民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震問題研究

王鵬飛

摘 要：從民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的重要性出發(fā)，介紹了民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題，并提出合理化的建議，以期能為設(shè)計(jì)工作者提供參考，為大眾建設(shè)出更多安全性佳、適應(yīng)性好、性價(jià)比高的建筑。

關(guān)鍵詞：民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震問題；安全性

中圖分類號(hào)：TU973.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）17-0081-02

地震的發(fā)生具有不確定性，屬于突發(fā)性自然災(zāi)害，它會(huì)給人類社會(huì)造成嚴(yán)重的破壞。現(xiàn)階段，民用建筑正朝著多樣化的方向發(fā)展。高層住宅建筑多為民用建筑，且多數(shù)高層小區(qū)住宅建筑距離近，很容易引發(fā)危害，所以，在民用建筑物中加入抗震設(shè)計(jì)理念，不僅可以滿足民用建筑在剛度、強(qiáng)度、耗能能力和延性等方面的要求，還可以保證建筑的抗震性能。

1 做好設(shè)計(jì)工作的重要性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本定義是設(shè)計(jì)師用梁板、柱、墻等建筑結(jié)構(gòu)語言表達(dá)自己的設(shè)計(jì)理念。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括地上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。民用建筑包括人們的居住空間和公共活動(dòng)場(chǎng)所，按功能差異劃分，可將其分為公共建筑和居住建筑兩大類，其中包括住宅、大專院校教學(xué)樓、醫(yī)療用房、辦公用房、科研用房、商店、招待所和旅館等。民用建筑的結(jié)構(gòu)直接影響著工程的質(zhì)量，民用建筑的工程質(zhì)量直接關(guān)系著人們的生命安全，因此，做好民用建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)工作，可以提高建筑物的抗震能力，減少不必要的財(cái)產(chǎn)損失和人身傷害。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的抗震問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在諸多的安全隱患，場(chǎng)地類別設(shè)計(jì)、抗震類別設(shè)計(jì)選用不準(zhǔn)確，都可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不準(zhǔn)確。部分設(shè)計(jì)者為了保證建筑底層有較大的空間，減少了對(duì)抗震墻的設(shè)計(jì)，上層砌體部分的抗震墻與底部的抗震墻無法對(duì)齊，會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系的不合理。單跨框架屬于最簡(jiǎn)單的建筑結(jié)構(gòu)，具體是指一排梁兩根柱子的建筑形式，從單跨框架的設(shè)計(jì)角度看，也存在不合理的地方。單跨框架的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)樓道兩邊通風(fēng)，并使其獲得較好的采光效果，如果再添加懸挑外廊，就可以方便居民進(jìn)行多種多樣的戶外活動(dòng)，但是，這種簡(jiǎn)單的構(gòu)建模式缺乏多道防線保護(hù)，存在的弊端較多，例如，如果其中1根柱子被破壞，整座建筑便會(huì)坍塌，所以，將單跨框架變成雙跨框架可以在一定程度上增強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性。此外，在現(xiàn)生活中，還存在柱子截面設(shè)計(jì)不合理的問題。部分建筑師認(rèn)為，將建筑柱子截面設(shè)計(jì)得越小越好，但是，柱子截面設(shè)計(jì)得越小，建筑的鋼筋需求量便越大，軸壓就會(huì)過大，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，橫梁就會(huì)被損壞，支撐的柱子就會(huì)倒塌。從地震頻發(fā)區(qū)看，多數(shù)民用建筑倒塌都是由于柱子截面過小引起的。此外，少數(shù)建筑用柱不僅截面小，而且進(jìn)行箍筋的過程僅依賴4根鋼筋支撐，這種結(jié)構(gòu)很難抵御強(qiáng)震攻擊，極容易引發(fā)樓毀人亡的悲劇。

3 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中融入抗震理念

地震會(huì)使地面變形，損害建筑物地基。增強(qiáng)民用建筑的抗震性能，可以減少自然災(zāi)害造成的損失。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.1 合理選址、布局

