建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的作用及其要點

康澤龍

摘 要：我國近年來由于地震房屋倒塌給人們帶來巨大的損失，對于建筑抗震性能的關(guān)注也在不斷的提高。只有提高建筑的抗震性能才能減少在地震中的損失，建筑的抗震性能在很大程度上要取決于建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞。文章著重分析建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計對于抗震的作用以及設(shè)計抗震的建筑結(jié)構(gòu)需要關(guān)注的要點，希望對于提高建筑的抗震性能有所幫助。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計；作用；要點

中圖分類號：TU352 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0130-02

Abstract： In recent years， due to the collapse of buildings in China， great losses have been caused to people， and attention to the seismic performance of buildings is also increasing. Only by improving the seismic performance of the building can we reduce the loss in the earthquake. The seismic performance of the building depends to a great extent on the seismic performance of the building structure. This paper focuses on the analysis of the effect of structural engineering design on earthquake resistance and the key points to be paid attention to in the design of aseismic building structures， in the hope that it will be helpful to improve the seismic performance of buildings.

Keywords： building structure； aseismic design； function； key points

1 建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的基本理念

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）中對于抗震設(shè)計提出了明確的要求，即“三水準(zhǔn)、兩階段”，“三水準(zhǔn)”要求建筑物在地震中能夠達(dá)到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的要求，“兩階段”是針對建筑結(jié)構(gòu)來說的，當(dāng)建筑多次遭受比所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度低的地震，也就是建筑遭遇第一設(shè)防烈度地震，其結(jié)構(gòu)的變形處于自身彈性變形范圍內(nèi)，這樣的地震對于建筑幾乎沒有影響，地震后不影響建筑的繼續(xù)使用。在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的過程中，對于其結(jié)構(gòu)的承載力極限的驗算需要滿足經(jīng)歷多次地震而不變形或者是形變依舊處于彈性形變的范圍內(nèi)。當(dāng)建筑受到第二設(shè)防強(qiáng)度的地震，也就是地震的烈度與建筑所在地區(qū)的設(shè)防抗震烈度相當(dāng)?shù)臅r候，由于建筑結(jié)構(gòu)的形變超出了它的彈性形變范圍，建筑雖有不同程度的損傷但經(jīng)過修復(fù)還是不影響它的正常使用。對于文物古跡建筑來說，在設(shè)計其結(jié)構(gòu)的時候幾乎沒有考慮它的抗震性能，為了降低地震對它們的損害，有必要對于它們的結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行抗震設(shè)計。對于建筑的抗震性能我國有明確的規(guī)定，建筑不管是新建還是擴(kuò)建都需要按照 《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》的相關(guān)規(guī)定來實施。

