建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)分析

武 彥 章

(山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030012)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)分析

武 彥 章

(山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030012)

分析了地震破壞建筑結(jié)構(gòu)的主要原因，介紹了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則，闡述了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，并結(jié)合實(shí)例探討了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的框架側(cè)移計(jì)算，以確保提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

建筑結(jié)構(gòu)，抗震，設(shè)計(jì)

0 引言

當(dāng)出現(xiàn)地震自然災(zāi)害的時(shí)候，將極大影響到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與完全性，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)受到破壞，造成極大的生命以及財(cái)產(chǎn)損失。所以，確保建筑擁有足夠的抗震性能，是進(jìn)行建筑工程設(shè)計(jì)工作中非常重要的內(nèi)容。通過合理的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，可以更好的保證建筑結(jié)構(gòu)安全性，能夠更好的抵御地震災(zāi)害的破壞作用，確保人們的生命以及財(cái)產(chǎn)不遭受損失。設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要依照不同建筑結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，采取差異性的設(shè)計(jì)方案，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，使建筑結(jié)構(gòu)擁有良好的穩(wěn)定性與安全性，保護(hù)人們的生命以及財(cái)產(chǎn)安全。

1 地震破壞建筑結(jié)構(gòu)的原因分析

對(duì)地震災(zāi)害的實(shí)例分析能夠發(fā)現(xiàn)，在地震災(zāi)害中，建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的原因主要有下列三種情況：

1)因?yàn)榈卣饘?dǎo)致較為劇烈的震動(dòng)，使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的移動(dòng)，從而破壞了建筑結(jié)構(gòu)原有的穩(wěn)定性，建筑結(jié)構(gòu)中的連接構(gòu)件發(fā)生斷裂或者是有一些較大的裂痕出現(xiàn)，同時(shí)產(chǎn)生了一定的變形，最終使得建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆的問題。

2)由于地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致軟土出現(xiàn)凹陷以及液化的問題，使得建筑結(jié)構(gòu)的地基受到影響，導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定問題，引起了建筑結(jié)構(gòu)上部出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題。

3)因?yàn)槭艿降卣馂?zāi)害的影響，使得建筑結(jié)構(gòu)周圍的環(huán)境發(fā)生了極大的變化，例如：出現(xiàn)滑坡、山崩、海嘯等現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)遭受到了直接性的破壞。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

2.1建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)原則

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程中，構(gòu)件所擁有的承載力性能以穩(wěn)定性為應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重要內(nèi)容。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程中，要依照“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則。一些性能相對(duì)薄弱的構(gòu)件則要重點(diǎn)加以設(shè)計(jì)，確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能能夠達(dá)到抗震要求。

2.2抗震防線布設(shè)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過程中，延性設(shè)計(jì)工作是最為重要的一項(xiàng)工作。擁有較為優(yōu)良延性的建筑結(jié)構(gòu)，所組合而成的整體，能夠確保不同構(gòu)件之間在抵抗地震災(zāi)害時(shí)可以實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)作。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能多的設(shè)置抗震防線，這樣便能夠有效的避免余震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)帶來的破壞。

2.3建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的強(qiáng)弱原則

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注不同構(gòu)件之間的強(qiáng)弱原則，在強(qiáng)弱兩方面之間應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)?shù)倪M(jìn)行設(shè)計(jì)。在一個(gè)樓層之中，要確保主要的耗能構(gòu)件發(fā)生屈服以后，另外的一些抗側(cè)力構(gòu)件依然處在彈性狀態(tài)，如此才可以確保構(gòu)件的有效屈服能夠維持相對(duì)長的時(shí)間，保證建筑結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能以及延性有所提升。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

3.1場地選擇

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，場地的選擇是非常重要的，也是確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性能提升的關(guān)鍵。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)選擇一些地形較為平坦與開闊的區(qū)域，這樣才能確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能能夠顯著提升。所選擇的場地土質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)擁有相對(duì)優(yōu)良的硬度以及密度，確保土層結(jié)構(gòu)能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)承受載荷的要求。在對(duì)場地進(jìn)行選擇時(shí)，盡量不要選擇軟土、液化土以及采空區(qū)域，防止由于土層結(jié)構(gòu)的性能較差而影響到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。另外，在進(jìn)行場地選擇的過程中，也應(yīng)當(dāng)避開地震斷裂帶區(qū)域，防止建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能受到影響。

3.2材料選擇

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來說，承受載荷的性能很大程度上會(huì)受到材料性能的影響，建筑材料所擁有的塑性以及剛度會(huì)極大影響到建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。要想確保建筑結(jié)構(gòu)擁有較為優(yōu)良的穩(wěn)定性，使用材料的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)該區(qū)域以往的地震災(zāi)害進(jìn)行全面考察，依照地震記錄數(shù)據(jù)，合理的選用材料種類。通常，在確保建筑結(jié)構(gòu)整體性能不受影響的前提下，應(yīng)當(dāng)盡可能的采用一些自重較小的材料，這樣能夠有效的減少地震災(zāi)害帶來的破壞作用。通常采用現(xiàn)澆混凝土建筑材料，能夠確保建筑結(jié)構(gòu)的整體性以及延展性，在遇到地震災(zāi)害時(shí)，能夠抵抗相對(duì)大的側(cè)向位移。不過，相對(duì)于預(yù)制構(gòu)件來說，現(xiàn)澆混凝土材料的成本相對(duì)要高。

