建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計【建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計探究】

　　摘 要 抗震，是當前建筑施工必須要關(guān)注的話題，建筑結(jié)構(gòu)的抗震也就成了房屋設(shè)計必須要考量的核心環(huán)節(jié)。文章將就建筑抗震設(shè)計的要求、目標、原則，以及相關(guān)的內(nèi)容進行探討。 　　關(guān)鍵詞 抗震；結(jié)構(gòu)；設(shè)計方法
　　
　　如何能夠讓建筑在地震中保持安全，不受嚴重的損害，是當前建筑施工設(shè)計必須要考量的一個大問題，特別是近年來地震頻繁，人們的生命財產(chǎn)受到嚴重威脅，建筑安全則成了社會安全的一個重要影響因素，為保證建筑的抗震能力，設(shè)計人員必須要根據(jù)相關(guān)標準，設(shè)計出具有相當抗震能力的房屋。
　　1.抗震設(shè)防的目標
　　我們所說的抗震設(shè)防，指的是對建筑物進行抗震設(shè)計，同時有針對性的采取一定的抗震構(gòu)造的措施，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震的效果和目的。一般來說，抗震設(shè)防主要依據(jù)的是抗震設(shè)防烈度。而抗震設(shè)防烈度的依據(jù)，是以國家規(guī)定權(quán)限審批或頒發(fā)的文件執(zhí)行的，其是一個地區(qū)作為抗震設(shè)防標準。通常情況下，是采用國家地震局頒發(fā)的地震烈度區(qū)劃圖中規(guī)定的基本烈度的。從當前內(nèi)外抗震設(shè)防目標的發(fā)展總趨勢來看，其基本要求建筑物在使用期間，可以應對對不同頻率和強度的地震，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。這是我國抗震設(shè)計規(guī)范所采用的抗震設(shè)防目標。
　　建筑工程在施工中的設(shè)防的目標如下：1）如果所遭受的是低于本地區(qū)設(shè)防烈度多遇的常規(guī)地震，建筑物不受損壞，不需修理仍可繼續(xù)使用；2）如果遭受到本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度的地震，建筑物，包括結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分，可能損壞，但不會對人民生命和生產(chǎn)設(shè)備的安全造成威脅，經(jīng)修理仍可使用；3）如果遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震，盡量保證建筑物不倒塌。
　　也就是說，在建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計上，設(shè)計方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度這三個層次進行考慮。從概率上看，多遇地震烈度是發(fā)生機會較大的地震級別。按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的建筑，在設(shè)計上要達到這樣的防震效果：當遭遇多遇烈度作用時，建筑物處于彈性階段，通常不會損壞；當遭遇相應基本烈度的地震時，建筑物將進入彈塑性狀態(tài)，但一般不會發(fā)生嚴重破壞；當遭遇罕遇烈度作用時，建筑物可能會有嚴重破壞，但不至于倒塌。
　　2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法要點
　　我國所頒布的《抗震規(guī)范》提出了兩階段設(shè)計方法，以實現(xiàn)上述3個烈度水準的抗震設(shè)防要求。第一階段的設(shè)計方案，必須要符合抗震設(shè)計原則，同時根據(jù)與基本烈度相對應的眾值烈度（相當于小震）的地震動參數(shù)，通過采用彈性反應譜法求得結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用標準值和相應的地震作用效應，接著與其他荷載效應按一定的組合系數(shù)進行組合，同時對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，進行具有針對性的承載力驗算，如果建筑物較高，還必須要進行變形驗算，以保證其側(cè)向變形不要過大。這樣，一方面滿足了第一水準下必要的承載力可靠度，同時也滿足第二水準的設(shè)防要求（損壞可修）。當然，最后還必須通過概念設(shè)計和構(gòu)造措施來滿足第三水準的設(shè)防要求。
　　對于非地震高發(fā)區(qū)的大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)而言，只進行第一階段的設(shè)計已經(jīng)足夠了，但根據(jù)建筑的特點和地區(qū)的特征，少部分結(jié)構(gòu)諸如有特殊要求的建筑和地震時易倒塌的結(jié)構(gòu)，還必須要進行第二階段的設(shè)計，也就是按與基本烈度相對應的罕遇烈度（相當于大震）驗算結(jié)構(gòu)的彈塑性層間變形是否滿足規(guī)范要求（不發(fā)生倒塌）。如果發(fā)現(xiàn)有變形過大的薄弱層，那應該積極修改設(shè)計，或者可以采取相應的構(gòu)造措施，以滿足第三水準的設(shè)防要求，也就是大震不倒。
　　3.結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置
　　3.1 結(jié)構(gòu)材料的選擇
