建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探索

1、建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探索    摘要：一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。要充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性。本文介紹了建筑抗震的基本要求，提出了建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效方法。    關(guān)鍵詞：建筑抗震； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 有效方法 建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用。一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。為此，要充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性，在建筑抗震設(shè)計(jì)中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)應(yīng)有的作用。一

2、、建筑抗震的基本要求我們所說的抗震設(shè)防，指的是對建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，同時(shí)有針對性的采取一定的抗震構(gòu)造的措施，最終實(shí)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(gè)地區(qū)作為抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)。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(dāng)前國內(nèi)外抗震設(shè)防目標(biāo)的發(fā)展總趨勢來看，其基本要求是建筑物在使用期間，可以應(yīng)對對不同頻率和強(qiáng)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(jì)規(guī)范所采用的抗震設(shè)防目標(biāo)。建筑工程在施工中的設(shè)防的目標(biāo)如下：1.如果所遭受的是低于本地區(qū)設(shè)防烈度多遇

3、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(huì)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(jì)上，設(shè)計(jì)方可以按照多遇烈度.基本烈度和罕遇烈度這三個(gè)層次進(jìn)行考慮。從概率上看，多遇地震烈度是發(fā)生機(jī)會(huì)較大的地震級別。按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到這樣的防震效果：當(dāng)遭遇多遇烈度作用時(shí)，建筑物處于彈性階段，通常不會(huì)損壞；當(dāng)遭遇相應(yīng)基本烈度的地震時(shí)，建筑物將進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，但一般不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重破壞；當(dāng)遭遇罕遇烈度

4、作用時(shí)，建筑物可能會(huì)有嚴(yán)重破壞，但不至于倒塌。二、建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效方法1.選擇有利的抗震場地人們常?？吹皆诰哂胁煌こ痰刭|(zhì)條件的場地上，建筑物在地震中的破壞程度是明顯不同的。于是人們自然就想到既然在不同場地條件下建筑物所受的破壞作用是不同的，那么，選擇對抗震有利的場地和避開不利的場地進(jìn)行建設(shè)，就能大大地減輕地震災(zāi)害。另一方面，由于建設(shè)用地受到地震以外的許多因素的限制，除了極不利和有嚴(yán)重危險(xiǎn)性的場地以外往往是不能排除其作為建設(shè)用場地的。這樣就有必要按照場地.地基對建筑物所受地震破壞作用的強(qiáng)弱和特征進(jìn)行分類，以便按照不同場地特點(diǎn)采取抗震措施。這就是地震區(qū)場地選擇與分類的目的。因此，應(yīng)選擇對建

5、筑抗震有利的地段，應(yīng)避開對抗震不利地段；當(dāng)無法避開時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施，應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別.地基液化等級，分別采取加強(qiáng)地基.上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度，部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。2.結(jié)構(gòu)選型和布置一般要求（1）建筑型狀力求簡單規(guī)則?？偟膩碚f就是指平立面不出現(xiàn)凹角的結(jié)構(gòu)。對難以避免的凹角，應(yīng)滿足下列要求：房屋平面的突出部分的長度不大于其寬度，且不大于該方向總長度的30。房屋立面局部收進(jìn)的尺寸不大于該方向總尺寸的25（不包括局部突出的樓.電梯間）。房屋平面的總長度不宜過長，結(jié)構(gòu)平面的長寬比不宜過大。（2）建筑平立面的剛度和質(zhì)量分布力求對稱均勻。力求對稱均勻是抗震概念設(shè)計(jì)十分重要的原則

6、。因?yàn)椴粚ΨQ結(jié)構(gòu)由于地震作用引起的扭轉(zhuǎn)作用十分明顯，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取加強(qiáng)措施：周邊構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度不對稱，布置時(shí)應(yīng)在總體上減小剛度偏心，計(jì)算時(shí)要充分估計(jì)薄弱側(cè)的較大位移及構(gòu)件的內(nèi)力和變形；建筑外形對稱但抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不對稱，可用抗震縫把結(jié)構(gòu)分隔成簡單.規(guī)則的單元。3.增強(qiáng)建筑物的剛度及整體性房屋是縱.橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個(gè)具有空間剛度的結(jié)構(gòu)體系，其抗震能力的強(qiáng)弱取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。剛性樓蓋是各抗側(cè)力構(gòu)件按各自側(cè)移剛度分配地震作用的保證?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋具有整體性好.水平剛度大的優(yōu)點(diǎn)，是較理想的抗震構(gòu)件，不但可消除滑移.散落的問題，增加房屋的整體性，增大樓板的剛度，而且

