建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計分析

霍健棠

（廣東省建工設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

在建筑抗震設(shè)計中，要想提升建筑的安全性，就需增強建筑物的穩(wěn)定性。建筑的抗震設(shè)計與人們的財產(chǎn)、人身安全有著非常密切的聯(lián)系。為此，只有提升建筑的抗震性能，才能有效達到抗震效果，進而提升建筑質(zhì)量，保障人身和財產(chǎn)的安全性，促進建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。建筑工程結(jié)構(gòu)抗震性是衡量建筑工程安全性的重要標(biāo)志。在實際建筑設(shè)計中，確保建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計質(zhì)量和建筑結(jié)構(gòu)安全，是現(xiàn)在建筑設(shè)計工作中的重中之重。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的必要性

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑工程也由此得到了飛速的發(fā)展，這種大背景下，建筑設(shè)計中，要充分考慮到現(xiàn)有的災(zāi)害多發(fā)情況，對建筑進行安全性、穩(wěn)定性的加強，以達到抗震功能。地震是現(xiàn)在自然災(zāi)害中頻發(fā)的災(zāi)害，其損害程度很強，嚴重的威脅人們的人生安全和財產(chǎn)損失。由于經(jīng)濟的發(fā)展，有效推進了城市的發(fā)展，由此大量的人口流入城市，使得建筑在城市的發(fā)展中不斷地拔地而起。在建筑設(shè)計中，應(yīng)充分的考慮地震災(zāi)害中地面運動給建筑結(jié)構(gòu)帶來的影響，計算相應(yīng)地震等級帶給建筑結(jié)構(gòu)的主要作用力以完成建筑結(jié)構(gòu)的抗震參數(shù)設(shè)計工作，使得其外形、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件等都可以提升建筑工程安全性和穩(wěn)定性，使建筑工程在地震災(zāi)害的作用下仍然能夠擁有正常使用的功能，或者保證建筑工程在地震災(zāi)害的作用下只會受到輕微程度的結(jié)構(gòu)損壞，不會對建筑內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性造成影響[1]。抗震設(shè)計步驟如圖1所示。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中遵循的基本原則

在建筑設(shè)計的過程中，應(yīng)將承載力和穩(wěn)定性作為重要內(nèi)容考慮在內(nèi)。遵循強柱弱梁、強節(jié)點弱構(gòu)件的基本準(zhǔn)則，對建筑物的薄弱位置進行抗震能力設(shè)計。在對抗震構(gòu)件進行設(shè)計時，應(yīng)與構(gòu)件的延性設(shè)計相結(jié)合，為實現(xiàn)抗震設(shè)計就需要延性較好的構(gòu)件來進行合作，要多布設(shè)抗震防線，以此來預(yù)防余震的發(fā)生。注意構(gòu)件間的強弱關(guān)系，如果構(gòu)件出現(xiàn)較強部位的情況下，則必定存在其薄弱的地方，強弱兩者間必須正確處理[2]。

3 影響因素

3.1 高度

根據(jù)我國相關(guān)規(guī)定，不僅對鋼筋混凝土建筑的高度有一定的要求外，還要將結(jié)構(gòu)地震后損壞情況規(guī)定在合理的范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)卣馂?zāi)難發(fā)生后，較高層的建筑物就會受到形變，結(jié)構(gòu)受到嚴重的破壞，變形也是很大的。因為，建筑物的高度，直接影響到一些參數(shù)，導(dǎo)致參數(shù)超出規(guī)范要求，其中就包含可抗震性能、安全等級、結(jié)構(gòu)抗力等選擇。在這些因素發(fā)生相應(yīng)的變化后，就使得高層建筑抗震性能大大降低[3]。

3.2 基礎(chǔ)

基礎(chǔ)是建筑物建成的部分，對建筑物而言是非常重要的。如果在選址的時候，選到了不好的地基，就會直接影響到建筑物的抗震能力。例如，如果將基礎(chǔ)選在軟弱沖積土層較厚的場地，就會使得地基不穩(wěn)，導(dǎo)致高層建筑受破壞程度加大。其主要原因就是地基土液化導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生不均勻的沉降，使得建筑物上端結(jié)構(gòu)收到很大的影響，更有甚者會導(dǎo)致建筑物整體傾斜[4]。因此，在選擇建筑物基礎(chǔ)持力層的時候，應(yīng)認真了解地勘報告中的土層參數(shù)，最好選擇在密實均勻的硬土土層上，或者可以選擇在開闊堅硬的土地上。值得注意的是，在選址的過程中切記不應(yīng)選在離河岸較近的位置，不宜跨在兩類的土壤上。要避開斷層、滑坡等危險地段。地段劃分如表1所示。

表1 地段劃分情況

3.3 材料及結(jié)構(gòu)

在建筑設(shè)計的過程中，建筑的抗震設(shè)計也是非常重要的。在設(shè)計時，應(yīng)注重材料的選擇和結(jié)構(gòu)體系的合理性，因為，建筑結(jié)構(gòu)的不同，使其抗震設(shè)計的重點也不相同。例如，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的特點就是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)柱上端會遭到剪切破壞，且窗下墻會對窗洞的位置外墻框架產(chǎn)生約束，出現(xiàn)短柱形、剪切型的破壞。底框結(jié)構(gòu)的建筑如果在設(shè)計的過程中，底層的剛度不足就會使得建筑受到嚴重的影響，房屋結(jié)構(gòu)選擇鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，如果底層設(shè)計為敞開式框架，并且未砌磚墻，則對底層的破壞也會很嚴重[5]。鋼筋作為材料的混凝土結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 鋼筋作為材料的混凝土結(jié)構(gòu)