2 建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的作用

在地震中，建筑物的坍塌會導(dǎo)致大量的人員傷亡，為了降低地震給人們帶來的傷害，在修建建筑的時候就要提高它的抗震性能，其中建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震性能是整個抗震性能的關(guān)鍵，建筑結(jié)構(gòu)在建筑抗震性能中的作用表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）減少地震對建筑的破壞作用。為了降低地震對建筑物的損害，如今常用的方法就是在建筑的基礎(chǔ)與主體之間加設(shè)一個隔震層，在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有的設(shè)計人員通過在建筑頂端加設(shè)“反擺”來降低地震對建筑的損害，加設(shè)“反擺”是通過降低地震沖擊力向建筑運動的加速度，使建筑物的位移相反，降低地震對建筑的損害。通過研究發(fā)現(xiàn)，合理加設(shè)“反擺”可以將地震對建筑物的沖擊力降低六十五個百分點，最大限度的保護(hù)了室內(nèi)人員的安全。目前我國對于通過在建筑物頂端加設(shè)“反擺”的方式來降低地震對建筑物影響的研究有很多，并取得了顯著的成績。在實際的建筑工程建設(shè)中它的應(yīng)用也不少，事實證明，它對于降低地震對建筑物的損害也確實很有成效。（2）確保建筑的剛度。對于建筑剛度的重要性在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的過程中就要對其進(jìn)行充分考慮，在修建建筑的時候會用到大量的鋼筋混凝土，而且還會進(jìn)一步在鋼筋混凝土的基礎(chǔ)上使用“鋼結(jié)構(gòu)”再一次進(jìn)行加固，在這個過程中會因為建筑功能使用不同的加固措施，一種是根據(jù)建筑需要在鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步加層，這種情況下的建筑一般上層是鋼結(jié)構(gòu)而下層是鋼筋混凝土，一個建筑中有兩種不同的體系結(jié)構(gòu)這不符合國家的抗震規(guī)范。另一種是整個建筑的抗震結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土所修建的主體部分而建筑的房蓋部分利用鋼結(jié)構(gòu)，對于這種情況的抗震設(shè)計需要根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行。（3）加強(qiáng)整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。為了增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的時候首先要考慮地基穩(wěn)定性對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。在選取建筑地基的時候盡可能的選取有利于抗震，地基在地震中變形小的地方修建建筑。其次要充分利用地基的抗震能力，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，將地基的潛能最大限度的融入到其中，同一性質(zhì)的地基上只能修建相同建筑結(jié)構(gòu)單元的建筑。為了避免因地震作用力集中而導(dǎo)致建筑物扭曲的情況，在設(shè)計與實際的修建過程中，要盡可能的將建筑結(jié)構(gòu)做到規(guī)則和對稱，這也可以有效的減少建筑因地震而發(fā)生形變。除此之外，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的時候最好多加幾道抵抗線，避免出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)受力不均的情況，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的時候要明確各部分的受力情況。最后，為了更有效的緩解建筑在地震沖擊作用下的影響，可以通過減輕建筑結(jié)構(gòu)自身重量的方式來降低地基所承受的壓力來實現(xiàn)。（4）建筑抗震的防設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。目前我國的建筑根據(jù)自身的功能分為四類，其中甲、乙兩類建筑的抗震性能最好，對于抗震設(shè)防烈度達(dá)到了6～8度，結(jié)合地區(qū)的實際情況可以將建筑的抗震設(shè)防烈度再適當(dāng)?shù)奶岣咭粋€度也是可以的。丙類建筑和乙類建筑的抗震設(shè)防都是結(jié)合當(dāng)?shù)氐恼笤O(shè)定的，它們的抗震措施有所差異，丙類建筑的抗震措施至少要達(dá)到當(dāng)?shù)氐男枨?，而乙類建筑的抗震措施可以比?dāng)?shù)氐男枨蟮鸵稽c，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的時候，要參考這些建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計。

