抗震建筑的結(jié)構(gòu)整體性分析和構(gòu)造措施

王郁

（海南柏森建筑設(shè)計有限公司 海南海口 571000）

抗震建筑的結(jié)構(gòu)整體性分析和構(gòu)造措施

王郁

（海南柏森建筑設(shè)計有限公司 海南海口 571000）

作為自然災(zāi)害的一種類型，地震災(zāi)害的發(fā)生概率和地點都是無法被準(zhǔn)確預(yù)料的，因此，為了保障人們的生命財產(chǎn)安全，必須做好房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。對此，本文首先介紹了抗震建筑結(jié)構(gòu)震害，然后對抗震建筑的結(jié)構(gòu)整體性設(shè)計構(gòu)造方法進(jìn)行了詳細(xì)探究，以期通過做好相關(guān)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，減少地震災(zāi)害提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

測繪；建筑；抗震；結(jié)構(gòu)

1 引言

地震災(zāi)害的破壞性會給人們的日常生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重影響，并且造成重大損失。近年來，地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，國家、人們的安全都受到了極大的威脅，因此，抗震設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性越來越突出。因此，對建筑抗震結(jié)構(gòu)整體性進(jìn)行分析具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 抗震建筑結(jié)構(gòu)震害分析

2.1 框架結(jié)構(gòu)震害

①在建筑設(shè)計過程中，如果改變建筑物橫向結(jié)構(gòu)抗震形式，則建筑物本身的結(jié)構(gòu)層也會發(fā)生變化，這就會造成建筑物在垂直方向的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致建筑物垂直方向的結(jié)構(gòu)成為整個建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的薄弱層。②在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計過程中，如果設(shè)計師無法結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)的特點選擇合適的地震抗震設(shè)計模型，就會導(dǎo)致無法完成建筑物主要結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。③建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗震設(shè)計過程中最嚴(yán)重的問題就是建筑結(jié)構(gòu)填充墻的抗震設(shè)計不合理性。這一問題不僅會在一定程度上影響房屋建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，而且還會為整個建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作的進(jìn)行埋下安全隱患。④填充墻作為整個建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可或缺的內(nèi)容，如果在建筑抗震設(shè)計過程中填充墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂的情況，那么房屋主體的抗震建筑結(jié)構(gòu)都會受到極大的影響。因此，在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計的過程中，設(shè)計師一定要采用填充墻裂縫的具體處理措施，提升建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震能力。

2.2 砌體結(jié)構(gòu)震害

①建筑物實際的建設(shè)樓層越高，建筑結(jié)構(gòu)本身的抗震能力就會越弱，所以，高層或者超高層建筑物結(jié)構(gòu)在設(shè)計的過程中都會存在的一定的安全隱患。②由于建筑物墻體的厚度和其大空間結(jié)構(gòu)設(shè)計之間會存在著一定的矛盾性，即人們在追求大空間的房屋設(shè)計的過程中，并沒有增加墻體的厚度，這樣就會導(dǎo)致建筑物本身的抗震能力無法得到有效的保障。因此，為了提升建筑結(jié)構(gòu)本身的抗震能力，必須做好抗震設(shè)計，協(xié)調(diào)好大空間和墻體厚度間的矛盾。③隨著現(xiàn)代人審美觀的提升，部分設(shè)計師在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中往往會因為過度追求其建筑上的美感而忽視了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，而這就會為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和建筑物的使用埋下安全隱患。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論

（1）擬靜力理論。這是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的抗震設(shè)計理論，在進(jìn)行抗震作用計算時，假定結(jié)構(gòu)為剛性的，地震力的方向是水平的，作用點在結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心上，作用力大小假定為結(jié)構(gòu)的重力乘上一個比例常數(shù)。

