建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)淺析

文/ 付艷強(qiáng) 河北晶程建筑設(shè)計(jì)有限公司 河北滄州 061000

地震是一種破壞力較強(qiáng)的自然災(zāi)害，主要損害建筑結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致承重構(gòu)件或地基失去作用。現(xiàn)如今，人們還不能深入的認(rèn)識(shí)到地震的損壞機(jī)理，直接影響了抗震計(jì)算的精確性。概念設(shè)計(jì)是一種指導(dǎo)總體方案開(kāi)展的方法，良好的概念設(shè)計(jì)不僅給日后建筑工程結(jié)構(gòu)計(jì)算及工程造價(jià)等奠定基礎(chǔ)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了抗震設(shè)計(jì)的目的，具有較廣的應(yīng)用意義，必須及時(shí)進(jìn)行分析。

1、建筑抗震設(shè)計(jì)

目前隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì)，可利用基于性能結(jié)構(gòu)抗震現(xiàn)場(chǎng)理論、材料抗震模糊可靠度等方法進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)。但是建筑地震災(zāi)害依然在反復(fù)發(fā)作，雖然很多建筑設(shè)計(jì)師已經(jīng)認(rèn)識(shí)到以上技術(shù)的局限性，但是由于建筑結(jié)構(gòu)還會(huì)受到地形、規(guī)劃、工程造價(jià)、施工技術(shù)等多方面因素影響，導(dǎo)致“概念設(shè)計(jì)”開(kāi)始被人們重視起來(lái)，并加大了對(duì)其的研究。概念設(shè)計(jì)不僅完善了建筑結(jié)構(gòu)，同時(shí)綜合全面的分析了地震所產(chǎn)生的影響，掌握了地質(zhì)活動(dòng)破壞機(jī)制，并可以綜合全面的了解抗震設(shè)計(jì)規(guī)范與準(zhǔn)則，在長(zhǎng)期實(shí)踐中還可以不斷提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平。

2、建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)遵循的原則

2.1 建筑選址并確定地基穩(wěn)定條件

合理的規(guī)劃選址已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)整體質(zhì)量具有很大影響。實(shí)際操作中要求規(guī)避地震不利地段，盡量選擇安全穩(wěn)定的建筑場(chǎng)地，如果受各方面因素影響，導(dǎo)致實(shí)際操作中無(wú)法避開(kāi)不利地段，必須結(jié)合實(shí)際情況采取針對(duì)性的措施，提高地基穩(wěn)定性與安全性。現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中明確指出，結(jié)構(gòu)單元中個(gè)別應(yīng)地質(zhì)因素而采用天然地基或樁基的做法不可取，尤其是不允許在地震高發(fā)段建設(shè)建筑物。地震作用力較強(qiáng)，一般會(huì)引起承載力降低或出現(xiàn)基土液化，進(jìn)而影響了地基穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)建筑開(kāi)裂、傾斜和倒塌等問(wèn)題。同時(shí)受地震影響所產(chǎn)生的滑坡、泥石流等情況也與建筑選址密切聯(lián)系，保證建筑基礎(chǔ)穩(wěn)定已經(jīng)成為提高抗震力的核心條件。

2.2 選擇有利于建筑的立面或平面

為了避免地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中、扭曲或塑性變形等問(wèn)題，要求建筑平、立面必須合理設(shè)置，一般要求建筑物的平、立面布置對(duì)稱，同時(shí)質(zhì)量和剛度均勻，盡量避免樓蓋錯(cuò)層。實(shí)際操作中可從兩反面操作，一方面，不設(shè)抗震逢，對(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析，了解局部應(yīng)力和變形集中及扭轉(zhuǎn)等的影響，并采取加強(qiáng)措施進(jìn)行處理。另一方面，設(shè)置抗震縫，將建筑物劃分為很多結(jié)構(gòu)單元，可結(jié)合抗震設(shè)防強(qiáng)度、材料種類、結(jié)構(gòu)型號(hào)及單位布置，并留有足夠的寬度，要求伸縮縫與沉降縫滿足防震縫要求。控制好建筑剛度與質(zhì)量變化，各個(gè)樓層不能錯(cuò)層，條件允許時(shí)可在每層設(shè)置防震縫，可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際情況設(shè)置。一般體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑必須給其設(shè)置計(jì)算模型，并展開(kāi)抗震分析。

