淺論建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

冉穎

摘 要：隨著建筑市場的蓬勃發(fā)展，建筑項(xiàng)目逐漸增加，建筑在地震作用產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞的形式引起廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的關(guān)注，這也是建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要的參考依據(jù)，一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。要充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性。本文介紹了建筑抗震的基本要求，提出了建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效方法。

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

一、抗震設(shè)防的目標(biāo)

我們所說的抗震設(shè)防，指的是對(duì)建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，同時(shí)有針對(duì)性的采取一定的抗震構(gòu)造的措施，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震的效果和目的。一般來說，抗震設(shè)防主要依據(jù)的是抗震設(shè)防烈度。而抗震設(shè)防烈度的依據(jù)，是以國家規(guī)定權(quán)限審批或頒發(fā)的文件執(zhí)行的，其是一個(gè)地區(qū)作為抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，是采用國家地震局頒發(fā)的地震烈度區(qū)劃圖中規(guī)定的基本烈度的。從當(dāng)前內(nèi)外抗震設(shè)防目標(biāo)的發(fā)展總趨勢來看，其基本要求建筑物在使用期間，可以應(yīng)對(duì)對(duì)不同頻率和強(qiáng)度的地震，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。這是我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的抗震設(shè)防目標(biāo)。

建筑工程在施工中的設(shè)防的目標(biāo)如下：

1、如果所遭受的是低于本地區(qū)設(shè)防烈度多遇的常規(guī)地震，建筑物不受損壞，不需修理仍可繼續(xù)使用；

2、如果遭受到本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度的地震，建筑物，包括結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分，可能損壞，但不會(huì)對(duì)人民生命和生產(chǎn)設(shè)備的安全造成威脅，經(jīng)修理仍可使用；

3、如果遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震，盡量保證建筑物不倒塌。

也就是說，在建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度這三個(gè)層次進(jìn)行考慮。從概率上看，多遇地震烈度是發(fā)生機(jī)會(huì)較大的地震級(jí)別。按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到這樣的防震效果：當(dāng)遭遇多遇烈度作用時(shí)，建筑物處于彈性階段，通常不會(huì)損壞；當(dāng)遭遇相應(yīng)基本烈度的地震時(shí)，建筑物將進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，但一般不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重破壞；當(dāng)遭遇罕遇烈度作用時(shí)，建筑物可能會(huì)有嚴(yán)重破壞，但不至于倒塌。

二、建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)密切配合場地情況

設(shè)計(jì)人員應(yīng)掌握施工場地的地質(zhì)情況，仔細(xì)斟酌建筑場地巖土工程的勘察資料，平衡利弊，選擇合理設(shè)計(jì)方案。

2、依據(jù)震害資料，調(diào)整設(shè)計(jì)觀念

由于地震作用無法真實(shí)模擬，震害資料就是設(shè)計(jì)人員了解地震作用最有效，最直接的路徑。根據(jù)以往震害，調(diào)整我們現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念，才是真實(shí)而又有效的抗震設(shè)計(jì)。例如；多次震害表明，樓梯間是框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的一個(gè)比較集中地震破壞區(qū)，然而，在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，一般不考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)共同工作，

樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生類似斜撐的作用就沒有考慮，設(shè)計(jì)就缺乏了真實(shí)性。同時(shí)，樓梯間位置的布置，對(duì)框架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和內(nèi)力分布都有很大的影響，因而樓梯間的合理布置及設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)，將會(huì)明顯的提高我們的設(shè)計(jì)效果，因而，研究震害會(huì)讓我們的設(shè)計(jì)更真實(shí)，更合理。

3、依據(jù)建筑的功能要求，合理調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最終是在為建筑功能而服務(wù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑功能，合理的展開。設(shè)計(jì)人員在布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，除了要考慮抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置的規(guī)則性、側(cè)向剛度的連續(xù)性，及構(gòu)件截面尺寸和材料強(qiáng)度的變化的漸變性，還要結(jié)合建筑的使用性，綜合考慮，這樣對(duì)建筑的抗震性能及經(jīng)濟(jì)的合理性都是非常有益的。

