對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中問題的解析

馬利桃

（大同市建筑設(shè)計研究院 山西大同 037008）

引言

我國地大物博、國土遼闊，這也導(dǎo)致我國成為了地震災(zāi)害頻發(fā)的國家之一，為了降低地震災(zāi)害的損失，我國也對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計十分的復(fù)雜，對設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高，雖然我國抗震設(shè)計在長期發(fā)展中取得了一定成效，但是在實(shí)際抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，依然還存在著一些不足，這就需要結(jié)合抗震設(shè)計的不足掌握設(shè)計要點(diǎn)，并采取相應(yīng)的措施來解決問題。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計內(nèi)涵與目標(biāo)

1.1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計內(nèi)涵

通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計就是通過研究地震對建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞程度，并通過長期的抗震設(shè)計經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，獲取更加有效的設(shè)計方案，從而應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的過程。地震作為一種隨機(jī)性非常強(qiáng)的劇烈振動，具有復(fù)雜性、隨機(jī)性、不確定性等特點(diǎn)。因此在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計當(dāng)中，需要對建筑結(jié)構(gòu)性質(zhì)、空間、材料、外界因素進(jìn)行綜合考慮，盡可能消除不確定性因素。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中不能僅憑借計算數(shù)據(jù)，還需要結(jié)合地震易造成的工程破壞部位、破壞原理進(jìn)行考慮，按照地震動理論，通過對抗震設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，最終確定設(shè)計方案，這也是建筑抗震設(shè)計當(dāng)中的一大突破點(diǎn)，從本質(zhì)上提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1.2 建筑抗震設(shè)計的設(shè)防目標(biāo)

結(jié)合地震的實(shí)際強(qiáng)度，可以將設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)劃分為3個等級：①第一水準(zhǔn)。如果建筑結(jié)構(gòu)遭受了低于當(dāng)?shù)氐卣鹪O(shè)防烈度的多遇地震影響時，通常建筑不會受到損壞且不需要修理，建筑工程各項(xiàng)功能可以正常使用，也就是所謂的“小震不壞”；②第二水準(zhǔn)。如果建筑結(jié)構(gòu)遭受了相當(dāng)于本地抗震烈度的地震影響時，可能建筑結(jié)構(gòu)會遭到損壞，但是通過修理或不需要修理即可保證建筑工程各項(xiàng)功能可以正常使用，也就是“中震可修”；③第三水準(zhǔn)。如果建筑結(jié)構(gòu)遭受到了高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度，建筑結(jié)構(gòu)不至于倒塌或危及生命的危險，也就是“大震不倒”。

對于使用功能以及其他方面具有專門要求的建筑工程，在進(jìn)行抗震性能優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，需要提出更加具體、抗震等級更高的抗震設(shè)防目標(biāo)。對于抗震設(shè)防在VI度以上的地區(qū)，建筑工程必須要采取抗震設(shè)計。抗震設(shè)防烈度的確定必須結(jié)合國家規(guī)范的要求。

2 建筑工程抗震設(shè)計中的關(guān)鍵問題以及實(shí)施要點(diǎn)

2.1 抗震場地選擇

在相同的設(shè)計條件下，場地的地質(zhì)條件對建筑抗震性能有著極大的影響，并且受到地震破壞程度差異明顯，所以做好抗震場地選擇工作十分重要。在選擇抗震場地時，盡可能避免地質(zhì)較差的場地，降低地震帶來的災(zāi)害。通常情況下，微風(fēng)化與中等風(fēng)化基巖、密實(shí)砂土層、含水量低的黏土都是較為有利的建設(shè)場地，而軟土、液化土、濕陷性黃土都是不利場地，需要正確辨別場地的影響因素。如果工程建設(shè)區(qū)域地質(zhì)不理想，則需要結(jié)合土質(zhì)采取加強(qiáng)措施，同時要對可能出現(xiàn)的不利條件進(jìn)行估算，并采取預(yù)先防護(hù)措施進(jìn)行加固處理。如果發(fā)生地震時可能出現(xiàn)斷裂的場地，需要重點(diǎn)加強(qiáng)地基，確?；A(chǔ)工程的安全。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)抗震體系

合理選擇建筑結(jié)構(gòu)抗震體系是保障抗震設(shè)計質(zhì)量的重要因素，建筑體系是否合理直接決定了建筑工程的經(jīng)濟(jì)性、安全性。在建筑結(jié)構(gòu)抗震體系設(shè)計當(dāng)中，需要重點(diǎn)從以下三點(diǎn)入手：

（1）確保建筑結(jié)構(gòu)體系合理性，需要避免部分結(jié)構(gòu)遭到破壞對整個工程的影響，同時也包括部分構(gòu)件遭到破壞造成整體結(jié)構(gòu)癱瘓。所以在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中需要保留一定的冗余度，并具備較好的變形能力。如果發(fā)生了地震災(zāi)害，即使局部出現(xiàn)了嚴(yán)重?fù)p毀，其余部位也要能夠承擔(dān)橫向、縱向荷載，提高建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)固性。

