工業與民用建筑的結構抗震設計分析

摘 要：結構抗震在建筑行業中一直以來都有著至關重要的位置，也是一門極深入和重要的課題，相關的研究關系到社會財產安全以及人民群眾生命的安全。本文主要闡述在城市工業與民用建筑中結構抗震設計的問題及分析。從建筑中的抗震設計、理論概念、設計方案和構件的優化等多個方面入手深入探討了抗震設計中存在的問題，結合作者的實際工作經驗和總結進行分析和探討。

關鍵詞：工業與民用建筑；抗震設計；結構設計；抗震要求

1、前言

根據我國新修訂的建筑抗震設計規范（GB50011-2010）中規定：計算模型的建立，必要的簡化計算與處理，應復核結構的實際工作情況，計算中應考慮樓梯構件的影響，地震中樓梯的樓板具有斜撐的受力狀態。框架結構屬于柔性結構，地震中變形較大。樓梯構件作為K形斜撐，提高了框架結構的整體剛度。

事實上，建筑抗震設計是所有破壞預防中的關鍵。綜合考慮我國發生的特大地震災害來看們，如唐山地震、汶川地震、玉樹地震等，大部分建筑都沒有發揮應有的抗震特性。例如，由于樓梯間的局部剛度較大，使結構吸收了過多的地震能，容易首先發生破壞。且在考慮樓梯的抗震設計中，由于其剛度較大，梯板配筋及截面尺寸也相應增大，從而造成樓梯間的局部剛度繼續增大。主要原因是因為樓梯板與平臺梁及平臺板的剛接，使得水平地震作用下產生較大軸力；同時作為斜撐的樓板使得連接處的平臺梁產生彎、剪、扭的復雜受力狀態。如果消除樓梯板的斜撐作用，使其成為單純的受彎構件，則可降低樓梯間局部剛度，使樓梯構件在地震中不會過早的破壞。

2、建筑抗震的主要影響因素

2.1、抗震設計標準

現階段，我國在各個地區設置的基本設防烈度，主要是根據該地區以及具體建筑在一定時間段內遭受的地震及其強度的概率而定的。若是一般性的建筑，就根據基本烈度設防，若是較重要的建筑物，就相應的提高設防烈度，同時造價也會隨著建筑物烈度的提升而升高。

2.2、建筑結構形式

為了切實的保證建筑物“小震不壞，大震不倒”，在最新的設計規范中，磚混內框架結構被嚴格的取消了。目前，主要采用的是剪力墻結構、框架結構等。雖然單純的框架結構造價相對較低，但是，它們的抗震性能差，所以，它們普遍適用于一些地震發生的概率較低、級別較小的地區。

2.3、主要抗震措施

抗震措施主要是依據建筑物的重要性來說的。在確定建筑物等級以及其場地的類型的基礎上，把先進的抗震理念和系統的分析計算納入到抗震設計中，這樣就可以改善建筑抗震設計，同時也可提高建筑抗震效果。

3、建筑結構地震震害的主要類型

對地震中被毀的房屋進行分析，可以歸納出結構震害的主要類型。

3.1不規則結構建筑物破壞嚴重

不規則建筑物，尤其是沿豎向不規則的房屋建筑，破壞較嚴重。典型的有兩類：

首先，結構底層為空曠結構，下部為薄弱層。結構底層為空曠結構的房屋大多底層為大開間框架結構，方便使用。房屋震害主要表現為底層倒塌、傾斜，原因是底層形成薄弱層，剛度和強度均不足。

其次，是突出屋面的小塔樓結構。突出屋面小塔樓由于沿豎向質量和剛度的突變，易產生鞭梢效應。在地震中絕大部分受到損壞。

3.2框架結構梁柱節點易發生破壞

震害總體情況表明，框架剪力墻結構大部分基本完好或輕微破壞，未發現嚴重破壞。但有少數框架結構嚴重破壞或倒塌。框架結構的破壞形態大部分為柱上下端破壞，或框架梁、柱節點核心區剪切破壞或壓酥。破壞形式為柱端屈服破壞，屬強梁弱柱形式。經常出現節點區未按規范要求配置箍筋的現象，主筋搭接也不符合規范要求，易導致節點區發生破壞。

3.3框架結構中樓梯間震害

較普遍地震中，框架結構中板式樓梯破壞嚴重。在有些倒塌破壞的房屋中，樓梯間本應成為重要的逃生通道，但卻是倒塌破壞最嚴重的區域。

3.4裝配式樓蓋破壞較嚴重

關于預制板結構破壞，在1976年唐山大地震中已有較多震害。地震區大量的砌體結構房屋中，普遍采用預制空心樓板，由于未按規范要求設計成裝配整體式樓蓋，地震中當墻體破壞或外閃，導致樓板塌落，因而達不到裝配整體式樓蓋的作用。

4、幾種常用的構件優化設計方案

第一，框架梁的塑餃外移傳統鋼筋混凝土框架梁的塑性鉸出現在始于柱面的梁端。將塑性鉸從柱面移開一定距離，可以避免梁端鋼筋屈服，從而不僅可以避免鋼筋屈服后向節點核心區發展，引起粘結破壞，還能改善核心區的性能。

第二，高強混凝土柱的主要優點存抗壓強度高，柱截面小，增加使用面積，粱截面小，降低受彎構件高度，從而降低層面，減輕結構自重，減小基礎負擔；彈性模量大，提高結構剛度，減小軸向變形-密實性好，抗凍、抗滲性能好，耐久性優于普通強度混凝土。

第三，鋼管高強混凝土柱將高強混凝土填充在圓形鋼管內，成為鋼管高強混凝土柱，是充分發揮高強混凝土的優勢，克服其不足的最好方法。

第四，對于高層住宅項目，角窗的設置對結構平面的抗扭剛度有較大影響，由于剪力墻端部缺少約束，其空間作用的效應大大降低，對平面整體剛度的貢獻也要下降，因此為滿足規范對最大位移與平均位移的比值限值要求，就不得不加大墻體的厚度，從而增加混凝土的用量。通過大量的分析比較，即使加大墻體的厚度，也很難有效的提高建筑的抗扭剛度，在這種情況下，如果減少角窗的設置，或增設端柱，則可以有效提高結構整體抗扭性能。

5、結束語

結構抗震設計時，不能忽略框架結構中樓梯的作用。樓梯參與整體建模后，結構的自振周期減小，最大水平位移和層間位移減小，剛度增大，最大地震反應力增大。由于樓梯的存在，造成結構水平方向剛度突變，使結構扭轉變形加劇。樓梯采用滑動連接和鉸接方式連接，相對于樓梯剛接，可以有效降低結構的剛度，減少地震中樓梯構件的破壞。在彈塑性階段，塑性鉸首先出現在樓梯構件中，所以應該采取設計和構造措施予以加強。

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