7、對平面上墻體對齊的要求也可予以適當(dāng)放寬，因作為以剪切變形為主的砌體結(jié)構(gòu)，層間變形是可控制的。較強(qiáng)的樓板及屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件，平面上，當(dāng)上下墻體不對齊時(shí)，現(xiàn)澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用，同時(shí)樓.屋蓋現(xiàn)澆增加了樓板對墻體的約束。因此，采現(xiàn)澆樓.屋蓋是一種較好的增強(qiáng)樓房結(jié)構(gòu)空間剛度和整體穩(wěn)定性的方法，在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)構(gòu)造柱，并配置些構(gòu)造鋼筋，也能達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性的作用；另外，設(shè)置配筋圈梁可限制散落問題，增強(qiáng)空間剛度，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，從而提高房屋的抗震性能。4.保證結(jié)構(gòu)的延性抗震能力結(jié)構(gòu)主要靠延性來抵抗較大地震作用下的非彈性變形，因此，地震作用下，結(jié)構(gòu)的延性與結(jié)構(gòu)的

8、強(qiáng)度具有同等重要的意義。為了使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震引起的動(dòng)力反應(yīng)過程中表現(xiàn)出必要的延性，就必須使塑性變形更多地集中在比較容易保證良好延性性能或者具有一定延性能力的構(gòu)件上。具體思路有三步：（1）第一步是選擇一個(gè)可接受的塑性變形機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在普遍使用“梁柱鉸機(jī)構(gòu)”即是通常所說的“強(qiáng)柱弱梁”。為了實(shí)現(xiàn)能力設(shè)計(jì)方法中的強(qiáng)柱弱梁機(jī)構(gòu)，我們通常的做法是對柱截面的組合彎矩乘以增大系數(shù)；也可以對由梁端實(shí)際配筋反算出梁端可抵抗彎矩，即實(shí)配彎矩乘以增大系數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)，并用增大后的彎矩值進(jìn)行柱端控制截面的承載力設(shè)計(jì)。（2）第二步是要通過人為增大各類構(gòu)件的抗剪能力，使其不致在強(qiáng)烈地震作用下，在結(jié)構(gòu)延性未發(fā)揮出來之前出現(xiàn)

9、非延性的剪切破壞，這即是我們通常所說的強(qiáng)剪弱彎。通常的做法是用剪力增大系數(shù)增大梁端.柱端.剪力墻端.剪力墻洞口連梁端以及梁柱節(jié)點(diǎn)處的組合剪力值, 并用增大后的剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行受剪控制截面控制條件，進(jìn)行驗(yàn)算和設(shè)計(jì)。具體措施也有兩類：一類是直接對一跨梁兩端截面     的順時(shí)針或反時(shí)針方向的組合彎矩值乘以增大系數(shù)，再與梁上作用的豎向重力荷載代表值一起從平衡關(guān)系中求得梁端剪力；另一類是沿順時(shí)針或反時(shí)針方向求得一跨梁兩端截面按實(shí)際配筋能夠抵抗的彎矩，對其乘以增大系數(shù)，再與梁上作用的豎向重力荷載代表值一起從平衡關(guān)系中求得梁端剪力。（3）第三步是通過相應(yīng)的構(gòu)造措施，保

10、證可能出現(xiàn)塑性鉸的部位具有所需的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力和塑性耗能能力。通常通過箍筋加密，限制軸壓比等措施來給予保證。5.合理的建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算分析參數(shù)設(shè)計(jì)是進(jìn)行地震作用和房屋各構(gòu)件的地震響應(yīng)計(jì)算，包括各墻柱梁板承載力和變形計(jì)算。開始計(jì)算前，應(yīng)根據(jù)高層結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，建立正確的計(jì)算模型，根據(jù)概念設(shè)計(jì)做必要的簡化計(jì)算與處理。計(jì)算軟件技術(shù)條件的輸入應(yīng)符合規(guī)范及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并應(yīng)根據(jù)具體工程注意需要特殊處理的內(nèi)容。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析時(shí)，應(yīng)采用不少于兩個(gè)不同的力學(xué)模型，目前主要有兩種計(jì)算理論：剪摩理論和主拉應(yīng)力理論。它們有各自的適用范圍：磚砌體一般采用主拉應(yīng)力理論，而砌塊結(jié)構(gòu)可采用剪摩理論。對計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理.有效后方可用于工程設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)計(jì)算控制的主要計(jì)算結(jié)果有結(jié)構(gòu)的自振周期.位移.平動(dòng)及扭轉(zhuǎn)系數(shù).層間剛度比.剪重比.有效質(zhì)量系數(shù)等。另外，地下室水平位移嵌固位置，轉(zhuǎn)換層剛度是否滿足要求等，都要求有層剛度作為依據(jù)。復(fù)雜高層建筑抗震計(jì)算時(shí)，宜考慮平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不應(yīng)小于15，對多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9 倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90?？傊邔咏Y(jié)構(gòu)計(jì)算很難一次完成，應(yīng)根據(jù)試算結(jié)果，按上述要求多次調(diào)整，才能得到較為合理的計(jì)算結(jié)果，以保證建筑物的安全。參考文獻(xiàn)：1 翁啟鋒.