建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中的抗震結(jié)構(gòu)抗震設計理念研究

武昌首義學院 湖北 武漢 430070

引言

我國相關(guān)規(guī)范中明確要求如果地區(qū)抗震設防烈度在Ⅵ及Ⅵ以上，就需要對建筑結(jié)構(gòu)進行抗震設計。近年來，我國各地區(qū)地震事故頻發(fā)，不僅造成巨大的社會經(jīng)濟損失，而且危害了公眾的財產(chǎn)與生命安全。因此，如何提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能、提高建筑物防御地震的能力成為建筑結(jié)構(gòu)設計領域關(guān)注的焦點。與此同時，隨著社會的發(fā)展，公眾物質(zhì)生活水平顯著提升，對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性及功能性也提出了更高的要求，建筑抗震能力也成為衡量建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要標準之一。在此背景下，研究建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中的行陣結(jié)構(gòu)抗震設計理念，進一步夯實該理念的理論基礎，并積累豐富的實踐應用經(jīng)驗已經(jīng)成為一項重要的課題。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設計基本原則

我國幅員遼闊，部分地區(qū)處于地震多發(fā)地帶，并且所遭受的地震強度有所差異，因此各地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的基本原則也有所不同。綜合來看，建筑結(jié)構(gòu)抗震設計基本原則為“小震不壞，中震可修，大震不倒”[1]。具體而言包括以下三大方面：

其一，在輕度地震區(qū)域，地震所造成的荷載作用較輕微，對建筑結(jié)構(gòu)的影響也在建筑結(jié)構(gòu)彈性范圍之內(nèi)。在此區(qū)域內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的基本原則為精準核算建筑結(jié)構(gòu)荷載力及彈性限值。

其二，在中度地震區(qū)域，地震所造成的荷載作用會對建筑主體結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，因此建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的原則為對被破壞部位進行修補、加固建筑結(jié)構(gòu)。

其三，在重度地震區(qū)域，在地震的作用下建筑結(jié)構(gòu)主體不僅發(fā)生了較為嚴重的變形與損壞，且其結(jié)構(gòu)構(gòu)件也會出現(xiàn)不同程度的損壞，建筑結(jié)構(gòu)設計的基本原則在于避免建筑物倒塌。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中抗震結(jié)構(gòu)抗震設計理念概述

建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中抗震結(jié)構(gòu)抗震設計理念的理論基礎為逆靜力理論，該理論在對不同等級地震所產(chǎn)生的荷載作用、建筑結(jié)構(gòu)剛度等進行合理假設的基礎上明確了建筑抗震作用力的計算過程，并將地震荷載力的作用點確定在建筑結(jié)構(gòu)中心。在該理論的引領下，建筑結(jié)構(gòu)抗震設計理念獲得了長足的進步，并逐漸成為建筑結(jié)構(gòu)抗震設計實踐的統(tǒng)領[2]。在建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中需要重點關(guān)注的抗震設計理念主要包括兩種類型：

其一為體型設計。從實踐經(jīng)驗來看，具有不規(guī)則體型的建筑結(jié)構(gòu)在地震中往往更易因荷載力的作用發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，主要原因在于不規(guī)則體型建筑結(jié)構(gòu)較為復雜，地震荷載力會導致建筑平面及空間結(jié)構(gòu)錯位，影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中需盡量選擇規(guī)則的建筑體型，如扇形、圓形、三角對稱形等，以此在水平分布上達到建筑所受地震荷載力的平衡。

其二為平面布置設計。其是指對建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)大梁、柱樁等關(guān)鍵部位的合理、科學規(guī)劃與布置，當建筑物遭遇地震時，合理的平面布置能夠降低其荷載力產(chǎn)生的波動影響，以此提升建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。

三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中抗震結(jié)構(gòu)抗震設計理念應用要點

基于上述建筑結(jié)構(gòu)抗震設計基本原則及抗震設計理念主要內(nèi)容，下文將簡要分析抗震設計理念在建筑抗震結(jié)構(gòu)設計中的應用要點。

(一)增加短柱的受壓承載力。建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，除了要滿足建筑結(jié)構(gòu)強度、剛度要求以外，還需要滿足延性要求。隨著建筑物高度的增加，其底層柱所承載的軸力也會明顯提升，加之鋼筋混凝土自重較大，為了滿足建筑結(jié)構(gòu)延性要求就需要控制底層柱的軸壓比，此種方式必然會導致底層柱橫截面積增大繼而形成短柱，甚至會成為剪跨比小于1.5的超短柱。當遭遇地震時，短柱因塑性能力較小會呈現(xiàn)脆性破壞[3]。

提升短柱的抗震性能，主要為提升短柱的延性，可以從以下兩個方面著手：其一為增加短柱的受壓承載力以減小短柱橫截面積、提升短柱剪跨比，繼而改善建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。常用的設計方法為采用高強度混凝土，但此類混凝土材料自身延性較差，因此還需要采用其他措施保證其抗震能力；其二為采用鋼管混凝土柱，在鋼管的約束下，混凝土短柱會受到三向壓力，可大幅度提升混凝土短柱的抗壓強度、極限壓應，加之鋼管混凝土柱截面約為普通混凝土柱的一半，可以顯著提升底層柱剪跨比，繼而改善建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

(二)完善建筑立面、結(jié)構(gòu)豎向布置抗震設計。建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇是建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中的重要內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)剛度的變化等都會對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能造成不同程度的影響。首先，需要從建筑結(jié)構(gòu)整體入手，充分考慮某一建筑結(jié)構(gòu)強度、剛度等對整體結(jié)構(gòu)抗震能力的影響。同時要保證建筑結(jié)構(gòu)之間留有一定的贅余度，當建筑物遭遇地震時，即使某一建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞也不會影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；其次，在建筑主體結(jié)構(gòu)豎向布置時，要充分重視對豎向剛度的控制。以框架結(jié)構(gòu)為例，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中要保證某一樓層與其相連上層樓層之間側(cè)向剛度紙筆不低于0.7；該樓層及與其相鄰樓層之間側(cè)向剛度比不低于0.8等。以此降低豎向剛度薄弱層對建筑結(jié)構(gòu)的影響。

(三)分體柱設計的合理應用。當建筑結(jié)構(gòu)受到地震荷載力的作用時，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的短柱會出現(xiàn)受力不均勻的現(xiàn)象。因此當?shù)卣鸢l(fā)生時，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的短柱極有可能會因抗剪能力不足出現(xiàn)裂痕、嚴重錯位，甚至會出現(xiàn)短柱倒塌的現(xiàn)象，導致建筑結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪效力無法正常發(fā)揮。因此，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，需要在抗震性能規(guī)劃的基礎上合理選擇分體柱設計，借助人力作用消減建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)短柱的延性破壞，保證短柱所承受荷載力與其抗彎、抗剪效力達到平衡，繼而提升建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震能力。

結(jié)束語

現(xiàn)代城市的發(fā)展對建筑結(jié)構(gòu)抗震設計提出了更高的要求，為避免地震威脅公眾財產(chǎn)與生命安全，需要充分中抗震結(jié)構(gòu)抗震設計理念在建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中的應用，并選擇能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震設計、建筑結(jié)構(gòu)施工等要求的抗震措施，在提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的同時保證建筑結(jié)構(gòu)功能設計的合理性與科學性。