（2）確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計的清晰性，明確設(shè)計當(dāng)中地震力的傳遞路徑，在對豎向建筑構(gòu)件進(jìn)行布置當(dāng)中，要保證重力荷載均勻，并對樓屋蓋梁體系設(shè)計當(dāng)中，垂直重力荷載需要以最短路徑向豎向構(gòu)件傳遞。保證建筑整體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剪力墻、支撐系統(tǒng)、框架等相互聯(lián)系，結(jié)構(gòu)體系受力明確。

（3）確保建筑結(jié)構(gòu)體系的剛度、強(qiáng)度滿足要求，避免因?yàn)榫植縿偠?、?qiáng)度產(chǎn)生變化而影響整個結(jié)構(gòu)。在設(shè)計框架結(jié)構(gòu)過程中，需要重點(diǎn)考慮節(jié)點(diǎn)問題，避免節(jié)點(diǎn)被破壞，對于抗震性能較為薄弱的部位要采用更加合適的防護(hù)、加固措施，這樣即可提高抗震性能。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)則與對稱性

根據(jù)抗震理念，對建筑立面、平面設(shè)計時，應(yīng)確保建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。對于不規(guī)則建筑工程通常都是采用空間結(jié)構(gòu)計算模型；對于工程結(jié)構(gòu)中較為薄弱的環(huán)節(jié)，需要提高內(nèi)力系數(shù)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對彈塑性變形進(jìn)行分析，薄弱部位需要采用針對性抗震設(shè)計。

對稱性同樣是抗震設(shè)計中的重要一環(huán)，需要建筑結(jié)構(gòu)對稱、質(zhì)量分布對稱、剛度對稱。通常最理想的方案是“三心重合”，三心即平面形心、質(zhì)量中心、剛度中心。結(jié)構(gòu)對稱也就是抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)對稱，該種對稱較為容易實(shí)現(xiàn)，主要保證主體結(jié)構(gòu)沿著主軸方向進(jìn)行剛度、強(qiáng)度設(shè)計，變形特征差異不大；保證沿抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)當(dāng)中的主軸線強(qiáng)度、剛度分布均勻；結(jié)構(gòu)整體具備一定的協(xié)調(diào)能力，確保剛度、強(qiáng)度能夠滿足扭矩性能，這樣即可在發(fā)生地震災(zāi)害時，建筑結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，避免主體結(jié)構(gòu)、構(gòu)件遭到破壞。

3 解決建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的措施

3.1 合理布局地震外力能量傳遞吸收

外力傳遞吸收是保證建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的前提條件，采用合理的布局方案，可以確保支柱、梁、墻軸線處于同一平面，這樣可讓構(gòu)件雙向抗側(cè)力體系更加合理。采用此布局方案，如果發(fā)生了地震，即使對柱、墻、梁的彎剪破壞，其塑性屈服也會發(fā)生在底部。再者，連梁塑性屈服要控制在連梁位置，同時還具備一定的變形能力。該種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，在地震時會充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)抗震作用，結(jié)合“墻強(qiáng)梁弱”的理念，可以提高墻肢承載力，確保結(jié)構(gòu)抗震性能。

3.2 抗震構(gòu)造措施

結(jié)合抗震等級對工程進(jìn)行抗震構(gòu)造措施（包括梁、柱、墻）的加強(qiáng)，這樣可以在發(fā)生地震時候，梁、柱、墻都達(dá)到要求抗震標(biāo)準(zhǔn)。建筑工程多數(shù)都是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如果鋼筋的承載力、延性較好，則結(jié)構(gòu)抗震性能也更強(qiáng)。所以，為了確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力、延性，需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中按照“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱（桿）件”原則進(jìn)行設(shè)計，嚴(yán)格控制柱截面尺寸，保證柱的軸壓比滿足實(shí)際要求，嚴(yán)格按照構(gòu)造配筋要求，從而不斷加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，提高節(jié)點(diǎn)的抗震性和牢固性。

3.3 設(shè)置多道抗震防線

提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要設(shè)置多道抗震防線。在整個建筑工程抗震體系當(dāng)中，如果發(fā)生了地震問題，會在地震作用下部分延性較好的構(gòu)件率先出現(xiàn)塑性屈服，也就是可以承擔(dān)起第一道抗震防線作用。之后，其他構(gòu)件同樣也會起到抗震防護(hù)作用，在第一道防線出現(xiàn)了塑性屈服之后，之后的抗震防線會逐次屈服。該方法可以形成多道抗震防線，產(chǎn)生第一道、第二道……第N道抗震防線（取決于塑性屈服構(gòu)件的數(shù)量），如果第一道防線塑性屈服達(dá)到了極限時，則第二道防線即可發(fā)揮作用。該結(jié)構(gòu)在保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)安全中有著重要意義。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著高層建筑工程數(shù)量越來越多，國家對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能也提出了更高要求。雖然我國抗震體系經(jīng)歷了多年的研究和發(fā)展，但是依然存在著些許問題，這就需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況做好抗震方案設(shè)計工作，提高建筑工程的抗震性能，保證居民安全，降低地震災(zāi)害造成的生命財產(chǎn)損失。