　　選擇哪一種材料對建筑的結(jié)構(gòu)抗震有著直接的影響，所以材料的選擇應該與建筑的方案設(shè)計同步，在研究建筑形式的同時進著手進行研究。同時還應該要確定采用什么樣的結(jié)構(gòu)體系。這樣做的目的，主要是為了能夠根據(jù)工程的各方面條件，選擇既符合抗震要求又經(jīng)濟實用的結(jié)構(gòu)類型。結(jié)構(gòu)選型是較為復雜的一項工作，在選擇時必須要考慮建筑的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，再加上經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟條件比較后再確定。如果我們單從抗震角度考慮，好的結(jié)構(gòu)型式，應具備以下特點：1）延性系數(shù)高；2）“強度／重力”比值大；3）勻質(zhì)性好；4）正交各向同性；5）構(gòu)件的連接具有整體性、連續(xù)性和較好的延性，并能發(fā)揮材料的全部強度。如果只從數(shù)據(jù)上看，按照上述標準來衡量，常見建筑結(jié)構(gòu)類型，理論上的抗震性能優(yōu)劣順序是：1）鋼結(jié)構(gòu)；2）型鋼混凝土結(jié)構(gòu)；3）混凝土一鋼混合結(jié)構(gòu)；4）現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；5）預應力混凝土結(jié)構(gòu)等。當然，在這里必須要強調(diào)的是，我們說的抗震最好的鋼結(jié)構(gòu)，其優(yōu)越性是相對性的，從優(yōu)點看，其延性，連接較好，具有可靠的節(jié)點，同時擁有在低周往復荷載下有飽滿穩(wěn)定的滯回曲線，從實際的經(jīng)驗看，鋼結(jié)構(gòu)建筑的表現(xiàn)都不錯。但是，我們說的相對性，是只設(shè)計理念即施工方法的到位如果不到位這些建筑同樣會在地震中受損。
　　3.2 抗震結(jié)構(gòu)體系的確定
　　不同的結(jié)構(gòu)體系，在抗震性能、使用效果和經(jīng)濟指標等方面的效果是不同的。因此，確定適合的抗震結(jié)構(gòu)體系至關(guān)重要�！犊拐鹨�(guī)范》的基本要求：1）必須具備明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；2）形成多道抗震防線，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導致整個體系喪失抗震能力或?qū)χ亓Φ某休d能力；3）必須具備必要的強度以及良好的變形能力和耗能能力；4）應該具有合理的剛度和強度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中；對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。
　　總之，在選擇確定建筑的結(jié)構(gòu)體系時，建筑物剛度與場地條件的關(guān)系是必須要考慮的。如果建筑物自振周期與地基土的卓越周期接近一致，那就說明建筑可能會產(chǎn)生共振，進而加重建筑物損害。一般來說，建筑物的自振周期與結(jié)構(gòu)本身剛度有關(guān)，所以在設(shè)計房屋之前，設(shè)計單位必須要掌握場地和地基土及其卓越周期，以便在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，最終避開共振周期。
　　當然，在選擇結(jié)構(gòu)體系時，還應該要注意選擇合理的基礎(chǔ)形式。基礎(chǔ)應該有足夠的埋深，如果是多層房屋，就應該設(shè)置地下室。根據(jù)實踐調(diào)查，設(shè)置地下室的房屋，可以減輕整個結(jié)構(gòu)的震害。至于那些地基軟弱的，就應該考慮選用樁基、筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。而針對巖層高低起伏不均勻的情況，則可以考慮選擇樁基，樁基可以穿入非液化土層，使建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。如果建筑物層數(shù)不多、地基條件又較好時，也可以采用單獨基礎(chǔ)或十字交叉帶形基礎(chǔ)等。
　　3.3 結(jié)構(gòu)布置的一般原則
　　3.3.1 平面布置力求對稱 通常情況下，對稱結(jié)構(gòu)在地面平動作用下只會發(fā)生平移振動，各構(gòu)件的側(cè)移量相等，這樣就使得水平地震作用按構(gòu)件剛度分配，所以各構(gòu)件受力比較均勻，不會導致力的分布失衡。如果是非對稱結(jié)構(gòu)，剛心會偏在一邊，質(zhì)心與剛心不重合，即便只是發(fā)生地面平動也可能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動。最終會導致遠離剛心的構(gòu)件，側(cè)移量大，承擔過度的水平地震剪力。這就很容易發(fā)生嚴重破壞，甚至可能會導致整個結(jié)構(gòu)因一側(cè)構(gòu)件失效而倒塌。
　　3.3.2 豎向布置力求均勻 結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，可以最大限度的使其豎向剛度、強度變化均勻，這樣可以有效的避免出現(xiàn)薄弱層。從建筑結(jié)構(gòu)的特點看，臨街的建筑物，往往會因為商業(yè)的需要，底部幾層有大空間的設(shè)置。非臨街的建筑物，底部也可能門廳、餐廳或停車場，而出現(xiàn)大空間。在這種結(jié)構(gòu)中，上部的鋼筋混凝土抗震墻或豎向支撐或砌體墻體到此被中止，而下部須采取框架體系。也就是說，上部各層為全墻體系或框架一抗震墻體系，而底層或底部兩三層則為框架體系，整個結(jié)構(gòu)屬“框托墻”體系。地震經(jīng)驗指出，這種體系很不利于抗震。因此，在實際的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應該要保持結(jié)構(gòu)豎向布置的均勻。
　　也就是說，同一樓層的框架柱，必須要具有大致相同的剛度、強度和延性，以此避免地震時，因受力大小懸殊而被各個擊破的危險。此外，還必須注意的是，在采用純框架結(jié)構(gòu)的高層建筑中，樓梯踏步斜梁和平臺梁直接與框架柱相連時，應該避免該柱變成短柱的情況，這樣才能有效的避免地震時發(fā)生剪切破壞。
　　4.結(jié)語
　　總之，在建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計中，設(shè)計人員必須根據(jù)建筑的實際情況，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境，在經(jīng)濟與安全的綜合考量下，設(shè)計出科學合理的防震方案，保證建筑物在相應的防震標準下進行施工，保證建筑的安全。
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