建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的探索與研究

孟艷春 呂村

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，城市化進(jìn)程也不斷加快，城市建筑工程施工數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)工程施工的安全性和質(zhì)量提出了更高的要求。近年來(lái)，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率不斷增加，其中地震對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成的威脅更加巨大。深刻理解建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑抗震之間的必然聯(lián)系，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加科學(xué)化、合理化，對(duì)提升我國(guó)建筑的安全性和抗震性，推動(dòng)我國(guó)建筑業(yè)的高速發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要意義

（一）滿足日益復(fù)雜的城市規(guī)劃需求，推動(dòng)城市化進(jìn)程的加快

現(xiàn)代城市規(guī)劃是一個(gè)整體性、復(fù)雜化的系統(tǒng)工程，需要兼顧條理性與安全性，在建筑物設(shè)計(jì)施工過(guò)程中既要考慮整體的美觀程度，與整個(gè)城市環(huán)境的契合度，又要保持相對(duì)獨(dú)立性，保證區(qū)域建筑出問(wèn)題后不會(huì)引起巨大的連鎖反應(yīng)，最大程度地保障整體城市結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。這就要求建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅僅考慮建筑物的外觀造型，還要引入抗震設(shè)計(jì)來(lái)提高建筑物的質(zhì)量和使用壽命，維護(hù)整個(gè)城市規(guī)劃的穩(wěn)定性，推動(dòng)城市化進(jìn)程的加快。

（二）保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全

地震是一種破壞性極強(qiáng)的自然災(zāi)害，當(dāng)前沒(méi)有任何技術(shù)設(shè)備可以精確預(yù)測(cè)地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度，地震一旦發(fā)生，勢(shì)必會(huì)對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大危害。我們能夠做的是通過(guò)良好的抗震設(shè)計(jì)來(lái)提高建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，讓建筑物能夠承受較強(qiáng)程度的地震，為地震發(fā)生時(shí)的逃生和救援工作提供堅(jiān)實(shí)的保障。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

（一）缺少科學(xué)化的理論指導(dǎo)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

地質(zhì)地震的復(fù)雜性和不確定性導(dǎo)致其在研究領(lǐng)域難以形成科學(xué)化、系統(tǒng)化的知識(shí)體系，雖然地質(zhì)學(xué)家對(duì)地震發(fā)生的原因有了較為深刻的理解，但是仍然無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，因此很難形成科學(xué)化的理論體系和防治方案，在建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也無(wú)法提供專業(yè)性、具體化的指導(dǎo)方案。

（二）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較低

我國(guó)一直以來(lái)依據(jù)“小震不壞，中震可修，大震不倒”這個(gè)抗震設(shè)計(jì)原則，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)比較低。除此之外，具體抗震指標(biāo)計(jì)算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全度也比較低，在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列抗震延展性指標(biāo)的要求上遠(yuǎn)不如國(guó)外嚴(yán)格。現(xiàn)行的建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的需求，結(jié)構(gòu)失效帶來(lái)的損失愈來(lái)愈大，加之結(jié)構(gòu)造價(jià)在整個(gè)投資中的比例下降，抗震性能化設(shè)計(jì)日漸成為重要的設(shè)計(jì)手段。

（三）抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)刻板，缺乏實(shí)事求是的精神

在進(jìn)行建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，許多施工單位都是以固定的技術(shù)參數(shù)作為依據(jù)，缺乏實(shí)事求是的精神，在施工過(guò)程中沒(méi)有根據(jù)實(shí)際情況對(duì)建筑工程抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化調(diào)整。例如，在研究設(shè)計(jì)建筑物抗震結(jié)構(gòu)的時(shí)候普遍采用小震的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，在檢驗(yàn)和計(jì)算變形以及設(shè)計(jì)截面承載力的時(shí)候，沒(méi)有充分研究地震對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的影響，許多細(xì)節(jié)問(wèn)題被忽略，導(dǎo)致設(shè)計(jì)建筑物主體結(jié)構(gòu)時(shí)存在一定的安全隱患。

（四）對(duì)建筑物的高度缺乏嚴(yán)格管控

按照我國(guó)現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)定，鋼筋混凝土高層建筑都要有一個(gè)適宜的高度，這個(gè)高度與我國(guó)目前建筑科研水平和施工技術(shù)水平是相匹配的，也是與目前整個(gè)土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的。但實(shí)際上，許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過(guò)了這個(gè)限制。房屋越高，所受到的地震力和傾覆力矩就越大，破壞的可能性也就越大，同時(shí)巨大的傾覆力矩所引起的壓力和拉力均較難處理。

三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

抗震設(shè)計(jì)理念在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中尤為重要，在建筑抗震設(shè)計(jì)中需要遵循以下原則：

