建筑結(jié)構(gòu)抗震問(wèn)題探討

高 紅 斌

(山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

建筑結(jié)構(gòu)抗震問(wèn)題探討

高 紅 斌

(山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，建筑物抗震要求也不斷提高，我國(guó)相繼更新了抗震規(guī)范，對(duì)于抗震問(wèn)題尤為重視，著重論述了抗震設(shè)計(jì)需要考慮的因素和計(jì)算要點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些參考。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)，抗震措施

0 引言

建筑物的安全性主要是指在正常使用狀態(tài)和遭受外力破壞時(shí)的安全狀態(tài)。一個(gè)經(jīng)過(guò)正規(guī)設(shè)計(jì)施工的建筑在正常使用狀態(tài)下都可以滿(mǎn)足安全需求，所以現(xiàn)階段我們這里所說(shuō)的安全性更多的是在建筑物遭受外力下的被動(dòng)安全性。這種外力包含火災(zāi)、水災(zāi)、沖擊荷載、地震等。火災(zāi)、水災(zāi)更多的是對(duì)建筑材料的耐火性和防水性的考驗(yàn)，抵抗沖擊荷載和地震是建筑物自身剛度的體現(xiàn)，但是由于這類(lèi)型荷載具有不確定性和隨機(jī)性，很難進(jìn)行定性和定量，所以只能在設(shè)計(jì)時(shí)全方位考慮，這也就是我們提出的“大震不倒，中震可修，小震不壞”。現(xiàn)階段我國(guó)設(shè)計(jì)講究的是“抗震”，更多的要求是增加自身抵抗能力，提高剛度，增加配筋率，增設(shè)構(gòu)造措施。國(guó)外現(xiàn)在處于減震和隔震的階段，我國(guó)也在積極推進(jìn)，減震隔震從根本上不同于抗震，這種思路主要是在結(jié)構(gòu)體系上增加隔震減震的設(shè)備，用于吸收地震力，減少結(jié)構(gòu)自身所抵抗的地震力。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或者超限的工程，在通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬后，要求采用兩種不同的結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果對(duì)比后，再采用實(shí)驗(yàn)方法，把建筑模型置于振動(dòng)臺(tái)上，通過(guò)輸入不同類(lèi)型的地震波，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)檢驗(yàn)建筑物的抗震性能。

1 抗震設(shè)計(jì)的考慮因素

1.1 結(jié)構(gòu)體系的選擇

結(jié)構(gòu)體系屬于概念設(shè)計(jì)的范疇，也是屬于初設(shè)階段應(yīng)該確定的事項(xiàng)。結(jié)構(gòu)體系是決定一個(gè)建筑安全可靠的前提，它主要體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)受力的傳遞方式和材料的運(yùn)用。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，首當(dāng)其沖的就是要根據(jù)建筑功能確定結(jié)構(gòu)體系。

1)傳力路徑簡(jiǎn)單直接。

對(duì)于豎向力，一般是從樓板到梁，再到柱至基礎(chǔ)；對(duì)于水平力，直接由柱、墻來(lái)承擔(dān)。如何保證荷載傳導(dǎo)路徑直接明了，結(jié)構(gòu)體系的合理是關(guān)鍵。常用的結(jié)構(gòu)體系有磚混、框架、剪力墻、鋼結(jié)構(gòu)等，對(duì)于抗震設(shè)計(jì)都有自己體系相應(yīng)的措施，措施是基于傳力路徑的最好體現(xiàn)。

2)結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度保證。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”就是要求結(jié)構(gòu)體系要具備足夠的剛度，尤其是傳力系統(tǒng)的豎向構(gòu)件，一定是抗震設(shè)防的重點(diǎn)部位。一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)最薄弱的部位設(shè)置抗震措施，對(duì)于提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震能力具有顯著的效果。對(duì)于框架和剪力墻結(jié)構(gòu)，一定要保證梁柱節(jié)點(diǎn)的完整性和剛度，最大限度的分散節(jié)點(diǎn)塑性?xún)?nèi)力，合理提高節(jié)點(diǎn)抗震性。