2.3 選擇科學(xué)合理的抗震結(jié)構(gòu)體系

抗震結(jié)構(gòu)體系要求從建筑重要程度、房屋高度、地基基礎(chǔ)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及使用等多方面進(jìn)行判斷。通常選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，必須滿足以下條件：（1）具有詳細(xì)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，并有恰當(dāng)?shù)膫鬟f地震途徑；（2）具有較強(qiáng)的強(qiáng)度、耗能及變形能力；（3）設(shè)置多道地震防線，避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)整體構(gòu)件造成影響；（4）控制好強(qiáng)度與剛度，避免局部形成薄弱部位或者應(yīng)力或塑性變形集中；（5）控制好結(jié)構(gòu)在兩主軸之間的動(dòng)力特性。設(shè)計(jì)構(gòu)件連接時(shí)，要求滿足以下條件：（1）構(gòu)件節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不能低于連接構(gòu)件強(qiáng)度；（2）裝配結(jié)構(gòu)連接整體性必須得到保證；（3）預(yù)埋件錨固強(qiáng)度不能低于連接構(gòu)件強(qiáng)度。選擇抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，要求滿足以下要求：（1）砌體結(jié)構(gòu)必須結(jié)合施工要求，合理設(shè)置混凝土圈梁與構(gòu)造柱，提高結(jié)構(gòu)抗震水平；（2）設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，要求控制好其尺寸，避免出現(xiàn)局部或整體構(gòu)件失穩(wěn)；（3）混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須合理選擇尺寸，配置好箍筋與縱向鋼筋，避免剪切在彎曲前破壞，同時(shí)要求混凝土壓潰先于鋼筋屈服、鋼筋錨固粘接在構(gòu)件破壞前損壞。

2.4 計(jì)算校核的必要性

目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，而且應(yīng)用范圍較廣，實(shí)際分析中，可應(yīng)用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件完成設(shè)計(jì)與校核。軟件是輔佐校核的工具，實(shí)際操作中為了提高校核效果，必須由具有豐富經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)人員分析，同時(shí)掌握軟件的適用范圍、條件、計(jì)算模型等，深入理解設(shè)計(jì)規(guī)范，而且要端正自己對(duì)待工作的態(tài)度，只有如此，才能反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而將精確校核的計(jì)算結(jié)果成功應(yīng)用到工程項(xiàng)目建設(shè)中。

3、正確處理主體結(jié)構(gòu)與非承重結(jié)構(gòu)的關(guān)系

主體結(jié)構(gòu)與非承重結(jié)構(gòu)關(guān)系的處理已經(jīng)成為抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，具有減少地震損失及避免附加震害的作用。附屬結(jié)果構(gòu)件要求必須與主體結(jié)構(gòu)或錨固穩(wěn)定連接，避免實(shí)際操作中出現(xiàn)設(shè)備損害或砸到人員等問(wèn)題出現(xiàn)。設(shè)置圍護(hù)墻與隔墻時(shí)，必須綜合考核結(jié)構(gòu)抗震所產(chǎn)生的不利影響，避免設(shè)置不恰當(dāng)損害主體結(jié)構(gòu)。例如，廠房柱間或框架填充不完整時(shí)，就會(huì)損壞柱子。此外，吊掛件、裝飾貼面與幕墻均要與主體合理連接，避免地震時(shí)造成人員傷害。

4、控制好材料與施工質(zhì)量

材料選擇與施工質(zhì)量控制對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很大作用，不僅提高了施工質(zhì)量，還保證了其他工序的順利開(kāi)展。目前抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)材料與施工質(zhì)量提出了要求，必須在設(shè)計(jì)文件中明確，具體操作如下：（1）黏土磚等級(jí)要求不低于MU10，同時(shí)控制好砌筑砂漿強(qiáng)度與等級(jí)，不呢低于M5；（2）混凝土抗震與強(qiáng)度等級(jí)均使用一級(jí)框架梁、柱與節(jié)點(diǎn)，要求不能低于C30，芯柱、基礎(chǔ)與圈梁不應(yīng)低于C30，其他構(gòu)件不能低于C20；（3）混凝土小型砌塊強(qiáng)度控制在MU7.5，要求砌筑砂漿強(qiáng)度在M7.5以上；（4）控制好鋼筋強(qiáng)度，要求縱向鋼筋使用Ⅱ、Ⅲ級(jí)變形鋼筋，箍筋為Ⅰ、Ⅱ熱軋鋼筋，構(gòu)造柱與芯柱使用Ⅰ、Ⅱ級(jí)鋼筋。進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，由于實(shí)際設(shè)計(jì)中缺少規(guī)定的鋼筋型號(hào)，使用其他規(guī)格型號(hào)的替代時(shí)，不能使用屈服強(qiáng)度較高的鋼筋替代原始鋼筋。實(shí)際替換中可結(jié)合截面實(shí)際屈服強(qiáng)度合理?yè)Q算，并要求替代后構(gòu)建曲面屈服強(qiáng)度不能超過(guò)原截面屈服強(qiáng)度。此種操作的主要目的是減少了薄弱部位轉(zhuǎn)移，避免了混凝土脆性損壞，如剪切破壞或混凝土壓碎等問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)：

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)一項(xiàng)較系統(tǒng)的工程，改變以計(jì)算為中心的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、評(píng)估與校核，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者多年經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)規(guī)范的結(jié)合，避免了盲目開(kāi)展計(jì)算工作，對(duì)抗震設(shè)計(jì)創(chuàng)造了獨(dú)特的發(fā)展空間，并真實(shí)展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)情況，進(jìn)而科學(xué)合理的進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

[1]朱丙寅.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用于分析GB50011-2010.2011.9.

[2]《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB5022-2008.2008.9

[3]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010.2010.08.