芻議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震理念設(shè)計

【摘 要】 近年來，地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，給人們的生命和財產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅。地震發(fā)生時引起的建筑物坍塌是造成重大傷亡的主要原因。但是，目前我國建筑物抗震設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的發(fā)展并不理想。工程技術(shù)人員在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)該充分運用抗震概念設(shè)計，在確保工程質(zhì)量的同時，使抗震能力最優(yōu)。

【關(guān)鍵詞】抗震設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；抗震理念

1引言

由于地震得不可預(yù)知性，使得地震對人們生命和財產(chǎn)安全的威脅更高，我們不僅要有預(yù)防地震危害的危機意識，更重要的是真真實實的增強我們所建造建筑物的抗震能力。抗震概念設(shè)計是建筑提升其抗震能力的基礎(chǔ)，因此，是當(dāng)前建筑設(shè)計的一大趨勢就是將抗震概念設(shè)計融入到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之中去。要求設(shè)計師在結(jié)構(gòu)分析方面，從全面考慮地震的破壞力，整體做出發(fā)散地震能力的設(shè)計，避免出現(xiàn)環(huán)節(jié)短板，使整體的穩(wěn)定性不夠。在建筑物的設(shè)計、建設(shè)過程中，通常需要全方位考慮影響建筑安全性的因素。

2抗震設(shè)計簡介

由于地震有難于把握的復(fù)雜性和不確定性，工程結(jié)構(gòu)中的抗震問題不能完全依賴“計算設(shè)計”解決，必須充分重視概念設(shè)計。概念設(shè)計的理念一般是不需要進行精確計算的設(shè)計問題的，它是一種對設(shè)計思維方式的改進，主要用來解決一些在設(shè)計中很難給出確定答案的問題，尤其是在抗震設(shè)計中，需要按照分體結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)體系之間的力學(xué)關(guān)系，對地震對建筑物所造成的損害進行解釋，實際上，這種損害很難用精確的數(shù)據(jù)來描述，因為本身就沒有一個準(zhǔn)確的數(shù)值來衡量地震會產(chǎn)生的破壞力，因此從抗震的宏觀角度進行抗震設(shè)計理念，思維更加符合建筑物結(jié)構(gòu)抗震能力提高的需求。

建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮分散并減降低震能量的作用，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱部位。別致的立面設(shè)計和錯層設(shè)計雖然具有很好的藝術(shù)效果，但是在地震時產(chǎn)生的復(fù)雜的地震效應(yīng)很難衡量，不容易實現(xiàn)抗震的最佳效果。

3抗震設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)中的實際應(yīng)用

3.1 選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系

一方面，所有的建筑都是由豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件構(gòu)成的，水平構(gòu)件承擔(dān)豎向載荷并再次傳遞給豎向構(gòu)件，最后由基礎(chǔ)水平荷載接受；抗側(cè)力體系由水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件共同組成，共同承擔(dān)并傳遞給基礎(chǔ)，不同的抗側(cè)力體系由不同的豎向構(gòu)件組成，抗側(cè)力體系決定著結(jié)構(gòu)的安全、合理、經(jīng)濟等問題。地震中對結(jié)構(gòu)的危害特別大的就是扭轉(zhuǎn)力，抗側(cè)力構(gòu)件剛度大、沿結(jié)構(gòu)外圍分布有利于結(jié)構(gòu)抵抗扭轉(zhuǎn)。另一方面，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系，不僅要求所選擇的建筑結(jié)構(gòu)體系具有合理的傳遞地震作用的途徑，要求能夠被精確地用數(shù)據(jù)表達出來，而且還要求建筑結(jié)構(gòu)體系有明確的傳力路線，能夠合理的傳力，另外還要能夠受力明確，這些都離不開詳細(xì)的抗震分析。選擇建筑結(jié)構(gòu)體系的合理性還應(yīng)該解決地震對由于建筑物部分構(gòu)件或者部分結(jié)構(gòu)的破壞而造成的整個建筑結(jié)構(gòu)體系的破壞，建筑結(jié)構(gòu)失去對重力的承擔(dān)能力或者抗震能力降低。

3.1.1建筑設(shè)計應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計不能忽視其規(guī)則性。綜合目前地震中各建筑物的抗震表現(xiàn)來看，建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性一直是影響抗震能力的機器重要的因素。例如：地震發(fā)生時，馬那瓜的中央銀行大廈與美洲銀行大廈間隔不遠(yuǎn)，兩棟大廈中間正好是當(dāng)時強度被評估為八度的馬那瓜地震。地震發(fā)生之后，出現(xiàn)了截然不同的兩種景觀：一幢在地震過程中遭到了嚴(yán)重的破壞，于是在地震后被拆除。而另一幢只有輕微的損壞，在地震過去以后，進行過稍微修理之后便繼續(xù)使用。經(jīng)過專家仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，在地震中破壞較輕的建筑的結(jié)構(gòu)是比較對稱和規(guī)則的，無論平面、立面還是剖面，其材料強度和質(zhì)量分布以及結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度都是連續(xù)并且均勻的；而另一幢高層建筑恰好相。因此，建筑設(shè)計應(yīng)該而且必須要重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。

