建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探究

王雪飛

摘 要：地震是一種破壞力極強(qiáng)的自然災(zāi)害，近年來在我國(guó)發(fā)生的比較頻繁，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重的威脅，不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。由于一些地區(qū)處于地震多發(fā)地帶上，只要出現(xiàn)重大的地震災(zāi)害，勢(shì)必會(huì)對(duì)災(zāi)區(qū)群眾帶來嚴(yán)重的損失。因此，提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，能夠有效減輕地震災(zāi)害為建筑帶來的破壞，讓人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全有一個(gè)可靠保障。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 前言

科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，能夠減輕地震對(duì)建筑造成的破壞，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供可靠保障。所以，隨著建筑高度的不斷提升，在建筑結(jié)構(gòu)中需要重點(diǎn)做好抗震穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)。本文通過分析新形勢(shì)下建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題，介紹相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)的方法，希望為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員更好進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供幫助。

2 建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，因?yàn)榈卣馂?zāi)害的隨機(jī)性和不確定性較強(qiáng)，房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，能夠通過概念設(shè)計(jì)較為清晰的表達(dá)出來。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段就掌握好地震災(zāi)害的能量輸入，了解建筑結(jié)構(gòu)的體系與類型。只有這樣，才能在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，真正消除其中容易出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)。

3 新形勢(shì)下建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的問題

3.1 選擇建筑抗震場(chǎng)地的問題

在相同的施工條件下，如果地質(zhì)條件存在差異，地震對(duì)建筑物帶來的破壞程度是不一樣的。因此，為實(shí)現(xiàn)建筑物抗震性能的提升，選擇良好的建筑場(chǎng)地是前提。在選擇場(chǎng)地時(shí)，為減少地震災(zāi)害，不能選擇在河岸、邊坡邊緣、高聳孤立的山丘、非巖質(zhì)陡坡、濕陷性黃土區(qū)域等工程地質(zhì)狀況不好的抗震場(chǎng)地[1]。若不能避開這些地方，則必須采用有效的抗震加強(qiáng)措施，要按照抗震設(shè)防類別、濕陷性黃土等級(jí)以及地基液化等情況，采用合理的方法提升地基的穩(wěn)定性與剛度。比如，若建筑地基受力層為新近填土、軟弱粘性土層時(shí)，要準(zhǔn)確計(jì)算地震過程中地基的不均勻沉降，通過加固上部結(jié)構(gòu)、地基和樁基等措施，提高地基的承載力。

3.2 選取建筑結(jié)構(gòu)抗震機(jī)制的問題

建筑結(jié)構(gòu)需要有一定的剛度和強(qiáng)度，確保在出現(xiàn)突發(fā)情況或個(gè)別位置減弱時(shí)形成薄弱位置，建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)造成較大的應(yīng)力聚集或塑性產(chǎn)生變化聚集。對(duì)于出現(xiàn)的薄弱位置，要及時(shí)提示其抗震水平。

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)而言，需要設(shè)計(jì)有科學(xué)的地震功能傳送通道，并且在縱向建筑構(gòu)件設(shè)置過程中，要保證在垂直重力負(fù)荷作用下，縱向建筑構(gòu)件受到平均的應(yīng)壓力。在樓層蓋梁的設(shè)置過程中，要保證以最短的距離將垂直重力負(fù)載傳送到縱向構(gòu)件墻中。

建筑結(jié)構(gòu)的選擇中，要盡量避免一些構(gòu)件出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)失去對(duì)重力負(fù)載的抗震性能和承受性能。在設(shè)置建筑構(gòu)架時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)需要具備內(nèi)良好的變形性能、再次分?jǐn)們?nèi)力的作用等。從而在出現(xiàn)地震后，就算個(gè)別構(gòu)件存在問題，整個(gè)建筑也能夠承載縱向負(fù)載，讓建筑結(jié)構(gòu)的總體抗震性能更高[2]。

4 建筑架構(gòu)平面設(shè)置的規(guī)則性與對(duì)稱性問題

在建筑架構(gòu)的抗震中，需要重視起對(duì)稱性，即建筑平面的對(duì)稱、品質(zhì)分布的對(duì)稱、房屋構(gòu)架抗側(cè)剛度的對(duì)稱等。確保建筑架構(gòu)的對(duì)稱中心為同樣的位置是最優(yōu)抗震設(shè)置方案。從我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)來看，架構(gòu)的對(duì)稱性主要是抗側(cè)力主要構(gòu)架的對(duì)稱。建筑架構(gòu)的規(guī)則性主要包括下面幾點(diǎn)：（1）在平面設(shè)置建筑抗側(cè)力的主要架構(gòu)過程中，確保周圍結(jié)構(gòu)與中心的強(qiáng)度和剛度是平均分布的，只有這樣房屋的主要架構(gòu)才有較強(qiáng)的強(qiáng)度和抗扭剛度，從而有效避免建筑在風(fēng)力較大或者地震扭矩的影響下而出現(xiàn)變形，造成非架構(gòu)構(gòu)件和架構(gòu)構(gòu)件被損壞。（2）在平面設(shè)置建筑抗側(cè)力的主要架構(gòu)過程中，必須確保同一主軸方向的全部抗側(cè)力架構(gòu)剛度與強(qiáng)度處于平均形態(tài)。（3）建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)沿著構(gòu)成變化和豎向斷面也應(yīng)該均勻，防止造成突變。（4）建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向需要有相同的剛度與強(qiáng)度，同時(shí)具備相近的變形特性。

