建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震技術(shù)研究

李紅鹔

摘要：我國的防震減災(zāi)工作采取的方針政策是預(yù)防為主，防御與救助相結(jié)合。近年來，我國發(fā)生多次地震災(zāi)害，包括汶川8級地震、云南5.8 級地震等，其對建筑結(jié)構(gòu)的損害較大，本文主要綜述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震技術(shù)以及抗震建議，通過加強(qiáng)建筑物的抗震能力，使建筑物能夠抵御強(qiáng)級地震，對我國抗震加固的后續(xù)工作有重要的意義。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震技術(shù)；抵御加固

1、引言

我國屬于多地震國家，大部分地區(qū)處于地震區(qū)，其中包括北京、天津、上海等直轄市和一些省會城市。而建筑物在強(qiáng)烈地震下會遭到嚴(yán)重破壞，表現(xiàn)為主要承重構(gòu)件發(fā)生破裂，在極大的交替變化的地震下會使破裂處的鋼筋發(fā)生較高的循環(huán)塑性形變，而通過高應(yīng)力變形循環(huán)，最終會導(dǎo)致鋼筋發(fā)生斷裂，造成建筑物倒塌。本文即綜述了在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些抗震技術(shù)。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震技術(shù)

2.1抗震墻

在日常的公共建筑設(shè)計過程中，包括辦公、商業(yè)等建筑，其特點是跨度大，層數(shù)不多，而且采用框架結(jié)構(gòu)體系。但是在多遇地震的作用下進(jìn)行抗震變形驗算時，樓層內(nèi)的彈性層間位移不能滿足?e≤1/550的要求，如果改變結(jié)構(gòu)體系將其做成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)形式，這樣會使建筑的使用功能和空間利用受到一定的影響，而且也會造成工程造價高，如果滿足柱、梁的截面會很大，較難接受。

如果在適當(dāng)?shù)牟糠旨舆m量的抗震墻，將其做成少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)，會使梁截面和柱子的截面面積減少，從而減少了工程造價，并且滿足了建筑功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的要求。對于不同的建筑物結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照它的實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，否則會造成安全隱患。

2.2承鋼抗震鋼筋

由于在地震中，構(gòu)筑物的破壞首先表現(xiàn)在鋼筋的破損斷裂，從而導(dǎo)致建筑物倒塌。所以，根據(jù)鋼筋在強(qiáng)震條件的服役條件的特點，鋼筋的高應(yīng)變低周疲勞性能、塑性和強(qiáng)度都較好的鋼筋，對地震具有較大的抵抗能力。在地震負(fù)荷下，當(dāng)鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形階段時，鋼筋由于具有良好的形變能力和吸收地震能量的能力，可使建筑物列而不倒、倒而不塌，或者能夠使其避免不易修復(fù)的形變，這樣就能避免混凝土構(gòu)件的破壞，有利于提高建筑物的抗震能力。

目前，我國建筑鋼筋多以HRB335為主，但它在某些性能上不能滿足地震區(qū)建筑選材的需求。承鋼在普通的HRB400鋼筋基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)建筑抗震的需要，利用釩欽資源和釩微合金化技術(shù)開發(fā)的抗震鋼筋適用于地震區(qū)、非地震區(qū)、寒冷地區(qū)和高層、超高層建筑物使用。通過試驗，對承鋼抗震鋼筋的韌脆轉(zhuǎn)變溫度、強(qiáng)度與塑性配合、應(yīng)變時效敏感性、可焊性和高應(yīng)變低周疲勞等抗震性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明，承鋼利用釩徽合金化技術(shù)開發(fā)的抗震鋼筋的性能優(yōu)于普通的HRB400和HRB335鋼筋，它具有較好的韌性、塑性和可焊性，能夠更好的滿足地震區(qū)以及非地震區(qū)的建筑物要求。

2.3磚混結(jié)構(gòu)的抗震加固

建筑物中的磚混結(jié)構(gòu)主要以脆性材料為主，而且不具有延性，在地震作用下極易破壞，主要表現(xiàn)為墻體水平裂縫、垂直裂縫、斜向裂縫以及X向裂縫，一般出現(xiàn)在空曠房間外縱墻窗臺下，樓遞減頂層的外縱墻，頂層圈梁下等地方，還會造成屋蓋隔熱層板散亂和塌落等。所以，要對不滿足抗震要求的磚混結(jié)構(gòu)的建筑物進(jìn)行加固，提高其結(jié)構(gòu)的安全性、滿足其使用功能的要求。

多層磚混結(jié)構(gòu)建筑的抗震加固方法主要包括：1）加強(qiáng)房屋的整體性，當(dāng)原房屋不符合要求時，應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)圈梁，內(nèi)墻圈梁一般用鋼拉桿或在進(jìn)深梁端加錨桿替代，外墻圈梁改用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。2）提高磚混結(jié)構(gòu)的抗震承載力，包括在面層加固法加強(qiáng)原有墻體；修補(bǔ)和灌漿，對于砌筑砂漿的飽滿程度較差的墻體，可用滿墻灌漿加固；包角或鑲邊加固，在墻體交接處采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱加固，柱與圈梁、拉桿連成整體，或與現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓、屋蓋可靠連接，外加柱必須有相應(yīng)的基礎(chǔ)；增設(shè)抗震墻，這種方法一般在剛性多層磚混墻體的抗剪強(qiáng)度不足時使用。

2.4焊接技術(shù)

