗變形能力有所不足，很容易在地震作用力的影響發(fā)生結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象。為了保障建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，要做好墻體跨度的控制。整體上來講，采用砌體結(jié)構(gòu)的民用建筑在抗震性能上依舊存在一定的不足，必須采用其它強化措施進行輔助，如此才能最大程度的降低地震作用力對建筑的破壞。（2）框架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是由梁、柱通過剛接或是鉸接等方法構(gòu)建而成的建筑結(jié)構(gòu)形式。在這種結(jié)構(gòu)模式下，梁和柱共同承擔(dān)荷載應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用優(yōu)勢在于靈活性較高、重量較低，相應(yīng)的成本相較于其他結(jié)構(gòu)形式也有所降低，同時其抗震性能也十分優(yōu)異?？蚣芙Y(jié)構(gòu)通常和剪力墻共同使用，形成框架剪力墻結(jié)構(gòu)，綜合了二者的優(yōu)點，大幅度的提升了水平荷載承載性能以及抗震性能。（3）鋼結(jié)構(gòu)。和其它建筑結(jié)構(gòu)形式相比，鋼結(jié)構(gòu)具有顯著的適應(yīng)性，因此廣泛應(yīng)用于地基承載性能較差和地震頻發(fā)的地區(qū)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)民用建筑工程項目建設(shè)中的應(yīng)用十分普遍。這種建筑結(jié)構(gòu)模式雖然在性能方面具有較強的優(yōu)勢，但是其施工周期較長，且尺寸較大，會占用一部分建筑內(nèi)部使用空間。同時其造價較高，這也是其很難在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中廣泛推廣的原因之一。

2.2? 民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的目標(biāo)

民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的總體目標(biāo)如下：按照建筑工程所在地的小震效應(yīng)對主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力進行科學(xué)計算，以此實現(xiàn)對該條件下建筑彈性形變情況的了解掌握;其次，對大震情況下建筑結(jié)構(gòu)的彈性形變進行計算，保障結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠達到第三水準(zhǔn)的抗震要求。需要注意的是，在民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，設(shè)計目標(biāo)為相關(guān)設(shè)計的工作開展指明了方向，因此所有設(shè)計工作都應(yīng)該圍繞目標(biāo)展開，如此才能保障建筑結(jié)構(gòu)抗震性能達到標(biāo)準(zhǔn)要求，具備小震不壞、大震不倒的特性。

3? 提高民用建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的措施

3.1? 整體設(shè)計

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思路、設(shè)計質(zhì)量直接決定后續(xù)建設(shè)項目的安全性。為有效的抵抗地震災(zāi)害，保證建筑在地震中的安全性，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程應(yīng)該將抗震理念融入到設(shè)計之中。設(shè)計人員應(yīng)從建筑整體進行考慮與分析，從而制定出抗震能力好、承載力強、結(jié)構(gòu)形式簡單的設(shè)計方案。

3.2? 局部設(shè)計

設(shè)計人員對建筑整體設(shè)計完成后，應(yīng)將建筑抗震的重點部位進行局部細化設(shè)計。第一，場地的選擇。設(shè)計人員應(yīng)該對建設(shè)項目進行實地的勘察，詳細了解項目周圍情況、地形、場地地質(zhì)等。保證所設(shè)計的建筑方案能夠在項目現(xiàn)場施工完成，擬建項目所在場地發(fā)生地震災(zāi)害時，建筑不會由于地震而遭受破壞。所選擇的項目建設(shè)地點應(yīng)該避開不利于避震的場地。設(shè)計人員在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不僅應(yīng)該加強對建筑基礎(chǔ)常規(guī)的抗震設(shè)計，還應(yīng)適當(dāng)增加鋼筋混凝土在基礎(chǔ)中的應(yīng)用，從而提高建筑地基的剛性。同時，設(shè)計人員還可以考慮在建筑底部布置彈性性能較好的橡膠墊，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時，能夠有效的起到緩沖作用，從而提高建筑的抗震性能。第二，建筑局部設(shè)計。通常情況下，建筑物受地震災(zāi)害的影響主要是由于受到地震波的作用，使得建筑物整體荷載超過設(shè)計考慮的范圍，使得建筑整體發(fā)生震動，形成破壞。由于地震波之間的慣性力與建筑本身的慣性力之間相互影響，導(dǎo)致作用于建筑上的荷載增加。地震波分為縱波與橫波，地震災(zāi)害中主要是由于橫波直接作用于建筑上，使得建筑發(fā)生搖晃，導(dǎo)致建筑倒塌。根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，建筑物中后砌墻以及樓板在地震過程中破壞較為嚴(yán)重，而通常主體結(jié)構(gòu)一般受損較小。因此，在進行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證其滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，橫截面形式設(shè)計合理即可，但對于與主體機構(gòu)相連接的部位應(yīng)該保證其連接的質(zhì)量，確保連接牢靠。為了確保建筑在強地震作用下不發(fā)生倒塌，設(shè)計過程中必須對地震中容易發(fā)生破壞的局部位置進行重點考慮，增加后砌墻以及樓板的安全系數(shù)，從而提高建筑的抗震能力。

4? 案例分析

以某綜合服務(wù)大樓建設(shè)項目為例，如圖1為該項目大樓平面圖。該項目為框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高度為38.4m，首層層高5.1m，2～7層層高 3.6m，頂層層高 5.1m，上部還有2個附加層，附加層層高分別為4.0m、6.5m。附加層是項目建成后增加，因此，在施工前，對項目整體抗震性能進行分析，并對局部進行抗震加固處理。本次計算中，樓面活荷載取值為2.0kN/m2，屋面活荷載取值為0.7kN/m2，基本風(fēng)壓取為0.35kN/m2，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度是8度，Ⅱ類場地。本次選取的地震波是 El-contro 波，El-contro波的卓越周期是0.55s，峰值加速度是3.417m/s2，持續(xù)時間是20s。本次計算參考GB50011—2010《建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范》中8度罕遇地震時的地震加速度時程曲線的要求，把地震波的峰值加速度調(diào)整為 400cm/s2，計算過程中，取結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.05。根據(jù)強度設(shè)計理論及延性原則，對附加層抗震性能利用ETABS 軟件進行動力和靜力分析，分析加層前后結(jié)構(gòu)自振周期和荷載內(nèi)力情況變化。依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移的限值必須滿足規(guī)范要求。加層前最大層間位移角是 1/365，加層后最大層間位移角是是1/335，均滿足限值要求。同時可以看出，結(jié)構(gòu)的層間位移最大處并沒有在層間位移轉(zhuǎn)角最大的地方，結(jié)構(gòu)沒有明顯的薄弱層，層間位移轉(zhuǎn)角較為均勻。

5? 結(jié)束語

盡管各種結(jié)構(gòu)形式都具有一定的抗震能力，但隨著人口密度的增大，建筑安全性能要求不斷提高，對建筑的抗震要求也進一步提升。尤其是民用建筑在設(shè)計過程中抗震理念的融入并不完善，很多建筑在設(shè)計過程中沒有對抗震性能進行全面的考慮，使得地震災(zāi)害發(fā)生時建筑發(fā)生倒塌情況造成大量人員傷亡、財產(chǎn)損失。民用建筑直接關(guān)系到人們的生命安全，建筑抗震安全性無法得到有效保障時，將給人們生產(chǎn)、生活造成嚴(yán)重影響。因此，在民用建筑設(shè)計過程中，必須有針對性的進行抗震設(shè)計，提高建筑抗震能力。

參考文獻：

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