建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的探索與思考

李華平

摘 要：近些年我國(guó)地震災(zāi)害頻發(fā)，這使建筑物在設(shè)計(jì)過程中越來越重視抗震設(shè)計(jì)，尤其在城市建筑中高層建筑已經(jīng)成為主體，其自身更容易受到地震的威脅，因此在設(shè)計(jì)的過程中盡可能的簡(jiǎn)化建筑結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析出結(jié)構(gòu)的抗震要點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件相結(jié)合，這才能保證建筑物獲得良好的抗震能力。本文從建筑抗震的理論出發(fā)，并且合理的探究好建筑的設(shè)計(jì)理念，并且根據(jù)其設(shè)計(jì)形式，采取有效的抗震措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)必須遵循合理的抗震分析，并且進(jìn)一步的進(jìn)行完善，同時(shí)保證建筑結(jié)構(gòu)性和地基的材料特性，通過動(dòng)力響應(yīng)和理論分析，采取最為穩(wěn)定的設(shè)計(jì)方法，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的常見問題進(jìn)行總結(jié)，以滿足建筑的整體抗震要求。

1 建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中面臨的問題

1.1 建筑高度過高

目前，我國(guó)常見的高層建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)于防震強(qiáng)度和抗震結(jié)構(gòu)所采取的形式都是以建筑的總體高度為基礎(chǔ)的，只要建筑在規(guī)范的高度范圍之內(nèi)，就能夠有效的保證抗震能力。但是在我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)中，往往會(huì)忽視這一點(diǎn)，很多地區(qū)對(duì)形象工程的追捧，導(dǎo)致建筑超高現(xiàn)象嚴(yán)重，這使這些建筑的抗震能力大幅度的被減弱，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也違反了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并且加大了工程的整體預(yù)算。

1.2 建筑位置選擇的隨意性的

我國(guó)過程的共同特點(diǎn)在于人口較多，城市空間狹小，這使城市建筑中的土地資源異常珍貴，建筑的建設(shè)根本沒有選擇的余地，高層建筑要想增強(qiáng)其抗震性，就必須在選址上下功夫，要避免老舊河道、多層土交匯點(diǎn)、斷層、滑坡、地陷等位置，這樣才能適當(dāng)提高其抗震能力。

1.3 建筑結(jié)構(gòu)體系不合理

建筑的結(jié)構(gòu)體系是保證整體抗震性的關(guān)鍵，建筑材料和結(jié)構(gòu)在選擇上必須得到人們的重視。建筑結(jié)構(gòu)在整體上多為框架和框剪結(jié)合的建筑，以鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)位移作為整體的基準(zhǔn)性，而建筑材料為鋼筋混凝土，這就使其帶有一定的彎曲性，如果單一的依靠建筑的結(jié)構(gòu)剛度來降低側(cè)移，不僅會(huì)加大整體結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，而且會(huì)增加很多結(jié)構(gòu)物，這使建筑的成本不斷擴(kuò)大。

1.4 抗震強(qiáng)度等級(jí)較低

我國(guó)的建筑抗震等級(jí)一直低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，隨著汶川、玉樹等地區(qū)的地震災(zāi)害事件，我們必須合理提高建筑的抗震強(qiáng)度，尤其是加大對(duì)于中型和較低地震強(qiáng)度的控制，要針對(duì)地區(qū)性地震監(jiān)測(cè)來進(jìn)行，并以較頻發(fā)的地質(zhì)強(qiáng)度等級(jí)作為標(biāo)準(zhǔn)，以提高建筑的抗震要求

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

2.1 建筑抗震設(shè)計(jì)理念

我國(guó)針對(duì)建筑的抗震設(shè)防被劃分為“三水準(zhǔn)、兩階段”，其中三水準(zhǔn)指的是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。在進(jìn)行第一設(shè)防強(qiáng)度的設(shè)計(jì)中，震感要普遍低于本地區(qū)的歷史地震等級(jí)，并且使在地震發(fā)生后建筑物可以不被損壞，并且能夠正常使用，所以在進(jìn)行第一設(shè)防強(qiáng)度計(jì)算中要根據(jù)建筑的承載力極限狀態(tài)為基礎(chǔ)，保證彈性的變形限值。其次是進(jìn)行第二設(shè)防強(qiáng)度的計(jì)算中，所取值盡量符合本地區(qū)的常見設(shè)防強(qiáng)度，并且使結(jié)構(gòu)彈性能夠符合彈性變形值，在這一設(shè)計(jì)中要保證建筑在受到破壞的狀態(tài)下，不修復(fù)依然能夠繼續(xù)使用，這就要求建筑的延性能力不發(fā)生變形和脆性破壞。最后是第三設(shè)防強(qiáng)度的計(jì)算，這要求抗震強(qiáng)度要高于地震的設(shè)防強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞后，仍然能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形性不倒塌，同時(shí)不發(fā)生能夠威脅生命財(cái)產(chǎn)的破壞性，最大程度的爭(zhēng)取人員安全，同時(shí)提升建筑必須具備加大的變形能力，并且其彈塑形變不會(huì)超過規(guī)定的彈塑性變形限值。三個(gè)水準(zhǔn)強(qiáng)度的地震作用水平，按三個(gè)不同超越概率（或重現(xiàn)期）來區(qū)分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重現(xiàn)期50年；設(shè)防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重現(xiàn)期475年；罕遇地震：50年超越概率2～3%，重現(xiàn)期平均約為2000年。