因?yàn)閼?yīng)用方式不同、功能不同，民用建筑的布置結(jié)構(gòu)存在多變性和復(fù)雜性，所以，場(chǎng)地選址在一定程度上受工程、水文等地質(zhì)條件的影響。地質(zhì)條件不同，建筑物在地震中受到的破壞程度就不同。民用建筑多建在城市中，平面結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重心、剛度中心、幾何中心不重合，在地震荷載作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，繼而危害建筑的整體結(jié)構(gòu)，加劇地震對(duì)建筑物的破壞。為了減少安全隱患，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分了解地質(zhì)勘查資料。力學(xué)分析結(jié)果顯示，某些建筑部位可能會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中而造成局部破壞。大量震害資料顯示，容易發(fā)生震害的建筑形式較為復(fù)雜，包括建筑平面布置不對(duì)稱，建筑過多外凸、內(nèi)凹等。因此，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證民用建筑平面簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，需要進(jìn)行凸出設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意凸出尺寸，建筑物的質(zhì)量越大，結(jié)構(gòu)越容易被破壞。地震對(duì)建筑物造成的破壞與建筑物的質(zhì)量成正比，高層建筑物的重心較高，在地震的作用下，其傾覆力矩也隨之增加，為了減少其傾覆力，應(yīng)選擇質(zhì)地輕的材料減輕樓體自重（可選用加氣混凝土砌塊）。總體概括起來，民用建筑的布局應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：①設(shè)計(jì)建筑布局時(shí)，要保證建筑布局的合理性，建筑平面和立面要規(guī)則、簡(jiǎn)潔且具有對(duì)稱性；②保證剛度中心與質(zhì)量中心重合；③避免應(yīng)用大懸挑結(jié)構(gòu)；④不將質(zhì)量較大的跨間布置在結(jié)構(gòu)邊緣，如果設(shè)施質(zhì)量較大，應(yīng)將其放在剛度中心附近；⑤為了避免發(fā)生意外事故，在設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量要選擇質(zhì)地輕的材料。

3.2 明確規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)

鋼筋混凝土建筑的抗震等級(jí)應(yīng)符合相關(guān)建筑計(jì)算和構(gòu)造的設(shè)計(jì)要求，抗震等級(jí)的設(shè)定應(yīng)根據(jù)地震烈度、結(jié)構(gòu)類型和建筑高度來確定。任何黏土磚和天然石砌體的建筑是不存在抗震抵御能力的，地震襲來后，這種堆積墻體極容易坍塌，就算不會(huì)坍塌，毀損程度也十分嚴(yán)重。為了防止發(fā)生嚴(yán)重的災(zāi)害，應(yīng)合理使用圈梁和構(gòu)造柱。

3.3 充分發(fā)揮縱橫墻拉結(jié)作用

眾所周知，圈梁可對(duì)墻體產(chǎn)生拉結(jié)作用，所以，有必要合理應(yīng)用縱橫墻，使其充分發(fā)揮拉結(jié)作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，建筑師可將橫墻設(shè)計(jì)成凹凸型，使其深入縱墻內(nèi)部，此外，強(qiáng)有效的拉結(jié)形式可以減輕地震災(zāi)害，降低人員傷亡率。同時(shí)，還應(yīng)重視拉結(jié)鋼筋的設(shè)置工作，至少選用2根鋼筋，并保證鋼筋深入磚縫的長(zhǎng)度>400 mm。防震縫是結(jié)構(gòu)整體柔韌性的關(guān)鍵，如果民用建筑物符合以下情況，可以設(shè)置防震縫：①結(jié)構(gòu)的荷載或剛度在某些部位相差過大，且無搶救措施；②平面各項(xiàng)尺寸超過規(guī)定限值，且無加強(qiáng)設(shè)施；③建筑物錯(cuò)層較大。

3.4 其他合理化建議

在一般情況下，發(fā)生強(qiáng)烈地震后，還會(huì)產(chǎn)生多次余震，如果只設(shè)置一道防線，那么，此道防線除了受到強(qiáng)烈地震的影響外，還會(huì)遭到余震的沖擊，繼而增加建筑倒塌的可能性，因此，有必要設(shè)置多道抗震防線。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有非彈性變形特性，此特性可以有效抵抗強(qiáng)震突襲，建筑師在進(jìn)行民用建筑的抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)給抗震結(jié)構(gòu)設(shè)定一定的屈服水準(zhǔn)，抵抗小震的威脅，同時(shí)，還要給抗震結(jié)構(gòu)設(shè)定一定的延性水準(zhǔn)，抵御強(qiáng)震攻擊。選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，它既能使建筑物具備較強(qiáng)的抗震能力，又能保證民眾的生命安全。級(jí)數(shù)較低的地震，可以選用承載力低的高延性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，或是具有中等承載力的中等延性建筑結(jié)構(gòu)；級(jí)數(shù)較高的地震，可以選擇承載力低的高延性結(jié)構(gòu)，也就是說，地震級(jí)數(shù)越大，就必須有高延性結(jié)構(gòu)與之對(duì)應(yīng)。

4 結(jié)束語

城市在不斷發(fā)展、建設(shè)，民用建筑也逐年增多，其建筑形式逐漸向多元化的方向發(fā)展。地震攻擊會(huì)破壞我們的家園，影響家人的生命安全，所以，保證民用建筑的抗震能力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行民用建筑設(shè)計(jì)時(shí)，既要保證建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、多變性，又要保證建筑結(jié)構(gòu)具有抗震特性。

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〔編輯：白潔〕

Study on Seismic Issues in Civil Structural Design

Wang Pengfei

Abstract：The importance of civil structural design work from paper introduces the civil structural design problems and make recommendations to rationalize in order to provide reference for the design of workers， the public safety building more good， adaptability， cost-effective building.

Key words： civil； structural design； seismic issues； safety