淺析工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

王梓屹

摘要：伴隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提升，對(duì)于建筑的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的性能提出了新的發(fā)展要求，其中最為典型的就是工民建的施工設(shè)計(jì)，因?yàn)殛P(guān)系到人們的切身利益，因此必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，當(dāng)下，人們?cè)u(píng)價(jià)建筑的整體結(jié)構(gòu)，首先關(guān)心抗震性能是否達(dá)標(biāo)。因而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)問(wèn)題之一就是抗震設(shè)計(jì)。本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：工民建；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)

1導(dǎo)言

隨著地震災(zāi)害的頻發(fā)，對(duì)震中區(qū)域及震中附近區(qū)域的房屋、道路、橋梁等都造成了極大的破壞，尤其是房屋出現(xiàn)大面積的開(kāi)裂、倒塌等情況。為了盡可能地滿足人們的安全需求，必須通過(guò)合理的地基選擇、科學(xué)的建筑設(shè)計(jì)以及堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量保證來(lái)做好建筑工程的抗震工作，進(jìn)而保護(hù)使用者的人力財(cái)力安全。

2地震的危害

地震是一種危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全、破壞性極大的突發(fā)性自然災(zāi)害，地震造成生命、財(cái)產(chǎn)損失的直接原因是建筑物的劇烈震動(dòng)、破壞倒塌。目前預(yù)測(cè)工作沒(méi)有發(fā)展到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的程度。隨著我國(guó)城市化的發(fā)展，人口和財(cái)富向城市高度集中，基礎(chǔ)設(shè)施高度發(fā)達(dá)，地震造成的后果將日益嚴(yán)重。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)同樣飽受地震災(zāi)害之痛?？拐鸱罏?zāi)是一項(xiàng)特殊的社會(huì)公益事業(yè)，它關(guān)系著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防是減輕地震災(zāi)害的重要途徑。目前國(guó)內(nèi)普遍存在的傳統(tǒng)土木、混凝土結(jié)構(gòu)建筑遇強(qiáng)震極易倒塌，是地震災(zāi)難造成傷亡的首要因素。

3建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

3.1不夠重視建筑抗震的問(wèn)題

從2008年汶川發(fā)生特大地震以來(lái)，我們國(guó)家的其他區(qū)域也相繼發(fā)生了不同等級(jí)的地震情況，地震的發(fā)生給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了不可挽回的損失，追根溯源，導(dǎo)致出現(xiàn)這種嚴(yán)重情況發(fā)生的主要原因就是我們的建筑物對(duì)于抗震方面做得不夠好。因?yàn)?，現(xiàn)在大多數(shù)的建筑設(shè)計(jì)工作者，在設(shè)計(jì)圖紙的時(shí)候，過(guò)多的考慮其美觀性、適用性，卻很少注重抗震性能，甚至很多方案中，根本沒(méi)有把抗震性能考慮其中，特別容易發(fā)生在一些改建，擴(kuò)建工程中，如此一來(lái)，一旦突發(fā)地震情況，其帶來(lái)的危害是致命的。

3.2選材不科學(xué)

建筑材料的適合與否，與建筑的整體性能起到至關(guān)重要的作用，特別是在那些容易發(fā)生地震的區(qū)域，選擇正確的搭配材料更是重中之重。目前，我國(guó)大多數(shù)的建筑結(jié)構(gòu)都采用混凝土進(jìn)行施工，同時(shí)以結(jié)構(gòu)位移量為主要的參考依據(jù)。如果選用的建筑材料在性能方面不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，就會(huì)引發(fā)建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生大幅度的變形和位移，特別是如果框架的剛度過(guò)小，無(wú)法承受變形和位移產(chǎn)生的應(yīng)力，會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生負(fù)荷，還影響抗震效果。

3.3施工單位素質(zhì)較低

一些建筑施工單位在建筑項(xiàng)目施工過(guò)程中，為了節(jié)約建筑成本以獲得不正當(dāng)?shù)睦妗Ｔ诰唧w的施工過(guò)程中偷工減料，使用劣質(zhì)的建筑材料或是不按標(biāo)準(zhǔn)使用足量的材料，惡意的扣減施工材料的投入使用。這些都會(huì)對(duì)建筑房屋的質(zhì)量造成極大的負(fù)面效應(yīng)，建筑物的抗震效果也會(huì)隨之下降。例如，在建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在支柱的位置應(yīng)該使用五根鋼筋才能最大限度的確保建筑物良好的抗震效果，但是一些無(wú)良的施工單位就會(huì)心存僥幸地只使用三根鋼筋。毋庸置疑，建筑物的抗震的效果肯定達(dá)不到國(guó)家建筑行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)也無(wú)法應(yīng)對(duì)地震的沖擊。

