房屋建筑中結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的應(yīng)用探討

姚 毅

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西太原 030012)

1 概述

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和建筑行業(yè)的技術(shù)進步，對房屋建筑的設(shè)計要求也不斷嚴格，不僅滿足綜合功能的要求，還要美觀和牢固，這給建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)布置帶來了極大的難度，而且很多建筑師缺乏對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的了解，更為施工帶來困難。建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計是基礎(chǔ)功能，也是關(guān)鍵部分，越來越受到建筑師的重視。

2 房屋建筑中抗震概念設(shè)計的定義

建筑抗震設(shè)計指的是按照一定的原則合理使用抗震設(shè)計準則，參考建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震反應(yīng)與破壞機制、過程，對建筑物進行合理的結(jié)構(gòu)布置。建筑物抗震性能受到多方面的影響，所以不能精確的估算地震作用，因此先對數(shù)值計算來說，概念設(shè)計發(fā)揮的作用更大。概念設(shè)計是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的核心內(nèi)容，決定建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能。

3 影響建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的不確定因素

由于近年來不斷的地震災(zāi)害，使得人們越來越關(guān)注建筑物抗震性能，很多研究也由此展開。不過由于我國目前抗震設(shè)計各方面的水平還不成熟和嚴密，因此目前要做好抗震概念設(shè)計工作就需要從大的方面出發(fā)，通過以往的經(jīng)驗和案例，找到建筑物的破壞規(guī)律，針對性的進行要點設(shè)計。

3.1 地面運動不確定性

地震發(fā)生時，地面會發(fā)生多維運動，即兩個水平分量和一個豎向分量，這三個正交平動分量都能破壞建筑物。另外，除了這三個正交平動分量外，還有地面運動的轉(zhuǎn)動分量。

3.2 結(jié)構(gòu)分析影響

結(jié)構(gòu)力特性和動力反應(yīng)受很多因素的影響，比如難以確定的質(zhì)量分布、節(jié)點的非剛性轉(zhuǎn)動、上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用、扭矩和偏心效應(yīng)、柱軸向變形等。節(jié)點非剛性轉(zhuǎn)動和柱軸向變形對結(jié)構(gòu)特性和動力反應(yīng)的影響是巨大的，體現(xiàn)在自振周期、加速反應(yīng)和位移等方面。

3.3 材料的影響

混凝土的彈性模量并不是一直不變的，隨著時間的改變，彈性模量會逐漸降低，例如施工結(jié)束后會降低到50%，并且還會持續(xù)降低，這樣的結(jié)果是鹽城自振周期達25%，加速度反應(yīng)減小10%。

3.4 阻尼的變化

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比同樣不是一成不變的，當受到地震影響后，阻尼比和自振周期會發(fā)生較大的改變。例如某項工程的一般阻尼比為8%，受到松動后阻尼比變?yōu)?1%，而自振周期則高達55%。

3.5 地基承載力

地震具有偶然性和短期突然加載的特點，根據(jù)這個特點，在地震對地基的影響計算時，往往會提高地耐力取值33%～55%，由于這個數(shù)值并不是科學(xué)計算出來的，而是人為估計的，因此在設(shè)計時也會出現(xiàn)不同的結(jié)果。

4 抗震概念設(shè)計遵循的基本原則

4.1 整體合理性

首先各項基礎(chǔ)設(shè)置必須符合建筑物相關(guān)的規(guī)定，然后為了實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)中不同荷載的有效傳遞，必須將結(jié)構(gòu)剛度和承載力完美的結(jié)合起來。借助整體的構(gòu)件布置，將一個個單獨的建筑物部分組合成一個整體，從而很好的提高建筑物的整體抗震性。

4.2 結(jié)構(gòu)合理性原則

建筑物本身對稱的布局是很重要的，只有這樣實現(xiàn)整體質(zhì)量布置的對稱，當發(fā)生地震時，建筑物的各個結(jié)構(gòu)才能均衡的承擔地震的作用力，從而大大加強抗側(cè)力和整體抗震能力。

4.3 形狀簡單原則

建筑物的形狀簡單會使結(jié)構(gòu)更加明確，因此能夠更好地對不同的結(jié)構(gòu)進行針對性的受力分析。并且很多先例證明，形狀簡單的建筑物在發(fā)生地震時受到的破壞程度相對較輕，而且一些相對容易被破壞的地方也容易被控制和修復(fù)。

4.4 豎向均勻原則

建筑物在剛度不足時容易出現(xiàn)突發(fā)性結(jié)構(gòu)扭曲現(xiàn)象，因此必須通過合理的設(shè)計增強建筑物的整體強度和剛度，而豎向均勻則能夠很好的減小建筑外力作用。這就要求設(shè)計師在進行設(shè)計時，要重點考慮建筑物豎直向上的受力情況。合理的控制建筑物轉(zhuǎn)換層所對應(yīng)的上下部分的結(jié)構(gòu)比例，以使得轉(zhuǎn)換層所承受的荷載相均衡。另外，為了建筑物不同構(gòu)件更好的吸收和傳遞地震產(chǎn)生的能量，不能忽視內(nèi)部墻柱等承重結(jié)構(gòu)上下連接的一致性，這樣設(shè)計能夠有效地減少地震產(chǎn)生的能量對建筑物的破壞。抗震縫能夠保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，在不影響建筑物整體受力情況下，在設(shè)置填充墻的時候要重點考慮墻柱之間的結(jié)構(gòu)狀況。