1.2 場(chǎng)地的選擇

建筑場(chǎng)地的選址是關(guān)乎于項(xiàng)目能否實(shí)現(xiàn)的根本問(wèn)題，對(duì)于存在泥石流、滑坡、地震斷裂帶等危險(xiǎn)不良地質(zhì)場(chǎng)地，我們?cè)谶x址時(shí)要盡量回避，對(duì)于一般場(chǎng)地，地基不處理或者采取措施處理后可以滿(mǎn)足建筑使用的，才是我們選址的依據(jù)。對(duì)于液化場(chǎng)地，通常是地震考慮較為重要的場(chǎng)地，對(duì)于重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)建筑必須進(jìn)行處理，一般建筑可部分處理。對(duì)于濕陷性場(chǎng)地，要控制地基濕陷量，在場(chǎng)地類(lèi)別為三類(lèi)的場(chǎng)地，7度0.15g的地區(qū)，抗震構(gòu)造措施要按照提高一級(jí)來(lái)設(shè)計(jì)。在建筑建模時(shí)，場(chǎng)地類(lèi)別的輸入對(duì)于整個(gè)建筑的設(shè)計(jì)結(jié)果尤為重要。場(chǎng)地類(lèi)別是在地勘報(bào)告中分析地震波在土層傳播速度得出，這就要求地勘單位對(duì)于此項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行縝密的分析計(jì)算，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)8度地區(qū)的建筑，二類(lèi)場(chǎng)地和三類(lèi)場(chǎng)地的抗震驗(yàn)算結(jié)果是截然不同的，配筋也相差很多。因此，建筑場(chǎng)地的選擇、地基參數(shù)的選取都直接關(guān)系到建筑抗震設(shè)計(jì)的結(jié)果，在抗震構(gòu)造措施中，一方面是加強(qiáng)上部建筑的，另一方面就是增加結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)剛度，以此來(lái)一步步提升建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的抗震性。

1.3 建筑平面布置

當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)不是循規(guī)蹈矩的年代，老式傳統(tǒng)的盒子房，規(guī)則的建筑已經(jīng)不能滿(mǎn)足業(yè)主的視覺(jué)感受，所以現(xiàn)代的設(shè)計(jì)師常常天馬行空的構(gòu)想出很多造型奇特的建筑方案來(lái)贏得市場(chǎng)，從城市風(fēng)格和社會(huì)水平而言，這點(diǎn)是好的，但是對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)而言，就會(huì)提出很多新的挑戰(zhàn)。建筑外形不規(guī)則、內(nèi)部隨意的劃分空間，這些都導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不合理，傳力體系不明確或者傳遞路徑迷亂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多個(gè)薄弱點(diǎn)，復(fù)雜的造型也給建筑建模帶來(lái)很大困難，導(dǎo)致模型和實(shí)際情況的偏差，這些因素導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的差異很大。在進(jìn)行大型工程前期，都要進(jìn)行初始申報(bào)，主要就是審查選址、方案等。當(dāng)然換個(gè)角度考慮，新穎的方案對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)確實(shí)提出較高的要求，增加了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，但是對(duì)于抗震來(lái)說(shuō)，還是應(yīng)該講究平面規(guī)則、豎向規(guī)則，傳遞路線(xiàn)清晰明了。