（一）整體性原則

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要整體考量，既要保持建筑物外觀的完整性和美觀度，又要確保建筑物在地震災(zāi)害面前有較強(qiáng)的抗震性能。在進(jìn)行建筑物施工設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要從整體上把握建筑物的力學(xué)性能。設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，使建筑物結(jié)構(gòu)受力更均勻，從而更好的保證建筑物的穩(wěn)定性。

（二）剛度原則

合理的剛度可以確保建筑物結(jié)構(gòu)滿足抗震要求。如果建筑物剛度不夠，抗震性能不足以抵擋地震作用，建筑物就會(huì)受到嚴(yán)重的損壞。同樣，如果剛度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致韌性不夠，造成建筑在受到不均勻外力作用時(shí)發(fā)生斷裂，建筑物結(jié)構(gòu)會(huì)面臨更大的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)工作中要綜合考量，真正做到剛?cè)峤Y(jié)合。

（三）均衡性原則

建筑物抗震效果很大程度取決于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。建筑物結(jié)構(gòu)如果過(guò)于復(fù)雜，則荷載分布不均勻并且集中荷載相對(duì)較大，地震中建筑物結(jié)構(gòu)會(huì)造成更大的破壞。因此，在進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量做到剛度、質(zhì)量分布較均勻，從整體上提高建筑物的抗震效果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考量建筑物的鞭梢效應(yīng)，建筑物超出屋面的高度不宜過(guò)高，要滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

四、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的建議

（一）重視前期勘探，合理選擇建筑施工場(chǎng)地

建筑物的抗震性能與其選址有著重要的聯(lián)系，因此前期科學(xué)、全面的勘探工作非常重要。現(xiàn)階段雖然沒(méi)有準(zhǔn)確的地震預(yù)測(cè)設(shè)備和手段，但是可以通過(guò)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究分析出建筑施工地段可能發(fā)生地震的概率，也可以分析出地震發(fā)生時(shí)可能發(fā)生的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)可以做到更加針對(duì)性，從而避免因勘探不到位而引起的安全隱患。在進(jìn)行建筑施工勘探時(shí)，還要充分考慮建筑物所在的場(chǎng)地特征，并有針對(duì)性地調(diào)整建筑物的剛度和質(zhì)量，從而改變建筑物的自振頻率，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，提高建筑物的抗震承載力。

（二）依據(jù)抗震標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格規(guī)范建筑物平立面設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性

建筑物的平立面布置直接決定了整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。建筑設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)建筑主體抗震能力的研究，從思想上和行動(dòng)上重視建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃建筑物的平立面設(shè)計(jì)，保持整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要遵循一定的規(guī)則性來(lái)提高抗震性能，在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)要盡量做到建筑物體型規(guī)則，盡量避免獨(dú)特的凸角結(jié)構(gòu)，講究簡(jiǎn)潔高效，既能有效控制成本、降低施工難度，又能最大化的提升建筑物的抗震性能;在進(jìn)行立面設(shè)計(jì)時(shí)要遵循對(duì)稱原則，盡量減少建筑物的豎向結(jié)構(gòu)不規(guī)則，確保建筑物豎向高度的一致性。針對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜建設(shè)難度較大的工程，需按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置抗震縫，并對(duì)抗震縫兩側(cè)的建筑予以分離。

（三）確保建筑材料的質(zhì)量，保證建筑材料的抗震性

建筑施工材料的質(zhì)量很大程度上決定了建筑物的質(zhì)量和抗震性，在建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，對(duì)建筑施工材料的選擇也是必須要重視的因素，設(shè)計(jì)人員在對(duì)整體建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)分析，將建筑材料本身的強(qiáng)度質(zhì)量與建筑物的抗震性需求緊密聯(lián)系起來(lái)，確保建筑物的剛度符合抗震性要求，增強(qiáng)建筑物的抗震承載力。

（四）依據(jù)抗震標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格規(guī)范建筑物的高度與寬度

建筑物的高度與寬度結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性有直接關(guān)系，必須保證其合理的比例。目前我國(guó)城市化正處在高速發(fā)展的階段，大量人口涌入城市當(dāng)中，城市建筑物的高度不斷增加，這種情況下，不可避免地出現(xiàn)一些片面追求經(jīng)濟(jì)效益，違規(guī)增加建筑物高度的現(xiàn)象。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格遵循相關(guān)法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制建筑物的高度、寬度比例。對(duì)比例失衡的建筑要進(jìn)行必要的補(bǔ)救，對(duì)無(wú)法調(diào)整高度與寬度的建筑物，需要進(jìn)行底部加固，用高品質(zhì)的混凝土構(gòu)筑豎向構(gòu)件進(jìn)行加固，確保建筑物的整體抗震性。

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作者簡(jiǎn)介：

孟艷春（1987.7-），女，山東省濟(jì)寧市梁山縣人，研究生，青島黃海學(xué)院，研究方向：結(jié)構(gòu)工程

呂村（1990.7-），女，山東省萊蕪市人，研究生，青島工學(xué)院，研究方向：結(jié)構(gòu)工程