3 建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的要點

為了能夠有效的降低在地震中房屋倒塌給人員帶來的傷亡，在建筑過程中有必要提高建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中的抗震性能，以此來提高整個建筑的抗震設(shè)防，對于建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計可以從以下幾個方面來進(jìn)行：（1）提升建筑抗震設(shè)計的等級。在對地震災(zāi)害進(jìn)行分析時一般將50年作為一個周期進(jìn)行分析，經(jīng)過大量的研究表明，小地震一般50年左右就會出現(xiàn)一次，小震災(zāi)害超過抗震設(shè)計安全烈度的概率超過60%。平均475年就有一次中型地震的出現(xiàn)，中震災(zāi)害已經(jīng)超過抗震設(shè)計安全烈度的概率為10%。發(fā)生大型地震的周期比較長，大概兩千年左右才會出現(xiàn)一次，大震災(zāi)害超過抗震設(shè)計安全烈度的概率為2%。我國建筑的抗震等級應(yīng)該根據(jù)地區(qū)進(jìn)行調(diào)整，一些建筑工程設(shè)計專家表明，應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣呶覈卣鸲喟l(fā)地帶建筑的抗震等級，對于這些地帶建筑的抗震設(shè)計要必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，確保建筑抗震落到實際的工程建設(shè)中，提高整個建筑的抗震性能，確保人們有一個相對安全的生活環(huán)境。（2）保證建筑工程材料的質(zhì)量。建筑工程體系、抗震防線以及建筑施工方案等因素都會對建筑工程抗震性能造成很大的影響，絕大多數(shù)的情況下除了這些因素之外，所選取的建筑材料對建筑抗震性能也有很大的影響。建筑的抗震性能受建筑材料強(qiáng)度以及剛度的影響比較大，此外，建筑的抗震性能還會受到建筑材料連續(xù)性以及均衡性的影響，所以在選取建筑材料的時候，不僅要根據(jù)建筑體系來確定所需的建筑材料，還要選取剛度、強(qiáng)度、延展性以及均衡性好的建筑材料，只有使用這樣的建筑材料修建的建筑才能夠有效地提高建筑的抗震性能。（3）對于建筑的重點部位進(jìn)行重點設(shè)防。不同建筑的同一位置，同一建筑的不同位置由于其功能不同，在施工過程中需要區(qū)別對待，特別是建筑修建過中容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，必要時可以人為的對其進(jìn)行加強(qiáng)，比如在設(shè)計煤礦井口建筑的時候，如果將驅(qū)動裝置安置在井口房的樓板上，由于該區(qū)域不僅關(guān)系煤礦的生產(chǎn)而且它的震動和拉力都比較大，所以在設(shè)計過程中應(yīng)該對其重點加強(qiáng)。應(yīng)該做加強(qiáng)處理的部分除此之外還有發(fā)生地震之后容易出現(xiàn)大面積建筑倒塌的構(gòu)件。（4）建筑中軸壓比和短柱的設(shè)計。為了在建筑設(shè)計過程中有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，應(yīng)盡可能通過增大柱子的截面尺寸來減小柱子的軸壓比，減小柱子的軸壓力可以通過增大柱子的受力面積，來有效避免鋼筋因縱向受力導(dǎo)致其彎曲，發(fā)生混凝土被壓碎的情況。由于建筑中柱子的剛度與強(qiáng)度較高，所以整個建筑的延展性相對來說就差一些，這使得建筑對于地震的能量不管是吸收還是消耗上都很有限，在地震中建筑的結(jié)構(gòu)及易遭到破壞。為了降低地震對建筑結(jié)構(gòu)的損壞力度，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的過程中通常利用弱梁來彌補(bǔ)強(qiáng)柱延展性的不足，由于梁在一定的范圍內(nèi)可以適當(dāng)?shù)淖冃?，再加上適當(dāng)?shù)脑龃笾拥妮S壓比，所以在地震中柱子所承受的壓力可以有效的得以緩解，對于高層建筑來說，底層柱子的長細(xì)比值不得超過4，短柱的剪跨比不得超過2。（5）對于建筑結(jié)構(gòu)工程體系的選取要合適。選取合適的建筑工程體系對于整個建筑物的質(zhì)量有很大作用。在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)工程時，要保證其結(jié)構(gòu)體系同時滿足穩(wěn)定和合適兩個條件。一個科學(xué)的建筑工程體系不僅能夠滿足結(jié)構(gòu)在適當(dāng)范圍內(nèi)變形的要求，而且能夠緩解地震產(chǎn)生的沖擊力，降低地震對建筑物的破壞。建筑物只有具備合理的剛度才能夠承受自身所帶來的負(fù)荷，同時建筑不會輕易發(fā)生形變，這樣才能夠有效的緩沖地震產(chǎn)生的沖擊力，避免建筑物因受力不均造成嚴(yán)重的局部影響。所以在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)抗震時，對于建筑的結(jié)構(gòu)要做一個適當(dāng)?shù)倪x擇，不管是對于建筑的傳力途徑還是關(guān)于受力的計算都要進(jìn)行明確，轉(zhuǎn)換層盡可能不在建筑工程體系中使用。（6）建筑形體與結(jié)構(gòu)布置的規(guī)則性。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則以及樓板局部不連續(xù)都是平而不規(guī)則的具體表現(xiàn)。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則主要表現(xiàn)在位移與周期上，位移的范圍應(yīng)該保持在1.2～1.5之間，周期不超過A級高度建筑的0.09，豎向剛度不規(guī)則就是本層的側(cè)向剛度不得低于與它相鄰上一層的側(cè)向剛度的70%，不得低于與它上面相鄰三個樓層的側(cè)面剛度相的80%，它主要包含了三個方面，即測向剛度不規(guī)則、抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)以及樓層承載力突變。如果建筑模型的結(jié)構(gòu)與設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)之間存在差異，必須得對模型進(jìn)行重新設(shè)計，通過調(diào)節(jié)建筑梁的布置以及柱子的橫截面積對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范。如果通過調(diào)整這些部位還是滿足不了建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)范性，也可以通過加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的薄弱部位來規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

由于地震自身的不確定性，所以人們對于它不能夠?qū)嵤┯行У念A(yù)防措施，只能夠通過加強(qiáng)建筑的抗震性能來降低地震對建筑物的損傷。提高建筑抗震性能可以通過對建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計在建筑抗震性能中的作用來實現(xiàn)。

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