三、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的措施

1、重視抗震構(gòu)造措施

根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，抗震構(gòu)造措施為一般不需要計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員依據(jù)建筑方案和建筑的設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度，來確定建筑的抗震等級(jí)，并通程序建模進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所得的設(shè)計(jì)結(jié)果是在基于理想的假定條件下和模擬狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果，它符合了程序的計(jì)算要求，這對(duì)于一個(gè)完整而合理的設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這就需要通過構(gòu)造措施來進(jìn)行加強(qiáng)和完善。例如：在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員在完成理論計(jì)算后，應(yīng)考慮框架結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)，如：柱的震害重于梁，柱頂?shù)恼鸷χ赜谥住⒔侵恼鸷χ赜趦?nèi)柱、短柱的震害重于一般柱等等，采取有效的抗震構(gòu)造措施予以加強(qiáng)。具體的做法有把框架設(shè)計(jì)成延性框架，遵守強(qiáng)柱、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固，避免短柱、加強(qiáng)角柱，框架沿高度不宜突變，控制最小配筋率，限制配筋最小直徑，構(gòu)造上采取受力筋錨固適當(dāng)加長，節(jié)點(diǎn)處箍筋適當(dāng)加密等措施，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理的調(diào)整，真正做到有效，實(shí)用和安全。

2、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采取基于位移抗震結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案展開定量性分析探討，保證主體結(jié)構(gòu)自身變形能力能符合在一般地震作用下產(chǎn)生變形要求。設(shè)計(jì)人員在計(jì)算主體結(jié)構(gòu)承載力的同時(shí)，并實(shí)時(shí)控制在高震級(jí)作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的層間位移角與延性位移，結(jié)合建筑構(gòu)件的位移與結(jié)構(gòu)變形關(guān)系，來獲取主要構(gòu)件的變形數(shù)值，同時(shí)按照建筑截面的應(yīng)變情況與應(yīng)變大小，來判斷構(gòu)件的實(shí)際構(gòu)造要求。

3、多道設(shè)防

建筑抗震結(jié)構(gòu)體系包含多個(gè)具有理想延性分體系，并將具有延性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行協(xié)同連接，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。框架-剪力結(jié)構(gòu)就是將剪力墻與框架分體組合形成多肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。設(shè)計(jì)人員在構(gòu)建抗震結(jié)構(gòu)體系時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)冗余度，同時(shí)布置一系列屈服區(qū)域，使主要耗能構(gòu)件自身具有理想的剛度與延性，確保主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠消耗大部分地震能量，有效避免在地震過程中出現(xiàn)大面積倒塌。在同一平面內(nèi)主要構(gòu)件達(dá)到屈服后，剩余抗側(cè)力部件處于非彈性過程階段，提高主體結(jié)構(gòu)的有效屈服持續(xù)時(shí)間，確保主體結(jié)構(gòu)的變形能力和消耗地震能量的能力。

4、改良短柱的受力性能

短柱在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可避免時(shí)，可以考慮采取措施，改良其受力特性。

（1）選用螺旋復(fù)合箍筋

螺旋復(fù)合箍筋是連續(xù)整體的鋼筋組件，用螺箍綁扎成型的鋼筋骨架呈眾多三角形緊密結(jié)合，其穩(wěn)定性突顯優(yōu)異，牢靠堅(jiān)固，混凝土利用螺旋箍筋的整體連續(xù)性，顯著提高構(gòu)件的承載力及抗破壞能力，進(jìn)而提高了構(gòu)件的抗震承載能力。

（2）選用分體柱

短柱自身抗彎遠(yuǎn)比抗剪能力強(qiáng)，因此在地震過程中通常是沒有充分發(fā)揮其抗彎能力時(shí)就已經(jīng)發(fā)生剪壞破壞，對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)降低短柱的抗彎能力，使其與抗剪強(qiáng)度接近或者略低，這樣在地震過程中，短柱先達(dá)到抗彎的屈服強(qiáng)度，表現(xiàn)其延性破壞形態(tài)。在設(shè)計(jì)過程中常用的降低抗彎強(qiáng)度方法，就是將柱子沿豎向設(shè)縫將其分為若干個(gè)分體柱，分體柱的配筋可在柱肢間布置一定數(shù)量的連接鍵，從而提高構(gòu)件剛度與抗震耗能能力，常見的連接鍵主要包括分隔板、通縫、摩擦阻尼器等，筆者對(duì)于分體柱使用性能狀態(tài)的理論與試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分體柱的選用盡管無法提高柱子的抗剪能力，但是在降低抗彎能力的同時(shí)，有效提高柱子的延性與整體變形能力，短柱的破壞形態(tài)從剪切型向彎曲型發(fā)生轉(zhuǎn)變，達(dá)到了設(shè)計(jì)人員由短柱向長柱轉(zhuǎn)變，極大改善短柱的抗震能力，目前分體柱已經(jīng)在高層建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。

結(jié)束語：

建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用。因此，選用適合的抗震結(jié)構(gòu)，注重建筑結(jié)構(gòu)材料的選擇，減小地震的作用力，增強(qiáng)地震的抵抗力，使建筑更好地發(fā)揮抗震作用。

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