淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

摘 要：地震作為人類目前無(wú)法預(yù)測(cè)的自然災(zāi)害，對(duì)建筑物的破壞是巨大的。為了保護(hù)人類生命及財(cái)產(chǎn)安全，建筑工程必須要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)抗震設(shè)計(jì)給予充分的考慮。近年來(lái)，抗震設(shè)計(jì)水平在廣大專家及工程參與者的共同努力下有著顯著提升。本文首先論述了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)，然后再進(jìn)一步論述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)方法，以供工程界認(rèn)識(shí)研討。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計(jì)原則；結(jié)構(gòu)體系

1、引言

我國(guó)目前正處于城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展階段，房屋建設(shè)正成為這一階段的主要工作。抗震設(shè)計(jì)是房屋建筑的一項(xiàng)基本要求。在我國(guó)，由于地震造成房屋建筑在不同程度上出現(xiàn)了一定損壞，所以應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就加強(qiáng)房屋的抗震水平，把安全隱患消化在萌芽狀態(tài)。

2、建筑抗震設(shè)計(jì)的原則

（1）多道抗震防線的概念設(shè)計(jì)

多道抗震設(shè)計(jì)防線是抗震設(shè)計(jì)中的重要概念，它是指建筑中的各構(gòu)件均具有較好的延性來(lái)增加建筑整體分散震動(dòng)沖擊的能力。使建筑受到的損壞能夠有效轉(zhuǎn)移。比如，在結(jié)構(gòu)形式上，應(yīng)選擇多肢墻而非單肢墻，選擇框架剪力墻結(jié)構(gòu)而非純框架結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)由于剪力墻剛度大，框架剛度小，在地震中剛度大的構(gòu)件吸收的地震力大，從而使剪力墻成為抗震的首道防線，框架變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)的二道防線?？拐鸱谰€的設(shè)計(jì)是提高建筑抗震性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此必須給予高度的重視。

（2）強(qiáng)柱弱梁原則，強(qiáng)剪弱彎原則

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員要解決的實(shí)際問(wèn)題非常多且繁瑣。針對(duì)各種問(wèn)題應(yīng)遵循一個(gè)重要的原則就是“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎原則”，它是指使框架結(jié)構(gòu)塑性鉸出現(xiàn)在梁端的設(shè)計(jì)要求，用以提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止在大震作用下倒塌?！皬?qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”不僅是手段，也是目的。通過(guò)人為放大柱端彎矩后，在柱的抗彎能力得到提升；而通過(guò)放大梁的剪力，使得塑性鉸先出現(xiàn)在梁端而不是跨中，從而有效的提高了在大震作用下建筑物的抗倒塌能力。

（3）薄弱層的處理

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中尤其是框架結(jié)構(gòu)往往會(huì)出現(xiàn)薄弱層，對(duì)此種情況設(shè)計(jì)者因高度重視。所謂薄弱層是指在地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件在進(jìn)入彈塑性階段后，薄弱層構(gòu)件會(huì)先于其他構(gòu)件破壞從而失去承載能力。因此薄弱層的處理對(duì)于提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力有著非常關(guān)鍵的作用。通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置或增大柱截面及柱內(nèi)箍筋全高加密等手段對(duì)薄弱層進(jìn)行處理。

3、建筑抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

（1）建筑物選址

在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求中，合理的選址是最基本的條件之一。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010） 3.3.1條（強(qiáng)制性條文）明確指出，選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要和地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，對(duì)抗震有利、一般、不利和危險(xiǎn)地段做出的綜合評(píng)價(jià)。對(duì)不利地段，應(yīng)提出避開(kāi)要求；當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí)應(yīng)采取有效的措施。對(duì)危險(xiǎn)地段，嚴(yán)禁建造甲、乙類的建筑，不應(yīng)建造丙類的建筑。

對(duì)于一些軟土地基，也必須要進(jìn)行充分的處理，才能夠進(jìn)行房屋建筑。另外，對(duì)于地震可能引起的次生災(zāi)害問(wèn)題，也必須高度重視，進(jìn)一步保證選址的正確性。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范中的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到相關(guān)規(guī)范對(duì)抗震設(shè)計(jì)的具體要求。并在認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上加以理解，做到在具體設(shè)計(jì)中能嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范中的條條框框。規(guī)范中對(duì)于抗震設(shè)計(jì)的要求點(diǎn)比較多，比如說(shuō)房屋高寬比、周期、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制、配筋率、軸壓比、剪壓比、強(qiáng)柱弱梁調(diào)整、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整、體積配箍率等等。要做到嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，這就要求設(shè)計(jì)人員在平時(shí)工作中不斷從實(shí)際工程中積累、應(yīng)用、再積累、再應(yīng)用，最終做到融會(huì)貫通。

（3）平面結(jié)構(gòu)與立面結(jié)構(gòu)規(guī)則性的合理把控

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常是根據(jù)建筑專業(yè)所提要求進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)的。很多設(shè)計(jì)人員并沒(méi)有參與到建筑物的方案設(shè)計(jì)，這就會(huì)造成很多建筑物平面和立面不規(guī)則，甚至很多建筑物嚴(yán)重不規(guī)則，對(duì)建筑物抗震設(shè)計(jì)本身帶來(lái)了極大的難度?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010條文3.4.1條（強(qiáng)制性條文）明確指出，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的要求明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)側(cè)的建筑 應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)側(cè)的建筑應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。在日常工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)更多的參與建筑物的方案設(shè)計(jì)，從方案設(shè)計(jì)階段就將抗震設(shè)計(jì)的概念融入其中。

4、抗震設(shè)計(jì)方法

（1）重視概念設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在日常工作中要多參與方案設(shè)計(jì)，力求建筑物形體規(guī)則，抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，側(cè)向剛度豎向宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自上而下逐漸減小，避免側(cè)向剛度和承載力突變，使得建筑物從根本上就具有良好的抗震能力。

（2）結(jié)構(gòu)體系的選用

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑物的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑物高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料等因素經(jīng)綜合比較后確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑，并應(yīng)具有良好的變形能力和消耗地震能量的能力。目前結(jié)構(gòu)類型主要分為框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)及筒中筒結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員在選用中應(yīng)根據(jù)具體工程情況合理選用。

（3）軸壓比控制

抗震設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要目的就是提高建筑物構(gòu)件的延性。通過(guò)提高構(gòu)件的延性從而提升整個(gè)建筑物的變形能力，使建筑物具備良好的消耗地震能量的能力。軸壓比是指柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全部截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值。限制軸壓比就是為了保證柱的塑性變形能力和保證框架的抗倒塌能力。實(shí)驗(yàn)證明，軸壓比大，柱的延性??；軸壓比小，柱的延性大。設(shè)計(jì)人員在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)高度重視軸壓比的控制。

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。為了保證人類的生命及財(cái)產(chǎn)安全，做好建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的一項(xiàng)基本要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了能夠?qū)⒖拐鹪O(shè)計(jì)的功能性最大限度發(fā)揮出來(lái)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)多分析此前的抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際建筑的特點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)，為提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平打下良好而又堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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