（2）反應(yīng)譜理論。隨著對地震運動特征越來越深入的了解以及對地震情況越來越豐富的反應(yīng)記錄，在20世紀(jì)60年代發(fā)展起來一種叫做反應(yīng)譜的抗震理論。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，地震作用主要是一種隨著時間過程的非線性變化，輸入變量為地震加速度，選擇建筑物為多自由度系統(tǒng)，然后模擬計算任意時刻建筑結(jié)構(gòu)對地震產(chǎn)生的應(yīng)力－應(yīng)變反應(yīng)，從而分析地震狀況。

（3）高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理念。進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提出了“三水準(zhǔn)、兩階段”要求，“三水準(zhǔn)”即為“小震不壞，中震可修，大震不倒”，“兩階段”是指，當(dāng)發(fā)生低于本地區(qū)抗震級別的地震，即第一設(shè)防烈度地震時，建筑結(jié)構(gòu)仍處于彈性變形階段，可以正常使用，通常情況下建筑結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生破壞，不需要進(jìn)行修補(bǔ)即可繼續(xù)使用。因此，在計算參數(shù)中選取的是承載力極限狀態(tài)驗算，并要求建筑結(jié)構(gòu)的變形不超過彈性變形限值。當(dāng)發(fā)生相當(dāng)于本地區(qū)抗震級別的地震，即第二設(shè)防烈度地震時，建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入非彈性變形階段，可能已經(jīng)發(fā)生外表或內(nèi)力的破壞，可以選擇不修理或者一般修理。然而，建筑結(jié)構(gòu)需保持一定的延展能力，即不發(fā)生不可恢復(fù)的脆性破壞。當(dāng)發(fā)生高于本地區(qū)抗震級別的地震，即第三設(shè)防烈度地震時，建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入塑性變形階段，已經(jīng)發(fā)生較為嚴(yán)重的破壞，但是還不至于導(dǎo)致建筑物的倒塌，從而可保證內(nèi)在人身安全和物品等資源的完整性。

4 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

4.1 選擇合適的場地

場地的選擇是建筑能否順利進(jìn)行的最基本是最重要的問題，一塊好的場地不僅可以降低造價，更對整個工程的穩(wěn)固程度有著重要的影響。選擇場地時一定要避免高危地段，比如容易產(chǎn)生滑坡、地陷、泥石流等現(xiàn)象的地段應(yīng)當(dāng)堅決避免。盡量選擇防震效果比較理想的地段，比如，空曠、地表和地下都比較密實均勻的地段。在選擇建筑地段時可以借助一些較為先進(jìn)的儀器，這樣選擇的結(jié)果安全性更高。

4.2 選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系的選擇是建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，其直接關(guān)聯(lián)著整個建筑物結(jié)構(gòu)的安全性。在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)體系的選擇時，需確保其合理性，具體措施如下：①繪制具有明確計算的簡單圖紙，且在設(shè)計建筑物結(jié)構(gòu)體系時，還需要將主梁作為建筑物房間主要受力點，使得垂直的重力能夠以最快的時間、最短的長度路徑傳輸?shù)街饕芰Σ课弧Ｍ瑫r，還需要對建筑物房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的布置，此時可采用豎向構(gòu)件內(nèi)部機(jī)構(gòu)布置的方案，但需要確保豎向構(gòu)件壓應(yīng)力的均勻性。②確保結(jié)構(gòu)體系強(qiáng)度具有較高的合理性。建筑物結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣主要由其強(qiáng)度決定，因此，設(shè)計人員在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，需要確保其薄弱部位抗震設(shè)計強(qiáng)度的合理性，以全面提升抗震能力。另外，在設(shè)計建筑物結(jié)構(gòu)框架時，還需要確保節(jié)點構(gòu)造的完整性，并且還要盡量分散房梁與房柱頂端的塑性，并且還要適當(dāng)提升其薄弱部位的抗震性。

4.3 合理結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置

合理的結(jié)構(gòu)體系需要滿足抗震要求同時又經(jīng)濟(jì)實用，要同時考慮到建筑物的地基基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，功能價值，施工的技術(shù)難度等一系列的問題。在結(jié)構(gòu)選型過程中，要特別注意場地的實際情況，建筑物本身的剛性等帶來的影響。結(jié)構(gòu)布置要滿足對稱性和勻稱性，結(jié)構(gòu)平面布置和豎向布置都應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

