關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問題的討論

王明宇

摘 要：地震是一種無法抗拒的自然災(zāi)害，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球每年發(fā)生的地震約為500萬次，其中人們可察覺到的有感地震占地震總數(shù)的1%。我國位于世界環(huán)太平洋地震帶與亞歐地震帶之間，地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣，是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。汶川大地震之后，我國對大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范做出了重大調(diào)整和更新，特別是對《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》做出了更為嚴(yán)格的修訂。因此本文根據(jù)平時(shí)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)的積累，主要分析了在當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的事項(xiàng)、涉及的問題以及優(yōu)化的措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)框架；經(jīng)濟(jì)損失；抗震體系；地質(zhì)元素

1 引言

從現(xiàn)階段發(fā)展而言，地震災(zāi)害往往會(huì)對建筑物本身帶來非常嚴(yán)重的破壞，為此在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，理應(yīng)做好抗震設(shè)計(jì)的工作，以此提升建筑物本身穩(wěn)定性、安全性以及使用壽命。一方面可以使得建筑物抵擋外部災(zāi)害的能力進(jìn)一步提升，另一方面還能對居民的生命財(cái)產(chǎn)起到一定的保護(hù)作用，因此有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要涉及三個(gè)方面，分別是場地選擇、施工設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場布置。這其中，場地選擇是確保抗震效果得以發(fā)揮的重要前提。在進(jìn)行場地選擇的時(shí)候，盡可能選擇可以提高抗震效果的地段，確保場地的土質(zhì)能夠滿足施工的基本需求。而對于施工設(shè)計(jì)和布置方面，首先需要確保設(shè)計(jì)方式足夠簡單，提升可操作性，以此將對于造成建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降的因素予以去除。其次確保建筑結(jié)構(gòu)的整體性，從而使得地震過程中產(chǎn)生的巨大能量得以合理傳導(dǎo)，進(jìn)而起到緩解的作用。再者，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要對建筑物自身所能夠承受的作用力予以分析，分析其承受能力，從而對地震災(zāi)害產(chǎn)生的整個(gè)過程進(jìn)行模擬，進(jìn)而提升建筑結(jié)構(gòu)的合理性、安全性以及科學(xué)性。

3 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

（1）具有基礎(chǔ)功能原則。抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，保證建筑結(jié)構(gòu)最基礎(chǔ)的功能是其基本原則，抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不能影響這個(gè)建筑本身的承載能力、延展能力和穩(wěn)定系數(shù)。抗震的原理是將原本建筑中薄弱的部位進(jìn)行加固，將延展性差的部位進(jìn)行材料的疊加，將穩(wěn)定性差的部位進(jìn)行加強(qiáng)使其提高穩(wěn)定性，整個(gè)建筑的穩(wěn)定性也會(huì)提高。（2）抗震防線的多重設(shè)置原則。建筑物的抗震系數(shù)取決于抗震的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。一個(gè)優(yōu)秀的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是因?yàn)樗鼡碛幸粋€(gè)優(yōu)質(zhì)的、由多個(gè)部分承載和組裝的抗震體系，這個(gè)體系越強(qiáng)大，抗震能力就越高；延展性越大，在地震中的柔韌度就越好，抗震能力也越高。（3）各個(gè)建筑物構(gòu)件強(qiáng)弱問題的處理。在抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要明確整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)和框架，也要明確各個(gè)部位的承重量以及相互之間的聯(lián)系。當(dāng)設(shè)計(jì)師明確了這些關(guān)系以后，也能明白建筑物中各個(gè)部位的受力強(qiáng)弱問題，間接反映了抗震指數(shù)。設(shè)計(jì)師需要做的是提高建筑物的延展性，保證各個(gè)部位足夠的彈性和抗壓力，使建筑物在地震來臨時(shí)的損壞程度大大減小。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)方法

4.1 地基部分的設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)具有較高的技術(shù)要求，對于促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和健康有序發(fā)展均具有重要的意義。建筑結(jié)構(gòu)的地基部分的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的剛性，完善地基設(shè)計(jì)可以提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。在建筑項(xiàng)目的建造施工期間，在不同的地基上不能同時(shí)建設(shè)相關(guān)單元的建筑，應(yīng)減輕荷載，合理設(shè)置沉降縫；在埋設(shè)建筑基礎(chǔ)時(shí)要增加埋設(shè)的深度，否則會(huì)降低建筑物的嵌固作用，且地基部分埋設(shè)過淺，在發(fā)生地震時(shí)，建筑物的振幅加大，容易發(fā)生坍塌危險(xiǎn)。在具體設(shè)計(jì)中將位移作為設(shè)計(jì)基點(diǎn)，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析，防止地震時(shí)地表能量的散發(fā)，也防止建筑物在余震中出現(xiàn)共振問題。

