抗震性在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

盧俊澄

摘 要：我國由于幅員遼闊，許多地方都非常容易發(fā)生地震，因此，在工程建設(shè)當(dāng)中，加強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計(jì)是工程師在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的問題之一。特別是近年來我國的工程建設(shè)腳步逐漸加快，為了應(yīng)付日益頻繁的地震災(zāi)害，必須要使建筑結(jié)構(gòu)具有非常高的抗震能力，減少地震帶來的損失。抗震性設(shè)計(jì)是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，抗震性設(shè)計(jì)要兼顧工程實(shí)際以及地震類型以使抗震效果得到最大發(fā)揮。該文正是基于此，研究地震發(fā)生時(shí)的特質(zhì)，分析工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素，旨在為今后的工程抗震性設(shè)計(jì)提供參考建議。

關(guān)鍵詞：抗震性 工程結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 應(yīng)用

中圖分類號：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0037-01

眾所周知，地震會對工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生復(fù)雜的機(jī)理破壞，而工程抗震設(shè)計(jì)就是為了抵消地震對建筑物的不良作用，降低建筑的受影響程度，即：“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)上，不應(yīng)將計(jì)算設(shè)計(jì)作為唯一方式，更主要的是將工程抗震理念與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。解決抗震問題主要經(jīng)過定性的實(shí)際現(xiàn)象、物理機(jī)制分析、變化過程研究以及總結(jié)特性規(guī)律和震后情況分析等方式來解決。這些理念共同組成了抗震概念設(shè)計(jì)，即概念化設(shè)計(jì)，其主要研究結(jié)果如下。

1 我國目前工程結(jié)構(gòu)抗震理論的問題

從世界各國的建筑方式來看，普遍采用吸收消耗地震作用力為主的插入式整體結(jié)構(gòu)，但是對于工程結(jié)構(gòu)抵抗地震作用力的受力設(shè)計(jì)與分析，則必須從結(jié)構(gòu)的整體來分析建筑的抗震性能。

隨著城市化進(jìn)程的不斷深入，超高層建筑的數(shù)量激增，這給建筑抗震工作帶來了更大的難度，對于這些不同種類的建筑，基礎(chǔ)深度的差異主要對應(yīng)于地震作用的強(qiáng)弱，建筑基礎(chǔ)的深度與受地震影響的大小成正比，同時(shí)加上基礎(chǔ)設(shè)施的多樣化：例如地鐵、管道、電纜等地下設(shè)施都增加了地震場地的不穩(wěn)定性。當(dāng)前的抗震設(shè)計(jì)沒有考慮建筑本身的效果，忽略了建筑地基的地震場地效應(yīng)衍生的種種問題。

2 抗震概念的關(guān)鍵要素

因?yàn)榻陙砦覈鴰状螄?yán)重的地震災(zāi)害給受災(zāi)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、群眾人身安全帶來嚴(yán)重打擊，所以目前國內(nèi)抗震技術(shù)也在不斷地發(fā)展，其占工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比重也逐漸增加。因此根據(jù)地震的形態(tài)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)非常具有必要性。其中需要注意的有以下幾點(diǎn)：第一，抗震概念設(shè)計(jì)要求工程結(jié)構(gòu)的形態(tài)足夠簡練。當(dāng)工程各構(gòu)件的受力情況清晰時(shí)，抗震設(shè)計(jì)的難度也會相應(yīng)降低，同時(shí)保證了受力信息分析的準(zhǔn)確性。且簡明的建筑結(jié)構(gòu)也能降低建筑的受損害程度，避免了過多的結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，從而保證了建筑的整體性，增強(qiáng)了建筑的抗震能力。第二，設(shè)計(jì)當(dāng)中首先要研究豎向力的均勻分布，要保證建筑橫隔層上下部分比例的豎向收進(jìn)尺寸的準(zhǔn)確性，只有合理分析結(jié)構(gòu)的豎向受力情況才能使分隔層平衡達(dá)標(biāo)。洞口的開設(shè)要保證整齊規(guī)則，確保建筑整體的剛度和強(qiáng)度得到加強(qiáng)，防止因?yàn)榈卣鹜饬?dǎo)致剛度不穩(wěn)定變化以及整體結(jié)構(gòu)變形的情況出現(xiàn)。另外還應(yīng)保證建筑的剛度和延性，這需要相同高度的層面支柱與相關(guān)連接構(gòu)件保持統(tǒng)一。剛度均勻分布和強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的延性，使建筑具有更強(qiáng)的地震抵抗能力，同時(shí)保證填充墻的墻和柱不直接接觸，必要時(shí)可以設(shè)置防震縫。第三，建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心工作，為了使基礎(chǔ)更好的連接上部構(gòu)件，則必須保證基礎(chǔ)具有承載的足夠剛度和強(qiáng)度，構(gòu)件的鏈接應(yīng)該足夠地牢固，利用設(shè)計(jì)的整體化增強(qiáng)建筑的水平和縱向抗震能力。第四，使結(jié)構(gòu)的受力更加對稱（包含外形對稱以及立體剛度的對稱），增強(qiáng)工程的側(cè)向抵抗力。尤其注意要保證質(zhì)量對稱，抗震性能需均勻分布共同抵抗地震外力，防止重心偏移導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)暴露出來。