3.3空間布置

1)均衡性布置。

發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)， 建筑結(jié)構(gòu)承受的作用力不只是來自一個(gè)方向上，其作用力的方向可能來自于任意的方向。因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保建筑結(jié)構(gòu)具有較好的均衡性，保證建筑結(jié)構(gòu)能夠抵御不同方向上的作用力破壞。

2)簡單性設(shè)計(jì)。

要是建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，那么，要保證建筑結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定的維持力量也會(huì)相應(yīng)的增加，對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的因素也隨之增加。要是建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，則可以更容易的實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。所以，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)在滿足建筑結(jié)構(gòu)功能性的前提下，盡可能的使建筑結(jié)構(gòu)簡單化，有效的減少影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素，確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的提升。

4 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1工程簡介

某建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑工程的總層數(shù)為7層，建筑面積大約為5 800 m2。建筑工程的平面布局為矩形結(jié)構(gòu)，總的長度值為58 m，總寬度值為16 m，建筑結(jié)構(gòu)單層高度值為3.6 m。此建筑工程的梁、柱結(jié)構(gòu)都是應(yīng)用的框架結(jié)構(gòu)，建筑物中房間的開間值是4.8 m，房間的進(jìn)深值為6.6 m。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過程中，通過剪力方法進(jìn)行計(jì)算，框架運(yùn)用彎矩分配方法加以計(jì)算。

4.2地形、地質(zhì)以及地震烈度

在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程中，建筑工程所在區(qū)域的地形以及地質(zhì)情況，會(huì)在很大程度上影響到建筑結(jié)構(gòu)的平面布置設(shè)計(jì)，同時(shí)也會(huì)直接的影響到建筑結(jié)構(gòu)的外形設(shè)計(jì)。建筑工程所處區(qū)域不同，通常所采用的建筑結(jié)構(gòu)形式也會(huì)存在一定的差異。

地震烈度就是在發(fā)生地震災(zāi)害的情況下，在地震波及的范圍之中，特定區(qū)域內(nèi)地面出現(xiàn)震動(dòng)的激烈程度。通常，要是地震烈度不超過6度，則可以認(rèn)為是安全的，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，無需專門設(shè)計(jì)抗震措施。建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)防主要是針對(duì)地震烈度超過6度的區(qū)域。

4.3地震力作用下框架側(cè)移計(jì)算

1)橫向剛度。

針對(duì)框架結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑵鋭澐殖涩F(xiàn)澆混凝土樓面結(jié)構(gòu)以及預(yù)制板樓面結(jié)構(gòu)。為了能夠有效的提升梁結(jié)構(gòu)的剛度值，一般會(huì)通過加大翼緣的方法。對(duì)梁結(jié)構(gòu)截面慣性矩進(jìn)行計(jì)算的過程中，對(duì)于現(xiàn)澆混凝土樓面結(jié)構(gòu)邊框架取I=1.5I0，其中I0代表的是梁結(jié)構(gòu)所擁有的截面慣性矩。對(duì)于中框架結(jié)構(gòu)取I=2.0I0。要是建筑結(jié)構(gòu)屬于裝配式的預(yù)制板樓面結(jié)構(gòu)，那么，邊框架取I=1.2I0，中框架結(jié)構(gòu)取I=1.5I0。

2)橫向地震作用計(jì)算。

由于該建筑工程所在區(qū)域的地質(zhì)類型屬于Ⅱ類地質(zhì)類型，地震烈度為7度設(shè)防區(qū)。對(duì)于結(jié)構(gòu)震動(dòng)周期以及地震影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果為Tg=0.03 s；αmax=0.08。計(jì)算而得的T1值為0.766，在此，將頂點(diǎn)附加作用考慮進(jìn)來，會(huì)使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

依據(jù)底部建立計(jì)算方法計(jì)算而得到基底剪力值，依照之前的地震統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，建筑物受損最為嚴(yán)重的部位通常是建筑結(jié)構(gòu)頂部位置，因此，頂點(diǎn)附加作用會(huì)在很大程度上影響到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。所以，在計(jì)算的過程中，一般要將結(jié)構(gòu)周期以及場地影響效應(yīng)加以考慮，這樣才能確保所得到的計(jì)算結(jié)果更加的準(zhǔn)確。

δn=0.08T1+0.01=0.08×0.766+0.01=0.071。

再對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的橫向總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，得出：

頂點(diǎn)位置的附加水平地震作用為：

ΔFn=δn×FEK=0.071×1 405=100 kN。

5 結(jié)語

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，所涉及的工作非常繁雜，而且貫穿于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程之中。選擇科學(xué)、適宜的抗震設(shè)計(jì)方法，是確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性能提升的關(guān)鍵。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的過程中，要全面的考慮各種因素的影響，根據(jù)不同建筑結(jié)構(gòu)自身情況，采用合理的設(shè)計(jì)方法，確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能能夠滿足抗震要求。

[1] 何傳流.現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)方法研究[J].江西建材,2017(5):24,27.

[2] 蘇士成,吳 巖.建筑結(jié)構(gòu)工程中抗震設(shè)計(jì)的作用[J].建材與裝飾,2017(13):101.

[3] 李義喜.建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)探究[J].江西建材,2017(16):30-31.

Onseismicanddesigninarchitecturaldesign

WuYanzhang

(ShanxiCoalConstructionInspectionCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

The paper analyzes the main reasons for the architectural structures caused by the earthquakes, introduces the principle for the seismic design of the architectural structures, illustrates the main content for the seismic design of the architectural structure, and explores the frame lateral calculation in the seismic design of the architectural structures by combining with the examples.

architectural structure, seismic, design

TU318

A

1009-6825(2017)26-0053-02

2017-07-06

武彥章(1983- )，男，工程師