4.2 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要是依附在主體結(jié)構(gòu)上，在設(shè)計(jì)的過程中對于女兒墻、內(nèi)隔墻、圍護(hù)墻、填充墻這些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要更加關(guān)注，加強(qiáng)這些部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可顯著提高建筑抗震性。在設(shè)計(jì)雨篷、女兒墻這些附屬構(gòu)件時(shí)要從整體角度考慮，做好連接和錨固工作。例如填充墻的局部范圍內(nèi)可能就會(huì)造成主體結(jié)構(gòu)的短柱出現(xiàn)脆性破壞。填充墻、內(nèi)隔墻和圍護(hù)墻設(shè)計(jì)中還要減少主體結(jié)構(gòu)的自震周期，對其剛度分布予以改變，使構(gòu)件在地震作用下的內(nèi)力分布得到有效改變，緩解其受力狀態(tài)。而對于建筑結(jié)構(gòu)中的頂棚、貼面、建筑裝飾以及懸吊物部分，則需要綜合性的采用柔性連接和剛性連接的雙重手段，防止這些構(gòu)件在地震中發(fā)生破壞和脫落。

4.3 設(shè)立抗震防線

抗震設(shè)計(jì)涉及到多方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括建筑場地的選擇、建筑空間的布置、建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算等，這些設(shè)計(jì)工作均需要綜合實(shí)際情況做好統(tǒng)一部署、合理規(guī)劃。在不同的地區(qū)，由于地質(zhì)狀況和地理形態(tài)不同，發(fā)生地震的頻次以及強(qiáng)度等均不同，建筑結(jié)構(gòu)需要的抗震性能也各不相同，為了更好的進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)抗震防線，提高建筑的安全系數(shù)。采用框架剪力墻的建筑結(jié)構(gòu)，可以選擇“強(qiáng)柱”、“弱梁”的結(jié)構(gòu)類型，對于雙重的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，第一道防線則是抗震墻，第二道防線則是框架，根據(jù)樓層剪力以及地震傾覆力的大小合理分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力特性。從理論上分析設(shè)計(jì)雙重抗側(cè)力體系的抗震效果更好，可以防止某一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件受地震破壞后對建筑物造成致命性的影響等。

5 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的注意項(xiàng)

隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮發(fā)展，建筑行業(yè)的進(jìn)步尤為突出，建筑形式日新月異。特別是多、高層建筑，除了高度的增高以外，平面布置、豎向體型越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系也日趨多樣化，這就為建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求。抗震設(shè)計(jì)的目的是使建筑物在使用壽命期間內(nèi)對不同頻度和強(qiáng)度的地震具有相應(yīng)的抵抗能力。為了提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，就需要注意以下幾點(diǎn)：（1）建筑場地的合理選擇，當(dāng)場地的特征周期與建筑物的自震周期接近時(shí)震害嚴(yán)重，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使兩者的周期避開（2）合理控制建筑物的高寬比、長寬比，這是結(jié)構(gòu)的剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的宏觀控制（3）建筑平面布置力求簡單、均勻、對稱和規(guī)則，盡量避免錯(cuò)層，以求受力途徑明確合理（4）由多個(gè)延性較好的結(jié)構(gòu)體系結(jié)合在一起協(xié)同工作，形成多道抗震防線（5）在符合計(jì)算地震作用的基礎(chǔ)上，建筑物構(gòu)件必須滿足規(guī)范要求的抗震構(gòu)造措施，以求做到強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件等。

6 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段，由于地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，我國政府部門已經(jīng)極為重視我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展情況，并且正在積極努力的引導(dǎo)社會(huì)各級組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化創(chuàng)新。目的在于進(jìn)一步提升我國建筑的抗震能力，降低有地震災(zāi)害所導(dǎo)致的人員傷亡量以及經(jīng)濟(jì)損失量，為我國人民群眾的人身安全提供必要的安全保障。在這種大環(huán)境下，建筑行業(yè)管理人員，建筑學(xué)研究學(xué)者以及政府部門必須要建立起堅(jiān)實(shí)的合作關(guān)系，共同將工作重心放到中國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法發(fā)展及若干問題的研究上，結(jié)合地震災(zāi)害的特征以及我國建筑結(jié)構(gòu)的特征，不斷的對中國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，以此來提升我國建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，進(jìn)而有效地控制地震災(zāi)害所造成的損失，保證人民群眾的人身安全。

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