3 抗震概念設(shè)計(jì)的必要性

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了科技產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，從而使社會分工也呈現(xiàn)多樣化發(fā)展趨勢。在這樣的大環(huán)境下，施工單位對抗震數(shù)據(jù)的計(jì)算和運(yùn)作方式就應(yīng)該進(jìn)行革新。傳統(tǒng)的手工和思維模式已經(jīng)存在明顯的滯后性，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展正好為抗震技術(shù)數(shù)據(jù)測量提供了更為便捷和有效地技術(shù)支撐，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，概念設(shè)計(jì)理念逐漸被眾多的行業(yè)人士所接受。

高層建筑的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，所以地震發(fā)生時(shí)對受力情況的分析難度很大，使得計(jì)算結(jié)果難以保證準(zhǔn)確性。此時(shí)只有用抗震概念設(shè)計(jì)才能預(yù)測建筑的受力情況。抗震概念設(shè)計(jì)的核心是合理性和實(shí)際性，由于受到技術(shù)手段的限制，簡單的數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)無法勝任一個(gè)建筑工程的設(shè)計(jì)，此時(shí)也只能依靠抗震概念設(shè)計(jì)才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。抗震概念設(shè)計(jì)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供一個(gè)真實(shí)、實(shí)用的客觀實(shí)體，使工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加完善。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)縱向或橫向壓力出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算技術(shù)，難以確定結(jié)構(gòu)具有良好的抗震能力。

4 增強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)抗震性能的有效手段

通過對大量受到地震損壞建筑的研究以及設(shè)計(jì)人員長期的經(jīng)驗(yàn)積累，才得以總結(jié)出建筑抗震概念設(shè)計(jì)理論。其對于工程結(jié)構(gòu)抗震的重要性不言而喻。第一，要合理布局地震對于建筑的作用力在傳遞過程中所通過的傳送和消耗途徑，保證構(gòu)件的雙向抗側(cè)力體系完善，確保支柱、墻、梁的中軸線處于同一平面，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，使其破壞形態(tài)為彎剪狀，盡量將塑性屈服控制在墻面下部，連梁則應(yīng)該在梁端塑性屈服，并且保證一定程度上的可變形。在墻端完全產(chǎn)生抗震性能時(shí)，需要依據(jù)強(qiáng)墻弱梁的原則增加墻肢的負(fù)荷力，防止墻肢出現(xiàn)剪切破壞的情況。第二，抗震結(jié)構(gòu)需要根據(jù)地震等級進(jìn)行針對性的防護(hù)，墻、梁、柱的節(jié)點(diǎn)需要獨(dú)立處理，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)應(yīng)該滿足三個(gè)水平的設(shè)置防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，確保建筑的結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)固。另外在地震來臨前應(yīng)該使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的承載力以及延展性。依據(jù)強(qiáng)剪弱彎的標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)合理的截面尺寸，把握好柱的軸壓比以及構(gòu)件配筋標(biāo)準(zhǔn)，特別是增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)措施。第三，為了避免地震對某一構(gòu)件的損害，從而影響其他構(gòu)件抗震效果的問題，則必須要設(shè)置多條抗震防線，使同一時(shí)間內(nèi)其他防線都能起到抗震作用。構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度以及工程結(jié)構(gòu)的延展性是建筑吸收地震作用力的關(guān)鍵，因此必須增強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)的延展性，加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要保證節(jié)點(diǎn)的完好，使同一平面每個(gè)柱兩端的屈服時(shí)間延長，底層柱的柱底塑性鉸產(chǎn)生時(shí)間適當(dāng)延后，以分散梁與柱端的塑性鉸，使工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性得到充分體現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，抗震概念設(shè)計(jì)在工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中占有重要地位，將抗震理念反映在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，則為設(shè)計(jì)師提供了更多的抗震手段，同時(shí)也能夠避免抗震設(shè)計(jì)的很多問題。雖然數(shù)值設(shè)計(jì)存在諸多不完善的地方，但是其也具有重要的意義，只有將數(shù)值設(shè)計(jì)以及概念設(shè)計(jì)兩者相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，才能更充分地使計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到保障。

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