在建筑行業(yè)中，尤其是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)上，焊接技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。對于焊接行業(yè)的從業(yè)者而言，應(yīng)該在施工過程中，把好質(zhì)量關(guān)，焊接質(zhì)量的好壞直接決定著抗震能力、建筑結(jié)構(gòu)的承重，應(yīng)該充分發(fā)揮焊接技術(shù)在工程建筑中的作用。

3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

3.1梁端計算截面與計算彎矩不對應(yīng)

在結(jié)構(gòu)的分析計算過程中，一般情況下框架梁的計算跨度取為兩柱中心線間的巨鹿，所以支座的負(fù)彎矩的最大值應(yīng)該位于柱的中心現(xiàn)處，在結(jié)構(gòu)計算中并沒有考慮到柱截面的寬度對構(gòu)建的計算內(nèi)力有一定的影響，而計算構(gòu)建時采用梁端截面，效應(yīng)和抗力計算采用不同的截面，這樣就會導(dǎo)致截面位置的不對應(yīng)，從而增大了梁端截面的配筋量。

3.2梁端截面底部鋼筋的配置不合理

在實際的工程中，絕大部分的分量是按照單筋矩形截面配筋的，而在梁的詳圖設(shè)計中，將梁底部鋼筋全部深入支座內(nèi)部，這樣就導(dǎo)致梁端截面底部鋼筋配置的不合理。

3.3超配筋問題嚴(yán)重

在實際工程中，超配筋問題大大增加了梁端截面計算的受彎承載力與實際的受彎承載力之間的差距。

4、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震建議

4.1框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震建議

(1)在分析各方面的原因時，由于梁端截面的計算受彎承載力比實際受彎承載力高，所以，在進(jìn)行強(qiáng)柱弱梁設(shè)計時，對于不同抗震等級的柱端設(shè)計彎矩來說，都應(yīng)該按粱端截面的實配鋼筋的抗震受彎承載力適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整放大。

(2)框架結(jié)構(gòu)中可能會出現(xiàn)梁端塑性鉸，所以，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，應(yīng)該考慮梁端塑性的內(nèi)力重分布情況。通常，在豎向荷載的作用下，要用支座調(diào)幅來降低支座的負(fù)彎矩。在水平荷載的作用下，會出現(xiàn)彎矩不參與調(diào)幅，彎矩調(diào)幅是在內(nèi)力組合之前來進(jìn)行進(jìn)行的。

(3)通常在鹽酸梁端裂縫及梁端截面配筋時，首先要分析塑性內(nèi)力重分布的計算方法， 其次計值梁端彎矩設(shè)，避免增加驗算的負(fù)擔(dān)。

(4)要分析截面底部與配筋要求概念的不同， 控制好梁端截面的實際配筋數(shù)量，應(yīng)該可根據(jù)框架梁端截面底部配筋的要求，要控制好梁底鋼筋伸入支座的數(shù)量，當(dāng)梁底設(shè)置較多的，通常可僅考慮第一排鋼筋伸入支座，其他各排鋼筋可不伸人支座，就是在柱截面外截斷，控制梁底鋼筋伸入支座的數(shù)量，不但有利于強(qiáng)柱弱梁的實現(xiàn)，而且減少過多鋼筋在梁。柱節(jié)點區(qū)的錨固，有利于保證節(jié)點區(qū)混凝土的質(zhì)量。

4.2房屋建筑的抗震建議

房屋建筑必須要依靠抗震技術(shù)來抵御地震，建筑抗震設(shè)計過程中要把握的基本原則包括：把握建筑體型、注意場地的選擇利用結(jié)構(gòu)延性、設(shè)置多道防線、重視非結(jié)構(gòu)因素。

（1）場地的選擇：選擇合適的場地，在選擇建筑場地時，要依據(jù)工程需要，了解地震的活動情況，地震地質(zhì)和工程地質(zhì)等有效資料，將其作為綜合評價的指標(biāo)，而且要選擇對抗震有利的地段，避開不利地段。

（2）對地基和基礎(chǔ)設(shè)計的要求：地基為新近填土、液化土軟、弱黏性土或嚴(yán)重不均勻土?xí)r，要預(yù)計地震時地基不均勻沉降的不利影響，同時采取相應(yīng)措施。

（3）對建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則的要求：為了防止地震時建筑發(fā)生扭轉(zhuǎn)、應(yīng)力集中、塑性變形集中而形成比較薄弱的部位，設(shè)計過程中應(yīng)選擇對抗震有利的建筑平面、立面以及堅向剖面。避免立面以及平面上的急劇變化和不規(guī)則的形狀。

（4）對結(jié)構(gòu)體系的要求：結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該根據(jù)建筑的抗震設(shè)防的類別，抗震設(shè)防、強(qiáng)度、地基、場地條件、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合的比較確定，選擇技術(shù)和經(jīng)濟(jì)都比較合理的結(jié)構(gòu)體系。

（5）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的要求：①結(jié)構(gòu)構(gòu)件要符合的要求：砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土圈梁以及構(gòu)造柱、芯柱或采用配筋砌體等。混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)該合理地選擇、尺寸和箍筋，避免混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服，剪切的破壞優(yōu)于彎曲的破壞。預(yù)應(yīng)力混凝土的抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)該適當(dāng)?shù)呐溆蟹穷A(yù)應(yīng)力鋼筋，鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件應(yīng)該合理控制其尺寸，避免整體失穩(wěn)以及局部構(gòu)件的失穩(wěn)。②對結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間連接的要求：構(gòu)件的節(jié)點會受到破壞，要不先于所連接的件裝配式構(gòu)件的連接，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的整體性。

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