建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計分析

鄧慧明

（山西省康養(yǎng)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024）

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)對抗震設(shè)計的作用建立起正確的認(rèn)知，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求完成建筑抗震設(shè)計的每一個細(xì)節(jié)，從而不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，保障人們的生命和財產(chǎn)安全。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計原則

1.1 規(guī)則性原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用均勻、對稱、規(guī)則的結(jié)構(gòu)形體，其抗震性能更加優(yōu)越，受力性能與現(xiàn)有的計算模型更相符，力學(xué)計算的準(zhǔn)確性更高，可更好的避免因方案復(fù)雜造成的局部計算失真，傳力路徑不明確等問題。同時規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式也可減輕地震對結(jié)構(gòu)的破壞，控制地震作用的影響，達(dá)到理想的抗震效果。

1.2 整體性原則

為提升建筑項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震性能，應(yīng)立足建筑整體加以考量。建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能在建筑結(jié)構(gòu)體系中的每一個環(huán)節(jié)均發(fā)揮著重要的作用。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需立足整體合理規(guī)劃，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)布局的可靠性，并采取有效的控制措施，注重結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，且準(zhǔn)確分析各部的力學(xué)特征，完善結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1.3 抵抗性原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員務(wù)必高度重視結(jié)構(gòu)的抵抗性設(shè)計效果。明確結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)下的抵抗力，以便在受到地震作用時完善抵抗效果。為加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還要嚴(yán)格控制抵抗力的數(shù)值，注重力學(xué)結(jié)構(gòu)的平衡性，構(gòu)件布置的均勻、對稱性。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵問題

2.1 正確認(rèn)識建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的概念

優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能主要是為了使建筑在地震作用下依然能夠保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，減輕地震對建筑的損壞。單一的擴(kuò)大建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸，增大結(jié)構(gòu)剛度并不能提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，地震瞬時釋放的能量難以估計，且能量釋放的強(qiáng)度和方向也會受到諸多因素的影響，而剛度越大的混凝土結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件會吸收更多的地震能量，當(dāng)其超過結(jié)構(gòu)的抵抗能力，則結(jié)構(gòu)構(gòu)件會受損破壞，結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能會發(fā)生改變，所以這種方式并不被人們接受。若將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為柔性結(jié)構(gòu)，盡管其能夠增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的生存能力，但是受地震影響，建筑結(jié)構(gòu)變形過大，會直接威脅人們的生命財產(chǎn)安全。在設(shè)計中，要求設(shè)計人員優(yōu)化結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的抗震性能，合理設(shè)置非關(guān)鍵部位，非關(guān)鍵部位損壞會吸收大量地震能量，進(jìn)而減緩建筑損壞程度，減輕地震對環(huán)境所產(chǎn)生的負(fù)面影響。

2.2 合理選址

建筑所在地的地基條件和概況會對抗震能力產(chǎn)生較大的影響。且建筑建設(shè)地的地層分布、土質(zhì)、自然環(huán)境和周邊的人為環(huán)境等均會直接影響建筑的抗震能力。現(xiàn)如今，人們加大了對建筑結(jié)構(gòu)受地震災(zāi)害后的抗震程度的關(guān)注力度，并以災(zāi)害等級為基礎(chǔ)將地震災(zāi)害劃分為甲、乙、丙、丁四個等級。

甲類地區(qū)的建筑安全性較強(qiáng)，其需要具備預(yù)防大規(guī)模地震的能力。乙類地區(qū)主要指可能受到地震作用但是具有修復(fù)能力的建筑選址。丙類地區(qū)可建設(shè)普通建筑。丁類地區(qū)的安全性最弱，其主要應(yīng)用于普通區(qū)域或安全性較強(qiáng)區(qū)域的臨時建筑。因此為確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，還需充分考慮建筑所在地的安全性。

2.3 抗震設(shè)計檢驗

建筑抗震模型、建筑地震反應(yīng)監(jiān)測和建筑震害分析是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計驗證的主要方式，只有加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計驗證，方可明確設(shè)計理念中存在的不足，然后加以調(diào)整和改進(jìn)。但是完工的建筑無法做好該項工作，其需要大量的人力和物力支持。地震的不可預(yù)測性較強(qiáng)，很多建筑在建筑抗震設(shè)計中并未充分考慮其影響因素，同時施工方主要采用建筑抗震模型完成檢驗工作，但是該檢驗方式的準(zhǔn)確性不夠理想。

當(dāng)前，國際上已經(jīng)對多個不同的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試，不同分析軟件之間具有較大的差異，且相同軟件檢測的結(jié)果也有所不同。這就要求工作人員根據(jù)實際，并采取有效措施加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的可行性。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計分析

3.1 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)延性

第三水準(zhǔn)抗震設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入到彈速性狀態(tài)，此時，結(jié)構(gòu)的延性是結(jié)構(gòu)安全性的決定性因素。在設(shè)計中，應(yīng)注重構(gòu)件破壞的控制，特別要關(guān)注結(jié)構(gòu)破壞過程中地震能量消耗情況。豎向構(gòu)件能夠保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。如鋼筋混凝土軸壓比持續(xù)上升，則柱體的延性就會下降。對此，可采取增加箍筋的方式提高構(gòu)造延性。部分建筑構(gòu)件應(yīng)力分布不均，延性不理想，對此，在設(shè)計中可采用型鋼混凝土滿足結(jié)構(gòu)抗剪要求，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的延性。