2.2 高層建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和措施

在建筑設(shè)計(jì)中抗震形式是在三個(gè)水準(zhǔn)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但是需要通過兩階段來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法，在很多方法步驟的設(shè)計(jì)中，兩個(gè)階段都有其自身作用。首先第一個(gè)階段要根據(jù)第一步驟采取與水準(zhǔn)強(qiáng)度相應(yīng)的地質(zhì)動(dòng)參數(shù)，現(xiàn)在線性結(jié)構(gòu)上計(jì)算出彈性狀態(tài)下所需要的地質(zhì)效應(yīng)。然后針對(duì)風(fēng)、重力等多種荷載進(jìn)行組合，以得出承載力需要調(diào)整的抗震系數(shù)，在進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)中要滿足第一水準(zhǔn)清的要求后在進(jìn)行第二步的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算。在這個(gè)計(jì)算的過程中要根據(jù)層間的位移角度，進(jìn)行計(jì)算，并且不使其超過抗震所規(guī)范的固定值，同時(shí)根據(jù)其抗震構(gòu)造措施來進(jìn)行足夠的延性變形，并保證變形能夠滿足第二水準(zhǔn)的要求。在第二階段的設(shè)計(jì)中要將三水準(zhǔn)所涉及的參數(shù)與建筑結(jié)構(gòu)相互融合，通過對(duì)地震震動(dòng)參數(shù)的計(jì)算，來計(jì)算出結(jié)構(gòu)中的軟弱層和抗震的薄弱環(huán)節(jié)。以此來確定抗震規(guī)范的具體限值。并且藝術(shù)進(jìn)行必要的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其能夠滿足第三水準(zhǔn)中的房屋前度要求。

在抗震措施的選擇上要針對(duì)其設(shè)計(jì)概念，抗震經(jīng)驗(yàn)，地震記錄等進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，要控制好建筑的基礎(chǔ)高度，并且通過結(jié)構(gòu)的延性來在結(jié)構(gòu)類型和材料方面進(jìn)行總結(jié)。在抗震設(shè)計(jì)中，從概念設(shè)計(jì)，抗震驗(yàn)算及構(gòu)造措施等三方面入手，在將抗震與消震（結(jié)構(gòu)延性）結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立設(shè)計(jì)地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計(jì)指標(biāo)和方法，直至進(jìn)一步通過一些結(jié)構(gòu)措施（隔震措施，消能減震措施）來減震，使結(jié)構(gòu)建筑在地震狀態(tài)下能夠取得十分良好的經(jīng)濟(jì)性和抗震性，并且保證抗震設(shè)計(jì)的基本規(guī)范并且最大提高強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的使用性能。

2.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）對(duì)各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)采用的方法作了以下規(guī)定：高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡(jiǎn)化方法；所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)分析的過程中容易采取振型分解的方法，并且在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的建筑中更要限制高層建筑，并且要采取實(shí)時(shí)分析法并且，在地震較多的情況下進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)，可以直接參考多條曲線線路的選擇結(jié)果，并且在平均值的取樣上選取較大值。

3 結(jié)束語

在當(dāng)今地震的預(yù)測(cè)幾乎沒有成功的案例，所以要想通過預(yù)測(cè)手段來完成地震預(yù)測(cè)是非常困難的，為了降低地震所帶來的危害，就要在建筑結(jié)構(gòu)上下功夫。在建筑工程設(shè)計(jì)過程中，必須從建筑的整體宏觀性上出發(fā)，結(jié)合建筑的結(jié)構(gòu)性和功能性，進(jìn)行建筑抗震的整體設(shè)計(jì)。同時(shí)采用先進(jìn)的技術(shù)手段和新型材料，最大程度的提高其性能，以滿足實(shí)際的抗震需求。

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