4.4 設(shè)置多道抗震防線

在構(gòu)建抗震結(jié)構(gòu)體系時，應(yīng)該設(shè)置多道防線，將一些延性較好的分體系進(jìn)行組合，并將這些構(gòu)件相互連接，充分發(fā)揮其協(xié)同作用。抗震墻體系一般是由抗震墻與延性框架構(gòu)成，通過兩者共同作用，可以有效提升抗震結(jié)構(gòu)的性能。抗震結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中還需要設(shè)定充足的贅余度，包括內(nèi)、外兩個部分，同時還需要按照相關(guān)規(guī)則構(gòu)建規(guī)律分布的屈服區(qū)，使得建筑結(jié)構(gòu)可充分吸收或消耗地震能量。另外，體系當(dāng)中還需要增加冗余設(shè)計，以此增加抗震結(jié)構(gòu)的可靠性。當(dāng)建筑基本周期與地震卓越周期接近時，冗余設(shè)計便可充分發(fā)揮作用，即使第一道抗側(cè)力防線受到破壞，第二道、第三道防線可接替第一道防線，發(fā)揮保護(hù)作用，以緩解共振，并降低地震的破壞作用。

4.5 控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

除去水平力和豎向力，地震發(fā)生時還伴隨著強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，因此，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，掌握扭轉(zhuǎn)效應(yīng)隱藏的能量，控制其帶來的破壞十分必要。具體而言，首先要測量建筑結(jié)構(gòu)受力的最大位移剛度和最小位移剛度在一定誤差之內(nèi)，確保整體結(jié)構(gòu)位移的同步性。另外，設(shè)計時必須要保證與其相關(guān)的各個部位設(shè)計均達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求，暴露出的任何一個問題都要及時修復(fù)和調(diào)整，最大限度的降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)帶來的不良破壞。

4.6 加強(qiáng)延性設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性是抗震重要的前提條件。如果建筑物的樓層加高，其剛度逐漸減小，柔度逐漸增加，因此穩(wěn)定性逐漸降低。根據(jù)此原理，對于高層的建筑結(jié)構(gòu)來說，必須保證其具有一定的延性，即變形能力。其次，當(dāng)?shù)卣鹜蝗粊砼R時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到巨大沖擊力的破壞，在各樓層的水平面受到剪切力，可能發(fā)生相對位移，當(dāng)認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性變形階段，此時結(jié)構(gòu)物應(yīng)具有相應(yīng)的承載能力，并應(yīng)采取方式有效地擴(kuò)散地震帶來的能量。因此，建筑結(jié)構(gòu)具有恰當(dāng)?shù)淖冃文芰Γ淳哂幸欢ǖ难有允鞘直匾摹＝?jīng)各種實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果分析得知，對于“強(qiáng)柱弱梁”的強(qiáng)節(jié)點結(jié)構(gòu)，內(nèi)力重分布現(xiàn)象較為明顯，地震能量消散得更快，也就是說抗震性能較為良好。

5 結(jié)語

總而言之，地震具有極強(qiáng)的破壞性與隨機(jī)性，并且容易發(fā)生余震，危害性較強(qiáng)。而現(xiàn)階段，為了保障人們的生命財產(chǎn)安全，對建筑結(jié)構(gòu)做好抗震設(shè)計，盡可能降低地震對建筑混凝土結(jié)構(gòu)的危害至關(guān)重要。在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)全面分析建筑物所處的地質(zhì)條件，并運用科學(xué)的方法有效提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

[1]李 飛.淺談抗震建筑設(shè)計[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（34）：174～175.

[2]陳 軍.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探討[J].江西建材，2014（18）：11.

[3]段媛.結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計在房屋建筑中的應(yīng)用分析[J].山西建筑，2014（05）：42～43.

TU352.1+1

A

1004-7344（2016）18-0325-02

2016-6-1

王郁（1979-），男，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。