3.1.2優(yōu)化建筑的平立面結(jié)構(gòu)

在建筑的平面、立面結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時候，必須要遵循建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計保證規(guī)則對稱的原則：結(jié)構(gòu)簡單的建筑物在當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，地震波沖擊建筑物的時候，建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)體系受力狀況明確，保證建筑剛度均勻變化，避免錯綜復(fù)雜的設(shè)計使樓層出現(xiàn)錯層現(xiàn)象。但是在實際設(shè)計中，有時候可能會因某種特殊地理環(huán)境的影響，必須將建筑物設(shè)計成不規(guī)則形狀，在這種狀態(tài)下，設(shè)計者必須事先對特定地區(qū)的地震作用情況了解清楚，進行仔細(xì)的分析和計算，估算出建筑物在地震中的受力情況及反應(yīng)等，以便做好防震、減震工作。

3.2 重視地基的基礎(chǔ)設(shè)計

地基對建筑物穩(wěn)定性起著一定的保障作用，是建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。建筑物地基基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)該綜合實際情況，根據(jù)施工場地的實際情況綜合考慮。比如：施工現(xiàn)場的水文環(huán)境、地質(zhì)條件，再加上建筑工程的地基實際荷載力與結(jié)構(gòu)類型等，對這些因素進行綜合分析，使建筑物的抗震作用發(fā)揮到最大限度。

3.3 加強對構(gòu)件的要求

3.3.1加強構(gòu)件的可靠性

提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要有建筑各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間連接的牢固和穩(wěn)定性作保障。因此，在抗震結(jié)構(gòu)中各種構(gòu)件都應(yīng)當(dāng)具備合理的強度和剛度，而且具有可靠性連接，建筑結(jié)構(gòu)是一個多次超靜定結(jié)構(gòu)，建筑物的抗震結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)置多道抗震防線。在地震作用下，在部分構(gòu)件不可避免的被破壞的情況下，剩余的結(jié)構(gòu)依舊能夠獨立支撐建筑物，承受一定程度的地震力和豎向荷載。建筑物結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的一項重要內(nèi)容就是合理預(yù)見結(jié)構(gòu)將會被損壞的部位并能夠加以控制，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)奶幚斫Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的強弱關(guān)系，從而使建筑結(jié)構(gòu)具有多種抗震能力。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝使用時需要做到以下幾點：首先，保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件自身的承載力等于二者進行連接時的構(gòu)件的承載力；其次，保證預(yù)埋件的錨固承載力與跟它相互連接的構(gòu)件的承載力相等。保證牢固且可靠地連接各個構(gòu)件，并使結(jié)構(gòu)具有一定的剛度和變形能力。

3.3.2加強構(gòu)件的延性

抗震概念設(shè)計中，應(yīng)避免因非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)置的不合理而對整個結(jié)構(gòu)的受力情況產(chǎn)生不良的影響，最終導(dǎo)致抗震效果的下降。在設(shè)計中有很多可以采用的方法，比如：做好細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計，禁止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接進入到抗震體系，以防止在地震的作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)平面性的損毀、避免非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的連續(xù)損毀。組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及其連接的延性水平?jīng)Q定了結(jié)構(gòu)的變形能力。歸根結(jié)底，還是要對各種建筑結(jié)構(gòu)采取的抗震措施進行規(guī)范，從根本上提高各類建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件延性水平，這是抗震概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中存在的重要問題。在加強構(gòu)件延性的抗震措施上，主要指采用豎向和水平向的混凝土構(gòu)件，提高對砌體結(jié)構(gòu)的約束性，從而保證配筋砌體在地震中即使建筑物產(chǎn)生裂縫也不會散落和倒塌。

4 抗震設(shè)計未來發(fā)展

在目前的抗震設(shè)計中，有很多創(chuàng)新的措施，比如：隔振和消能的設(shè)計，主要是利用一些科學(xué)的結(jié)構(gòu)或者方法，起到減小地震對建筑物的影響的作用。利用一些柔性結(jié)構(gòu)消除地震對建筑地震力就是隔振的基本法，比如采取一定措施有效地增加附加阻尼作用：增加鋼板橡膠隔振墊，以增加消能支撐、阻尼器等，這些方法都可以將地震的一部分能量消耗，并且降低了其加速度，以此減少建筑的擺動，最終起到減少地震波破壞力度的作用。

5 結(jié)束語

概念設(shè)計中最重要，能夠通過對結(jié)構(gòu)的耗能和薄弱部位的的是分析、預(yù)見與控制，找到能支持結(jié)構(gòu)不倒塌的核心部分。總而言之，一幢建筑的抗震性能如何，主要依賴于抗震概念設(shè)計對結(jié)構(gòu)整體的宏觀把握，只要對結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計合理準(zhǔn)確，并且使建筑結(jié)構(gòu)符合一定的原則、要求，便能夠?qū)崿F(xiàn)抗震的目的。

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