5 新形勢(shì)下建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法

5.1 選取合適的建筑場(chǎng)地

通常來說，只要發(fā)生地震，其涉及面是很廣的，會(huì)對(duì)其影響范圍內(nèi)的建筑帶來嚴(yán)重的破壞。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程時(shí)，關(guān)鍵就是要選擇好合適的建筑場(chǎng)所。第一，在選擇建筑場(chǎng)地的過程中，所選擇的區(qū)域要對(duì)抗震有利、四周地勢(shì)開闊，并且地質(zhì)結(jié)構(gòu)要堅(jiān)硬，只有這樣才能在地震災(zāi)害發(fā)生后，有效降低地基土體出現(xiàn)的沉陷問題，提高建筑物的抗震效果。其次，建筑場(chǎng)地不能選擇在地質(zhì)不均勻、地基軟弱的區(qū)域以及有較大坡度的山腳。最后，最大限度避免選擇在地震多發(fā)地帶。

5.2 材料和結(jié)構(gòu)體系的選擇

對(duì)于地震多發(fā)地區(qū)而言，需要重點(diǎn)關(guān)注建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。目前，國(guó)內(nèi)超過150m的高層建筑一般使用組合筒、筒中筒體系和框架筒體系，并且這三種結(jié)構(gòu)體系在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的高層建筑中也應(yīng)用的比較廣泛。然而在國(guó)外一些地震多發(fā)地區(qū)，主要的建筑材料是鋼結(jié)構(gòu)，而國(guó)內(nèi)超過九層以上的高層建筑結(jié)構(gòu)都使用的是鋼筋混凝土材料、混合類型結(jié)構(gòu)體系。在地震作用下，鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒主要承擔(dān)了8層的地震作用力。因?yàn)殇摻罨炷镣镣彩墙ㄖY(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵，所以其變形限度不能超過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變形限度。但是因?yàn)閺澢冃卧斐傻膫?cè)向位移很大，在鋼框架共同作用下減小側(cè)向位移，因?yàn)殇摽蚣艿膭偠群苄。瑢?dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷產(chǎn)生較大的影響，所以減小的側(cè)移效果并不多。一般使用加大鋼筋混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度。

5.3 軸壓比和短柱設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，為讓建筑結(jié)構(gòu)有更好的抗震性能，可以通過降低柱的軸壓比，提高柱的截面尺寸的方式。在減小柱的軸壓比后，能夠讓柱子保持大偏心受壓狀態(tài)，防止縱向受力鋼筋未達(dá)到受拉屈服而出現(xiàn)混凝土卻被壓碎的問題。因?yàn)橹话阌兄^強(qiáng)的剛性，這樣就降低了整體結(jié)構(gòu)的延性，如果遇到地震災(zāi)害，結(jié)構(gòu)只能吸收并消耗少部分的地震能量，這樣極易對(duì)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞。因此，對(duì)于高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，對(duì)強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用很多，這是由于梁的有著良好的延性，可以發(fā)生一定程度的變形。此外，在設(shè)計(jì)過程中還要適當(dāng)增大軸壓比。同時(shí)大多數(shù)高層建筑底層的柱子長(zhǎng)細(xì)比<4，但是不能以長(zhǎng)細(xì)比小于4將其判斷為短柱。這是由于剪跨比是短柱的主要確定因素，短柱的剪跨比一般≤2。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，在多年的建筑抗震設(shè)計(jì)研究過程中，我國(guó)逐步建立了一套比較先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)方法，并且在發(fā)展過程中得到了完善。但是這里面也存在很多不足之處，需要我們才有有效的解決措施。因此，為確保建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，需要在遵循相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，提高建筑物的抗震性能。我們要相信，今后設(shè)計(jì)師抗震設(shè)計(jì)水平會(huì)越來越高，這必定進(jìn)一步推動(dòng)建筑抗震設(shè)計(jì)事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾建寧.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化措施探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（16）：84.

[2] 朱桂明.芻議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)分析[J].江西建材，2015（4）：23.