3.2 加強(qiáng)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)中，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)通常保持依附關(guān)系，設(shè)計人員需不斷完善主體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。在女兒墻、雨棚等附屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要注重結(jié)構(gòu)的整體性，確保主體結(jié)構(gòu)連接錨固的效果。圍護(hù)墻、內(nèi)隔墻和填充墻等多種非結(jié)構(gòu)墻體不利于優(yōu)化主體墻的抗震性能，其可使主體結(jié)構(gòu)的剛度分布發(fā)生變化，進(jìn)而改變地震作用后構(gòu)件的內(nèi)力分布，轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。為此，在建筑裝飾和懸吊物設(shè)置的過程中，設(shè)計人員需采用強(qiáng)度連接和柔性連接并行的方式，避免建筑裝飾在地震作用下出現(xiàn)脫落和破壞等問題。

3.3 以計算機(jī)輔助系統(tǒng)為基礎(chǔ)檢驗抗震設(shè)計的效果

借助科學(xué)先進(jìn)的計算機(jī)輔助技術(shù)可以性能優(yōu)化為核心，對構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行全面細(xì)致的設(shè)計，合理應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段能夠看到結(jié)構(gòu)設(shè)計分析過程，從而確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件可在地震狀態(tài)下，保持相對穩(wěn)定和安全的狀態(tài)。

小震狀態(tài)下，所有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均需高度滿足彈性設(shè)計的要求以及承載力的要求，基于最不理想的荷載組合方式，根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范和要求調(diào)整結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的內(nèi)力；受到中震作用時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能分析要以彈性和不屈服狀態(tài)為基礎(chǔ)；受到大震作用時，應(yīng)認(rèn)真分析底部加強(qiáng)區(qū)外框柱、核心筒剪力墻等重要位置，開展不屈服性能分析工作，基于最有利荷載組合方式完成復(fù)核工作。

3.4 確定建筑結(jié)構(gòu)平面形式

建筑結(jié)構(gòu)平立面設(shè)計直接決定了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，且高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)平面設(shè)計可以優(yōu)化建筑的抗震性能，進(jìn)而保證工程的質(zhì)量。建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計應(yīng)當(dāng)具有較高的科學(xué)性與合理性。一方面要確保建筑具有較為完善的功能，另一方面也需選擇平面相對規(guī)則的形式，從而加強(qiáng)樓層剛度具有一致性。再者，需減少建筑物的豎向凹凸，使建筑豎向高度保持一致，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效分離抗震縫兩側(cè)的建筑。如此一來，當(dāng)發(fā)生地震時，結(jié)構(gòu)兩側(cè)不會出現(xiàn)碰撞問題，以此加強(qiáng)設(shè)計的科學(xué)性和合理性，有效規(guī)避重大的傷害。

4 房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計案例

4.1 工程概況

某商住樓工程,建筑面積為5.8 萬平方米，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，工程抗震設(shè)防烈度為7 度。

4.2 震設(shè)計具體措施

1） 抗震延性設(shè)計，延性系數(shù)法通常是在延性要求的基礎(chǔ)上，設(shè)置延性系數(shù)，從而準(zhǔn)確計算目標(biāo)延性，準(zhǔn)確對比延性需求和可利用延性。且在位移設(shè)計的基礎(chǔ)上，評價結(jié)構(gòu)的抗震性能，在評價過程中需考慮扭轉(zhuǎn)的影響。設(shè)計中最大曲率單位延性系數(shù)是人們關(guān)注的焦點。該設(shè)計方法能夠確定構(gòu)件位移延性系數(shù)，明確截面曲率延性系數(shù)和塑性鉸區(qū)混凝土極限壓應(yīng)變之間存在著十分緊密的聯(lián)系。約束箍筋能夠確保核心混凝土滿足極限壓應(yīng)變，進(jìn)而保證構(gòu)件的延性系數(shù)滿足要求。

2） 其他措施，在抗震設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)在支柱底部的設(shè)計中提高抗震等級，同時還可提高剪力墻底部加強(qiáng)位置的水平和豎向配筋率。再者，增厚轉(zhuǎn)換層，結(jié)合罕見地震的平均彈性拉應(yīng)力來完成鋼筋配置，合理布置鋼筋。并高度重視邊梁和配筋構(gòu)造的處理，提高框架支柱配筋率和配箍率，可在軸壓比較大的柱體中增設(shè)芯柱。在核心筒周圍應(yīng)設(shè)置框架，且每兩層均需設(shè)置一條配筋加強(qiáng)帶，從而不斷增大剪力墻底部加強(qiáng)位置的延性。

5 結(jié)語

我國地震災(zāi)害頻發(fā)，這對社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展均產(chǎn)生了十分顯著的影響。為有效減輕地震災(zāi)害對建筑安全的影響，在建筑設(shè)計中，務(wù)必高度重視建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，并采取多種措施不斷改善建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合水平，同時總結(jié)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和建設(shè)的經(jīng)驗，加強(qiáng)施工的有效性，以此徹底提升建筑工程設(shè)計水平，推動我國建筑行業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展。