山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震動(dòng)輸入與側(cè)向剛度控制方法

楊柳

摘 要：隨著人們生活質(zhì)量的提升，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)形式的要求越來(lái)越高。山地建筑憑借其獨(dú)特、優(yōu)美的居住環(huán)境逐漸受到人們的青睞。山地建筑依附的建筑地形復(fù)雜，這為山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。因此，從地震動(dòng)輸入和側(cè)向剛度控制的角度分析了山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而促進(jìn)其更加完善。

關(guān)鍵詞：山地建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；地震動(dòng)輸入；側(cè)向剛度控制

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.121

1 地震動(dòng)輸入

1.1 含義及其重要性

山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的地震動(dòng)輸入是基于建筑工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行的抗震分析和設(shè)計(jì)，從而保障山地建筑結(jié)構(gòu)具備良好的抗震性能，確保建筑的安全性、穩(wěn)定性。

山地建筑有別于傳統(tǒng)的平地建筑，其位于地殼運(yùn)動(dòng)較為頻繁的山地地形區(qū)，因地殼運(yùn)動(dòng)造成的地動(dòng)、地震等外在表現(xiàn)形式不僅會(huì)嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)、生活，還會(huì)誘發(fā)山地崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害。因此，在山地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注建筑的防震性，這也是山地建筑持續(xù)發(fā)展的必然要求。

1.2 模型及計(jì)算、分析方法

山地建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上要參照一定的結(jié)構(gòu)模型，山地建筑結(jié)構(gòu)模型主要有計(jì)算分析模型、結(jié)構(gòu)計(jì)算力學(xué)模型兩類。對(duì)于山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，其地震動(dòng)輸入應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)計(jì)算力學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算山地建筑的荷載，可確定地震動(dòng)輸入的模型、設(shè)計(jì)方案和分析方法。在山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地震動(dòng)輸入中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)兼顧山地地形和地震動(dòng)的雙向影響，并結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，著重分析、研究山地地形的平臺(tái)段，從而充分分析、計(jì)算山地地形地震波作用力的放大影響。

山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震動(dòng)輸入的基本方法主要有以下3種：①直接求解法。該法主要借助于動(dòng)力學(xué)理論中的平衡方程，在多點(diǎn)激勵(lì)的原理下獲取山地建筑結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。②等效荷載法。該方法主要依托于一致激勵(lì)，并與動(dòng)力學(xué)平衡方程相結(jié)合，從而獲得地震動(dòng)輸入的分析方法。③相對(duì)運(yùn)動(dòng)法。該方法主要依托于一致激勵(lì)，并基于山地建筑結(jié)構(gòu)中的線性反應(yīng)和非線性反應(yīng)分析和計(jì)算。

2 建筑的抗震設(shè)計(jì)

建筑的抗震設(shè)計(jì)主要包括概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和構(gòu)造措施。其中，概念設(shè)計(jì)主要是從整體上確認(rèn)建筑的抗震要求；抗震計(jì)算基于地震作用，采用抗力計(jì)算等方式確定建筑物的抗震要求和具體設(shè)計(jì)；構(gòu)造措施基于前兩者的分析結(jié)論，采用科學(xué)、有效的建筑結(jié)構(gòu)形式，從而保障山地建筑抗震性能的有效發(fā)揮。

3 側(cè)向剛度控制

對(duì)于山地建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度控制而言，主要是控制建筑的構(gòu)件、整體結(jié)構(gòu)的抗御荷載拉力和抗變形能力，從而使山地建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載力和拉應(yīng)力有效釋放。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)剛度的分布會(huì)對(duì)建筑物的層剪力、彈性層間、相對(duì)屈強(qiáng)比等造成影響。建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則是在合理規(guī)劃建筑場(chǎng)地的基礎(chǔ)上，分析建筑結(jié)構(gòu)具有的延性、非結(jié)構(gòu)要素，從而建立多重的抗震防線。

在山地建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度控制中，應(yīng)重點(diǎn)控制建筑的豎向不規(guī)則部位和薄弱層。在山地建筑豎向不規(guī)則部位的控制方面，要結(jié)合建筑物的抗震需求，圍繞建筑物的結(jié)構(gòu)開(kāi)展強(qiáng)度設(shè)計(jì)和計(jì)算，并基于山地地形的復(fù)雜性和地震強(qiáng)度的放大作用，考慮地震作用具有的隨機(jī)性，從而提高山地建筑底部轉(zhuǎn)換層、框架的側(cè)向剛度指標(biāo)，確保建筑物的經(jīng)濟(jì)性；在山地建筑薄弱層剛度控制方面，要以建筑物的整體剛度控制為基礎(chǔ)，研究層內(nèi)剛度比的變化曲線，從而判定山地建筑物薄弱層的位置。此外，在判定山地建筑底層結(jié)構(gòu)中薄弱層的位置時(shí)，可采用以下方法：當(dāng)山地建筑層剛度比為0.5～0.7時(shí)，可確定其薄弱層處于上接地層二層；當(dāng)山地建筑層剛度比≥0.7時(shí)，可確定其薄弱層處于上接地層的一層和二層。

4 山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)探究

在山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一方面要結(jié)合建筑具體的位置和地勢(shì)地貌，并合理利用天然的地形特征；另一方面，注重運(yùn)用、突出設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)。具體而言，山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①山地建筑涉及高層連體時(shí)，要注意在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中增添防震縫。從整體上看，山地建筑的結(jié)構(gòu)具備一定的復(fù)雜性，導(dǎo)致其在整體扭轉(zhuǎn)上比較笨拙。為了最大限度地提高山地建筑的抗震性，應(yīng)注重在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中增加防震縫，以便規(guī)則化分割復(fù)雜的山地建筑結(jié)構(gòu)形式。②優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，提高山地建筑的穩(wěn)定性。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用較為規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式，盡量少用不規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式，從而保證山地建筑整體的穩(wěn)定性和連續(xù)性；針對(duì)山地建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的不均勻性，可增設(shè)護(hù)土墻等輔助設(shè)施，以免因地形地基失穩(wěn)而導(dǎo)致剛度失控；在護(hù)土墻材料的選擇方面，可根據(jù)具體需求選擇鋼材、木材等。此外，在增設(shè)護(hù)土墻時(shí)，還應(yīng)做好相應(yīng)的排水設(shè)計(jì)，以免因護(hù)土墻被水侵蝕而使其失去功效。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地震動(dòng)輸入和側(cè)向剛度控制在保證山地建筑穩(wěn)定性和抗震性方面的作用明顯。因此，山地建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉建筑抗震理論，并在此基礎(chǔ)上，合理運(yùn)用山地建筑地震動(dòng)輸入和側(cè)向剛度控制，從而保障山地建筑的安全性。

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〔編輯：張思楠〕