4工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

4.1選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)形式

目前建筑結(jié)構(gòu)形式主要包括框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、框架剪力墻、剪力墻結(jié)構(gòu)以及整體承載式鋼結(jié)構(gòu)等?？梢哉f(shuō)不管是選擇哪一種建筑結(jié)構(gòu)形式，只要是合理的并且高度與其結(jié)構(gòu)形式是相匹配的，那么就是具有抗震性能的。此外，同等條件下進(jìn)行比較，由于磚混結(jié)構(gòu)的主要承重材料為磚砌體，為脆性材料，抗震性能較差，框架結(jié)構(gòu)稍好，框架剪力墻及整體承載式輕鋼結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)于前兩種。鋼結(jié)構(gòu)是當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家住宅建設(shè)的主流，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐美國(guó)家，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑已占到全部建筑總量的65%左右，在日本占到了三分之一左右。為什么要選擇鋼結(jié)構(gòu)呢？除了鋼結(jié)構(gòu)易于生產(chǎn)、施工，可重復(fù)利用、極好的環(huán)保節(jié)能性之外，它顯著的抗震防災(zāi)能力也是最主要的原因。由于鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)延展性極佳，抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度很高，使用壽命達(dá)百年以上，被認(rèn)為是目前最適用的抗震建材，在地震多發(fā)地區(qū)的應(yīng)用尤為廣泛。

4.2設(shè)置多道抗震防線

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)置多道抗震防線是十分必要的。假如建筑物應(yīng)用的是多重抗側(cè)力體系，在強(qiáng)烈的地震作用下第一道防線的抗側(cè)移構(gòu)件產(chǎn)生破壞之后，之后的第二道、第三道等防線的抗側(cè)力構(gòu)件立即接替，繼續(xù)對(duì)之后的地震的沖擊力進(jìn)行抵擋，這樣能夠最大限度的保證建筑物的安全和穩(wěn)定，避免建筑物出現(xiàn)倒塌的情況。對(duì)于純框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用“強(qiáng)柱弱梁”型結(jié)構(gòu)，梁充當(dāng)?shù)谝坏婪谰€，柱充當(dāng)?shù)诙婪谰€。雙重抗側(cè)力體系在抗御地震時(shí)，具有兩道防線，一道是支撐或墻體，一道是框架。

4.3可靠的建筑質(zhì)量

地震是發(fā)生頻率較低但是具有極強(qiáng)破壞的、超出人力控制范圍的自然災(zāi)害。鑒于其巨大的破壞力，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須將其考慮在內(nèi)，并且根據(jù)地震可能的等級(jí)采取不同的設(shè)計(jì)策略。無(wú)論采取何種設(shè)計(jì)策略都不可能離開(kāi)可靠的建筑質(zhì)量，因此我們可以將可靠的建筑質(zhì)量視作抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素之一。確?？煽康慕ㄖ|(zhì)量，首先要保證建筑材料的可靠，即采購(gòu)建筑材料的時(shí)候要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān)，避免混入殘次產(chǎn)品或者不合格產(chǎn)品，影響整個(gè)建筑工程的總體水平；其次，可靠的建筑質(zhì)量需要扎實(shí)的理論支持，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要以相關(guān)設(shè)計(jì)原則作為理論支撐，盡可能地提高抗震設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性；最后，可靠的建筑質(zhì)量需要專業(yè)的建筑人才來(lái)保證，建筑工程是一項(xiàng)門(mén)檻較低的行業(yè)，但是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)施卻具有一定的操作難度，因此抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分必須交由專門(mén)的設(shè)計(jì)部門(mén)進(jìn)行。

4.4結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的原則及方法

結(jié)構(gòu)抗震的過(guò)程中，在驗(yàn)算水平地震作用效應(yīng)時(shí)，在我們?cè)O(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向要分別考慮這兩個(gè)主軸的水平地震作用，并且我們應(yīng)該進(jìn)行抗震驗(yàn)算，我們的結(jié)構(gòu)建筑不同方向的水平地震作用需要各個(gè)方向抗側(cè)力構(gòu)件來(lái)進(jìn)行承擔(dān)。而一些斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)它們的相交角度大于15°這時(shí)我們需要分別計(jì)算出它們的每個(gè)抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用的情況，特別是一些結(jié)構(gòu)質(zhì)量剛度的分布明顯不對(duì)稱，那么我們就要考慮雙向水平作用下的扭轉(zhuǎn)，我們需要調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法；8、9度的大跨度、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，9度的高層建筑，我們要考慮豎向地震作用。計(jì)算方法則是高度不超過(guò)40m的情況，結(jié)構(gòu)是要以剪切變形為主的，質(zhì)量剛度分布的較為均勻等為主，采用底部剪力法等簡(jiǎn)化方法。而其他的一般都運(yùn)用振型分解反應(yīng)譜法。而對(duì)于那些特別不規(guī)則的、超高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。

4.5加強(qiáng)薄弱部位的抗震能力

考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑抗震性能的環(huán)節(jié)，首先應(yīng)該重點(diǎn)把握的部位就是建筑的薄弱層面。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，建筑薄弱部位的承載能力會(huì)直接受到構(gòu)件承重的影響，所以，提升建筑薄弱部位抗震性能的前提就是精準(zhǔn)計(jì)算構(gòu)件的具體承載能力。與此同時(shí)，在對(duì)抗震薄弱部位進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要特別注意不能把眼光都放在增強(qiáng)局部的強(qiáng)度和承載力方面，要保持建筑的整體協(xié)調(diào)性，站在整體的角度對(duì)建筑的抗震性能做好合理的加強(qiáng)措施，才能收到良好的效果。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，地震的產(chǎn)生會(huì)對(duì)人們的生命以及財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生巨大的影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是十分重要的和必要的。在建筑物機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中加入抗震設(shè)計(jì)是勢(shì)在必行的，不僅有助于提高建筑物整體的穩(wěn)定性，還對(duì)人們?nèi)松碡?cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定起到了巨大的積極作用。

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