5 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計在建筑物各層面的運用

5.1 選擇科學(xué)的建筑方案

科學(xué)合理的建筑方案是至關(guān)重要的，建筑師在進行設(shè)計時不能單純的依靠計算機等工具進行數(shù)據(jù)篩選，要結(jié)合自己的經(jīng)驗和掌握的理論知識來進行合理的選擇。在平面選擇的時候，要采用對稱性較強的方案，因為這種方案會降低質(zhì)量和剛度之間的偏差，提高建筑物的整體性，均勻地震時的破壞力，從而減少建筑物扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。目前很多建筑工程為了追求美感，建造了很多細腰型建筑，這種平面不規(guī)則的建筑如果是低層的話問題不明顯，但是如果層數(shù)高以及發(fā)生地震的情況下，很容易發(fā)生腰部損壞的現(xiàn)象。因此在進行建筑設(shè)計的時候，要減少不對稱或者過長的外凸內(nèi)凹的形體，盡量選擇抗震效果不錯的對稱形體。

5.2 選擇合適的結(jié)構(gòu)體系

建筑物各部分整體協(xié)調(diào)性和結(jié)構(gòu)體系息息相關(guān)，結(jié)構(gòu)體系合理的話，能夠有效的抵抗變形和沖擊，這就要求建筑物設(shè)計時必須選擇合適、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。不僅滿足承受自身的荷載而不變形，還要在地震發(fā)生時不會發(fā)生局部受損的現(xiàn)象。為了避免地震發(fā)生時建筑物出現(xiàn)局部破壞和傾斜的狀況，在選擇結(jié)構(gòu)時，要明確建筑物傳力途徑和受力計算。

5.3 布置科學(xué)的抗震防線

在選擇結(jié)構(gòu)抗震體系時，要減少單一抗震防線的使用。這種防線大多僅有一道，因此當?shù)卣鸲啻伟l(fā)生時，如果防線破壞，就會出現(xiàn)很嚴重的坍塌現(xiàn)象。因此要合理的多設(shè)置抗震防線，針對不同構(gòu)件的特點，設(shè)置強弱程度不同的防線，提高建筑物的整體抗震性。

5.4 選擇高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)材料

材料因素也是影響建筑物結(jié)構(gòu)抗震能力的關(guān)鍵，因此在進行設(shè)計時，不能忽視材料的強度、剛度和延伸性，要根據(jù)不同材料的特性，進行合理的選擇。另外還要考慮經(jīng)濟性能，在滿足需要的情況下盡可能優(yōu)化材料性能，實現(xiàn)單個性能和整體性能的完美結(jié)合。

5.5 處理建筑物中比較薄弱的部位

建筑各個部件的強度和延展性會直接影響整體的協(xié)調(diào)和配合，進而一項結(jié)構(gòu)整體性，一個環(huán)節(jié)不達標則會使整體大打折扣，因此建筑薄弱環(huán)節(jié)的處理是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的重要內(nèi)容，必須采取合理的措施針對性的進行解決。強剪弱彎、強柱弱梁以及對柱、梁、節(jié)點與構(gòu)件之間的關(guān)系是建筑物結(jié)構(gòu)整體設(shè)計中需要注意的地方，另外為了防止隨著構(gòu)件的不斷老化導(dǎo)致的承載力和剛度發(fā)生變化，在對構(gòu)件節(jié)點的承載力設(shè)計時要保證連接構(gòu)件的承載力小于建筑物構(gòu)件節(jié)點的承載力。另外需要注意的是，選用符合規(guī)范的材料對建筑物梁、柱端部進行箍筋加密，砌體結(jié)構(gòu)的建筑物整體性和延性加強的方式可以采用設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱等方法，建筑物預(yù)埋件的錨固承載力與連接件承載力之間的關(guān)系要把握好，避免因為預(yù)埋件的承載力不符合承載要求而出現(xiàn)影響建筑物整體性的現(xiàn)象。對于裝配式構(gòu)件整體性的考慮，裝配式連接構(gòu)件中的抗側(cè)力構(gòu)件一定要采取必要的措施對其結(jié)構(gòu)空間的整體性進行處理。

6 結(jié)語

近年來多發(fā)的地震災(zāi)害和人們生活水平提高后對建筑物的多樣化和高水平化的要求，使得加強建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計成為很多建筑工程的首要任務(wù)，給建筑設(shè)計師帶來了更為嚴格的挑戰(zhàn)。建筑師在進行建筑設(shè)計時，要熟練運用概念設(shè)計，貫穿到結(jié)構(gòu)設(shè)計的方方面面，把握整體，不放過任何一個環(huán)節(jié)，保證設(shè)計的科學(xué)嚴謹，創(chuàng)造更多的精品工程，保證建筑物的安全性能。

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