1.4 抗震措施及裝置

抗震措施是計(jì)算之外的構(gòu)造措施，主要依據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出的最低要求，比如配筋率、鋼筋直徑、鋼筋間距、柱截面尺寸等，對(duì)于一個(gè)工程，考慮抗震與不考慮抗震得到的結(jié)果是差別巨大的。在設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)乜拐鹆叶冗M(jìn)行抗震構(gòu)造措施查詢(xún)，對(duì)于重點(diǎn)工程，還要提高一個(gè)抗震等級(jí)來(lái)設(shè)置構(gòu)造措施。在磚混結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造柱和圈梁都屬于構(gòu)造措施，不參與抗震計(jì)算，但是設(shè)置要求必須參照抗震規(guī)范；在混凝土框架結(jié)構(gòu)中，抗震措施則要求了最低的配筋率和鋼筋要求，在設(shè)計(jì)中是參與抗震計(jì)算的，這兩點(diǎn)要區(qū)分清楚。隨著抗震技術(shù)的進(jìn)步，近幾年逐漸把隔震減震技術(shù)推廣開(kāi)來(lái)，這也是學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的抗震計(jì)算，把地震從“抗”進(jìn)步到“隔”和“減”，也是對(duì)于結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)的優(yōu)化。隔震一般設(shè)置在基礎(chǔ)與豎向受力構(gòu)件中間，在地震力到來(lái)的時(shí)候，隔震裝置會(huì)通過(guò)自身材料特性過(guò)濾掉一大部分地震波，使傳導(dǎo)到結(jié)構(gòu)主體上的地震力減少很多，現(xiàn)在的大型橋梁、高架路常采用這種方式。減震主要是依靠阻尼器在框架構(gòu)件之間設(shè)置，在地震力到來(lái)時(shí)，利用阻尼器控制構(gòu)件變形，依靠自身變形吸收地震能量。兩種思路都是在傳遞路線(xiàn)上做文章，依舊遵循著古老的抗震定律。對(duì)于老舊房屋，設(shè)置阻尼器是較方便的抗震加固方法，它只需要在確定的幾個(gè)梁柱面內(nèi)替代填充墻體即可。根據(jù)山西省住建廳的要求，新建、改造的中小學(xué)房屋必須使用隔震減震技術(shù)，這也表明我省對(duì)于隔震減震技術(shù)推廣的重視程度，同時(shí)表明了抗震的未來(lái)在隔震和減震。

2 其他注意事項(xiàng)

當(dāng)今社會(huì)，要設(shè)計(jì)建造出抗震性能優(yōu)秀的房屋，設(shè)計(jì)人員的思路非常重要，要盡量考慮到以下幾點(diǎn)：

1)在滿(mǎn)足使用條件的前提下，盡量做到結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)單明了，傳遞路線(xiàn)清晰可靠，建筑平面布局合理對(duì)稱(chēng)，受力構(gòu)件分散均勻，避免平面剛度和豎直剛度發(fā)生突變。

2)建立完善的抗震體系，設(shè)置多道防線(xiàn)，化繁為簡(jiǎn)，化重為輕。嚴(yán)格按照抗震規(guī)范的區(qū)劃圖，準(zhǔn)確的對(duì)建筑物抗震措施定性和定量，確保在地震時(shí)，把建筑損傷帶給人類(lèi)的傷害降到最低。

3)對(duì)于樓板與梁、柱與梁、墻與梁、基礎(chǔ)與柱的節(jié)點(diǎn)要設(shè)計(jì)牢靠，根據(jù)結(jié)構(gòu)體系及規(guī)格確定抗震等級(jí)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)兩端抗震等級(jí)不同，對(duì)于節(jié)點(diǎn)部位采取高抗震等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全的前提下，更要保證節(jié)點(diǎn)的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重，抗震設(shè)計(jì)的研究與討論也一直在進(jìn)步，對(duì)于房屋建設(shè)來(lái)說(shuō)是好的，對(duì)于國(guó)家安全發(fā)展也是好的。我國(guó)雖然基本完成了大興土木的建造年代，但是建筑老化、破損等問(wèn)題也相應(yīng)出現(xiàn)，如何讓舊建筑滿(mǎn)足新抗震規(guī)范成了設(shè)計(jì)人的新問(wèn)題。這需要設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中既要堅(jiān)守舊有的傳統(tǒng)理論，也要開(kāi)拓進(jìn)取的提出新的抗震思路，在規(guī)范和科學(xué)中找到最完美的結(jié)合點(diǎn)，確保建筑物的抗震性能。

[1] 楊甲奇.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的探討[J].門(mén)窗,2014(2)：12-15.

[2] 方小丹,魏 璉.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的討論[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2011(12)：32-34.

Inquiry on anti-seismic problems of building structure

Gao Hongbin

(ShanxiDesignandResearchInstituteofBuildingMaterialsIndustry,Taiyuan030013,China)

With the constant development of economy in our country, the urbanization process is accelerated, the building also constantly improve the aseismic requirements. In our country have been updated the seismic code for anti-seismic problem is particularly valued. This paper discusses the factors and calculation of the seismic design needs to consider main points, to provide some reference for structure design.

structural design, aseismic design, earthquake resistant measures

1009-6825(2017)22-0047-02

2017-05-23

高紅斌(1970- )，男，工程師

TU352.1

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