3.4 抗震設(shè)防烈度

當(dāng)前，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中相對較低的就是抗震設(shè)防了。建筑抗震設(shè)計在延伸的方面所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)是非常嚴格的，比如梁柱的承載力的匹配和配筋率等數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，隨著社會不斷的發(fā)展，如果出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失效的問題，就會大大加深社會經(jīng)濟的損失，最后導(dǎo)致整個項目的結(jié)構(gòu)造價降低。因此可以彈性設(shè)計設(shè)防烈度下的抗震。值得一提的是，在對其進行抗震設(shè)計時，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，并且要根據(jù)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則進行設(shè)計規(guī)劃。抗震措施如表2所示。

表2 抗震措施

4 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

4.1 結(jié)構(gòu)位移抗震設(shè)計

在地震災(zāi)難發(fā)生時，建筑物會發(fā)生位移，因此在對建筑進行設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)采用多種設(shè)計方法，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，有3種方法可以使用在內(nèi)。①能力普法。②按延性系數(shù)設(shè)計方法。③直接在位移的結(jié)構(gòu)上進行設(shè)計方法。現(xiàn)在這3種方式廣泛運用在結(jié)構(gòu)位移的抗震設(shè)計中。這中間的直接位移法和控制延性法是根據(jù)位移目標(biāo)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的，而另一種能力普法是一種位移的驗算方法[6]。但無論哪一種，只要可以防止地震產(chǎn)生建筑物形變，就是可以積極推廣使用的。

4.2 結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計

在建筑設(shè)計的過程中，考慮結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計理論是最后發(fā)展起來的建筑抗震設(shè)計方法，結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計因為研究的比較晚，所以這種方法在運用的不是很廣泛。結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計現(xiàn)被運用在建筑的設(shè)計中，只有在設(shè)計中廣泛使用并研究此種方法才能讓結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計被大眾接受。

4.3 設(shè)計科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)

在建筑抗震設(shè)計中，為了使建筑物的每一個構(gòu)件進行運算，就要使用計算的方法來對地震響應(yīng)和地震，另外，還要計算出每一個墻柱梁板的承載力和變形，以此來提高抗震效果。

實際情況下，以建筑構(gòu)造為基礎(chǔ)，將較為確切的計算模型建設(shè)在其上面，并且根據(jù)本身概念的設(shè)計對其進行合理化的處理。當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時，一些較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形，而這時就應(yīng)對內(nèi)力及變形進行計算分析，可以使用兩種計算力學(xué)，此外計算軟件不同于人為的計算，在計算的過程中使用的理論包含剪摩理論和助拉應(yīng)力，將這兩準(zhǔn)理論而分別應(yīng)用在磚砌體和磚塊結(jié)構(gòu)兩種情況下使用。除此之外，將這些參數(shù)計算出來后進行分析，在確認其數(shù)據(jù)合理無誤后，才可以將其運用在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中去。剪摩理論如圖3所示。

圖3 剪摩理論

4.4 規(guī)劃設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)

在建筑抗震設(shè)計的過程中，合理的規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)是尤為重要的。一般而言，主要是針對建筑的體型、空間進行設(shè)計規(guī)劃，此外，還應(yīng)考慮到建筑的空間結(jié)構(gòu)及地基的堅固性，根據(jù)這些規(guī)范進行規(guī)劃設(shè)計。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時間，在地震的作用力下，會與建筑物產(chǎn)生一個力，使其產(chǎn)生一個比較，如若中心力較大，就會直接導(dǎo)致建筑物的傾斜或倒塌。相反的，如果中心力較小，就會增加建筑的抗震性。在空間布局的過程中，需要注意的重點有很多。在地震發(fā)生時，導(dǎo)致建筑物發(fā)生變形情況的推力不僅是地震產(chǎn)生的力，更多情況下及建筑空間多產(chǎn)生力也會導(dǎo)致建筑變形。在對建筑抗震設(shè)計的過程中，為了避免在地震發(fā)生時產(chǎn)生變形，所以在對建筑物進行設(shè)計規(guī)劃時就要簡單設(shè)計，盡量避免在建筑物的角上設(shè)計窗戶，因為建筑角上所受的力是較為復(fù)雜的，如果的建筑規(guī)劃設(shè)計之前就規(guī)避這種設(shè)計問題，就可以在一定程度上提高建筑的抗震性。有此可見，在對建筑物進行設(shè)計時，應(yīng)盡量把外觀簡單化，以確保建筑的抗震性，從而保障人民的生命財產(chǎn)安全[7]。基礎(chǔ)隔震設(shè)計如圖4所示。

圖4 基礎(chǔ)隔震設(shè)計

5 結(jié)語

總而言之，在對建筑物進行規(guī)劃時，應(yīng)始終將抗震設(shè)計作為重中之重。在抗震設(shè)計的過程中，要有規(guī)劃性的進行設(shè)計，必須對此設(shè)計報以嚴謹?shù)膽B(tài)度來進行設(shè)計。此外，還要遵循設(shè)計的科學(xué)性，因地制宜選擇較為合理的建設(shè)場所，并與建筑的抗震設(shè)計相結(jié)合，以保障建筑的抗震性能，為建筑行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。