建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震問題探討
摘要：地震災(zāi)害是人類面l臨的重大災(zāi)難，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)當考慮抗震問題，并采取行之有效的措施，增強建筑物的抗震能力，減少地震引起的損失。本文討論了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有關(guān)抗震方面的注意問題和原則，并提出了相關(guān)措施。
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;抗震;概念設(shè)計;抗震計算;構(gòu)造設(shè)計
人類面臨的諸多自然災(zāi)害中，地震無疑是對生命財產(chǎn)危害最嚴重的一種。由于地震的波及范圍廣，不可預(yù)測性，每次地震發(fā)生都會造成大量的建筑物倒塌或者人員傷亡，間接損失更是難以估量。中國是全球地震的頻發(fā)區(qū)，約占全球年平均次數(shù)的1/3，因此建筑物抗震尤為必要，要提高建筑物防震性能是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮的問題。
抗震設(shè)計主要考慮三個方面的問題：概念設(shè)計、抗震計算和構(gòu)造設(shè)計。概念設(shè)計把握設(shè)計的基本原則，考慮場地條件及其穩(wěn)定性，建筑的外形尺寸和建筑面的布置等等;抗震計算是抗震設(shè)計中的定量手段;構(gòu)造設(shè)計在具體實施上保證結(jié)構(gòu)整體性，彌補局部的薄弱缺陷等問題，保證抗震計算的有效性。
1、抗震概念設(shè)計
抗震概念設(shè)計主要是依據(jù)工程經(jīng)驗和地震災(zāi)害總結(jié)出的根據(jù)設(shè)計思路和原則對建筑物進行總體布置和明確細部構(gòu)造的過程。一般不經(jīng)過數(shù)值計算，主要的依據(jù)因素包括：結(jié)構(gòu)破壞機理、整體與分體系的力學(xué)關(guān)系、以往抗震和震害積累的經(jīng)驗、工程經(jīng)驗等等，是對建筑結(jié)構(gòu)抗震問題的宏觀把握。
1.1抗震概念設(shè)計中的考量原則建筑場地選擇：根據(jù)工程的要求，要對場地進行綜合評價，盡量選擇有利地段，避免不利地段，這樣有利于抗震設(shè)計，如果建筑地段無法避免不利地段，應(yīng)當采取抗震措施。由于建筑物的自振周期，要避免建筑物在地震發(fā)生時出現(xiàn)共振現(xiàn)象，建筑地基的設(shè)計要符合下列標準：①如果地基土質(zhì)不均勻諸如液化土、新填土或者軟粘性土時，要考慮在地震發(fā)生時的地基不均勻沉降，及時采取有效措施;② 同一結(jié)構(gòu)設(shè)計單元基礎(chǔ)設(shè)計要合理，盡量避免全部設(shè)置在地基土相同的地方，不可以采取不同的基礎(chǔ)形式，諸如部分樁基，部分天然地基等現(xiàn)象。在危險地段，堅決避免甲、乙類建筑。
1.2 建筑體型選擇建筑物的體型盡量簡單、規(guī)則、對稱，立面選擇可以采用三角形、矩形或者梯形等布局，避免倒梯形或者變化突然的階梯型立面。建筑物的高度適當降低，嚴格限制高寬比�？箓�(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置也要避免不規(guī)則形狀，以保證建筑良好的整體性。
1.3結(jié)構(gòu)抗震體系的選擇
(1)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當按照建筑物的抗震設(shè)防烈度、抗震設(shè)防類別、建筑高度、場地條件和其他如經(jīng)濟、技術(shù)和使用條件等因素的綜合考慮決定。
(2)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當提供地震作用傳遞途徑和計算簡圖，結(jié)構(gòu)的布置要具備多層抗震防線。
(3)結(jié)構(gòu)部件連接要合理，要有一定的變形能力和強度，避免因為部分構(gòu)件的破壞或部分結(jié)構(gòu)而破壞整個結(jié)構(gòu)的抗震能力和對重力的承載能力。
(4)建筑物還要具有合格的抗震承載力，以及消耗地址能量和良好的變形能力。
(5)對于潛在的問題結(jié)構(gòu)或者薄弱部位，要采取措施解決或者加強薄弱環(huán)節(jié)，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中和變形集中。
(6)結(jié)構(gòu)平面的兩個主軸方面的動力特性要相近，加強平面連接，提高豎向的整體剛度。
1.4 加強對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理要考慮建筑幕墻等結(jié)構(gòu)在地震中出現(xiàn)的變形，采取有效的連接方法，預(yù)埋件錨固要合理，并采取加強措施，減少地震力通過非結(jié)構(gòu)部件向主體傳遞。采用輕質(zhì)材料作為墻體材料，減少建筑物的重量，建筑物重量越小，地震力越小。剛性護墻要與主體保持可靠連接，沿縱向均勻?qū)ΨQ布置，確保承受結(jié)構(gòu)在不同方向產(chǎn)生的位移。另外新修訂的抗震規(guī)范設(shè)計增加了框架結(jié)構(gòu)的圍護墻和隔墻等強制性條文，保證設(shè)置合理以確保主體結(jié)構(gòu)的抗震能力。
2、抗震計算
結(jié)構(gòu)抗震計算包括地震作用計算和結(jié)構(gòu)抗震驗算兩部分。
2.1地震作用的基本原則主要有
(1)應(yīng)當分別計算建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸方想的水平地震作用，并且由各方向的抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)承受該方向的地震水平作用。如果出現(xiàn)交叉抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，如果角度大于15~，也要分別計算各個方向的水平地震作用。
(2)如果結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度的分布不明顯，則要考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。
(3)對于長懸臂和大跨度結(jié)構(gòu)以及。度時的高層建筑，必須計算豎向地震作用。
2.2 結(jié)構(gòu)抗震計算的基本方法主要包括：底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法和時程分析法。
(1)一般來說凡事屬于廣義的單自由度體系的建筑物，都可以采用底部剪力法來計算水平地震作用，如果建筑物高度低于40m，質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的以剪切變形為主的結(jié)構(gòu)都可以使用底部剪力法。底部剪力法的基本思路是：水平地震作用和底部剪力相等。
(2)振型分解反應(yīng)譜法的理論基礎(chǔ)是單自由度體系的反應(yīng)譜，通常分解振型方式計算多自由度體系的地震反應(yīng)。這一方法的優(yōu)點是對結(jié)構(gòu)的動力特性考慮全面，對于大多數(shù)建筑物都能給出滿意的計算結(jié)果，并且計算過程簡單。因而成為當前比較普遍采用的方法。時程分析法又稱為直接動力法，時程分析法算法精細，通過運動微分方程對結(jié)構(gòu)物進行計算，可以算出結(jié)構(gòu)件內(nèi)力的時程變化關(guān)系，和各個質(zhì)點的位移、加速度和速度動力反應(yīng)。然而本算法具有局限性，當前使用并不普遍。
2.3 抗震驗算在驗算時不同建筑的整體性決定了剛性、剛?cè)�、柔性計算的選擇，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須合理的確定建筑物的剛度，剛度既不可過大也不可過小，如果過大則鋼結(jié)構(gòu)自振周期短，所承受的地震作用相應(yīng)增大，不但造成了原材料的浪費，導(dǎo)致的后果也比較嚴重;如果過柔，在地震時很可能因設(shè)計缺陷導(dǎo)致建筑物變形，影響了正常使用。另外場地土的類別也是抗震驗算時候必須注意的方面。如有條件可以增加剪力墻，或者將框架設(shè)計成雙向梁柱剛接體系，或者是講部分的框架梁搭建在其它框架梁上。雨篷不得從填充墻內(nèi)出挑，對于陽臺處梁和大跨度的雨篷要考慮抗扭，扭矩是梁中心線處板的負彎矩乘以跨度的一半。柱和框架梁的混凝土等級可以相差一級。
3、抗震構(gòu)造設(shè)施
抗震構(gòu)造措施可以分為混凝土結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，對混凝土結(jié)構(gòu)而言要考慮鋼筋混凝土構(gòu)件截面高寬比，控制承重軸壓比和最小配筋率。磚混結(jié)構(gòu)的措施主要有限定房屋的高度和層數(shù)和層高。控制橫梁間距局部尺寸，設(shè)置防震縫等等。
建筑隔震技術(shù)：
通過隔震技術(shù)可以有效減少地震力對整個結(jié)構(gòu)體系的影響，從而提高建筑物的抗震能力。隔震層設(shè)置位置不同，相應(yīng)的隔震作用也有差異，按照這種位置的劃分，可以將隔震方式分為：
(1)地基隔震。地基隔震就是將隔震層設(shè)置在地基當中，在許多建筑工程所采用的地基隔震方法中，采用地基中設(shè)置砂墊層和糯米層的辦法取得了比較顯著的抗震效果。另外可以將軟土和砂土混合，并加入土工布，這一辦法可以吸收地震波，減弱地震沖擊波的影響，然而由于土性難以掌控，隨自然條件變化出現(xiàn)較大的不確定性，現(xiàn)在基本淘汰，當前普遍采用的方法是用改性瀝青設(shè)計的阻尼隔震層。
(2)基礎(chǔ)隔震基礎(chǔ)隔震是將隔震裝置設(shè)置在建筑的基礎(chǔ)與上部之間，這種方法可以減弱地震波向建筑物上部傳遞，可以大大降低建筑上部結(jié)構(gòu)受到的影響。但是該技術(shù)大多應(yīng)用于低層建筑，高層建筑中使用則抗震效果不好。基礎(chǔ)隔震的形式多種多樣，常見的主要有基地滑移裝置和混合隔震裝置等。
(3)懸掛隔震。這一方法是懸掛建筑物的質(zhì)量，從而使震動無法傳遞到主體結(jié)構(gòu)中，并且能降低慣性力的產(chǎn)生。
(4)層間隔震層間隔震融合了結(jié)構(gòu)隔震和抗震技術(shù)，它將由質(zhì)量和隔震支座組成的耗能減震裝置安裝在原來的結(jié)構(gòu)中，耗能減震機可以吸收和消耗地震能量，在地震發(fā)生時就能減少結(jié)構(gòu)的損失。
4、結(jié)束語
綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是一個整體思路，貫穿在結(jié)構(gòu)設(shè)計的始終，是一項系統(tǒng)工程，對不同的建筑物要有不同的抗震衡量，并且要遵循抗震設(shè)計的一般原則，同時抗震設(shè)計是衡量建筑物設(shè)計質(zhì)量的重要指標。通過有效的分析和實踐，將抗震設(shè)計應(yīng)用于建筑物中，才可以提高建筑物的抗震能力，減少經(jīng)濟損失和人員傷亡。
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