淺談建筑結(jié)構(gòu)抗震

淺談建筑結(jié)構(gòu)抗震我國是地震多發(fā)國，破壞性地震造成建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)的損壞，人員的傷亡及經(jīng)濟(jì)損失都是巨大的。隨著社會的不斷向前發(fā)展，各門學(xué)科的交叉發(fā)展，使得隔震、消能減震等抗震技術(shù)的運(yùn)用走上一個(gè)新的階段。任何結(jié)構(gòu)所受的載荷都具有不同程度的動載荷性質(zhì)，有不少結(jié)構(gòu)主要在振動環(huán)境下工作。通過對隔震裝置的動力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)自振振動在結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)中經(jīng)常占有主導(dǎo)地位，不能夠忽略。那么找到結(jié)構(gòu)反應(yīng)的最大控制量，就能夠進(jìn)而去尋找最合適的材料來制造隔震減震裝置，這樣就有希望把被動控制技術(shù)推向一個(gè)新高度。地震是來自地球內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動的一種自然現(xiàn)象，是人類社會面臨的一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球每年平均發(fā)生500萬次左右的地震。地震通常給人們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失，其產(chǎn)生的影響是長久的。目前，科學(xué)技術(shù)還不能準(zhǔn)確預(yù)測并控制地震的發(fā)生。我國為地震多發(fā)區(qū)，全國大部分大中城市處于地震區(qū)，由于城市人口及設(shè)施集中，地震災(zāi)害會帶來嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國450個(gè)城市中有3/4處于地震區(qū)，而其中大中城市的4/5以上均在地震區(qū)。以此，為了抗御和減輕地震災(zāi)害，有必要進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析與設(shè)計(jì)。我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）中明確規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。地震時(shí)由于地面運(yùn)動使原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的結(jié)構(gòu)受到動力作用，產(chǎn)生強(qiáng)迫震動。我們將地震時(shí)地面加速度振動在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的慣性力稱為結(jié)構(gòu)的地震作用。結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)是一種動力反應(yīng)，其大小不僅與地面運(yùn)動有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)自身動力特性如：自振周期、振型和阻尼等有關(guān)。結(jié)構(gòu)動力學(xué)著重研究結(jié)構(gòu)對于動荷載的響應(yīng)（如速度、位移、加速度、內(nèi)力等時(shí)間的歷程），以便確定結(jié)構(gòu)的承載能力和動力學(xué)特性，或?yàn)楦纳平Y(jié)構(gòu)的性能提供依據(jù)。因此，在房屋抗震減震方面，結(jié)構(gòu)動力學(xué)既是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又是減震隔振的理論依據(jù)。一、結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)遵循以下原則：1.一般情況下，可在建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別考慮水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，各個(gè)方向的水平地震作用應(yīng)由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)；2.有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15°時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用；3.質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，其他情況，可采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法考慮扭轉(zhuǎn)影響；4.8度和9度時(shí)的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的高層建筑，應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。為了貫徹實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，抗震規(guī)范規(guī)定進(jìn)行下列內(nèi)容的抗震驗(yàn)算：1.對各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的彈性變形驗(yàn)算；2.對絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下強(qiáng)度驗(yàn)算，以防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞。3.對甲類建筑、位于高烈度區(qū)和場地條件較差的建筑、超過一定高度的高層建筑、特別不規(guī)則建筑、采用隔震消能減震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算。在多遇地震作用下，滿足抗震承載力要求的結(jié)構(gòu)一般處于彈性工作階段，不受損壞，但如果彈性變形過大，將會導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。因此，規(guī)范對除砌體結(jié)構(gòu)、廠房外的各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行多遇地政作用下的彈性變形驗(yàn)算，對其樓層間的最大彈性層間位移要求符合下式：式中――多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移；計(jì)算時(shí)，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形；應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面剛度可采用彈性剛度；h――計(jì)算樓層層高；――彈性層間位移角限值。除部分符合條件的單廠建筑、6度區(qū)的建筑（建造于IV類場地上較高的高層建筑除外）記憶生土房屋和木結(jié)構(gòu)房屋外，其他建筑結(jié)構(gòu)都要進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的抗震驗(yàn)算。驗(yàn)算公式為：式中S――結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設(shè)計(jì)值；R――結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值；γRE――承載力抗震調(diào)整系數(shù)。在罕遇地震作用下，地面運(yùn)動加速度峰值是多遇地震的4～6倍。因此，多遇地震下處于彈性階段的結(jié)構(gòu)，在罕遇地震烈度下將進(jìn)入彈塑性階段，結(jié)構(gòu)構(gòu)件接近或達(dá)到屈服，此時(shí)，結(jié)構(gòu)已沒有足夠的強(qiáng)度儲備。為抵抗地震的持續(xù)作用，要求結(jié)構(gòu)有較好的延性，通過發(fā)展塑性變形來消耗地震能量。因此，對某些處于特殊條件下的結(jié)構(gòu)，還需要驗(yàn)算其在罕遇地震作用下的彈塑性變形。二、多層和高層鋼筋混凝土房屋的抗震多層和高層鋼筋混凝土房屋是我國工業(yè)和民用建筑中最常用的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)建筑功能要求不同，其常用的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)、框架抗震墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等形式。與砌體結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般具有較好的抗震性能。多層和高層鋼筋混凝土建筑不同的抗震結(jié)構(gòu)體系具有不同的性能特點(diǎn)，在確定結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑使用功能要求和抗震要求進(jìn)行合理選擇。一般來說，結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度是選擇抗震結(jié)構(gòu)體系要考慮的重要因素，特別是高層建筑的設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)往往起控制作用?？蚣塄D抗震墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是克服了純框架結(jié)構(gòu)剛度小和純抗震墻結(jié)構(gòu)自重大的缺點(diǎn)，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)長處。具有抗側(cè)剛度較大，自重較輕，結(jié)構(gòu)布置較靈活，結(jié)構(gòu)的水平位移較小的優(yōu)點(diǎn)，抗震性能較好。該結(jié)構(gòu)適用于辦公寫字樓、賓館、高層住宅等?？拐饓Y(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是自重大，側(cè)向剛度大，地震作用大，空間整體性好，但布置不靈活?？拐饓Y(jié)構(gòu)適合于住宅等建筑。三、多層砌體結(jié)構(gòu)抗震砌體結(jié)構(gòu)的主要承重及抗側(cè)力構(gòu)件是墻體，砌體結(jié)構(gòu)的承重體系應(yīng)優(yōu)先選用橫墻或縱橫墻共同承重方案。結(jié)構(gòu)承重體系中縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，同一軸線上窗間墻寬度宜均勻。房屋的平、立面布置應(yīng)盡量簡單、規(guī)則，避免由于不規(guī)則使結(jié)構(gòu)各部分的質(zhì)量和剛度分布不均是質(zhì)量中心與剛度中心不重合而導(dǎo)致震害加重。多層砌體建筑隨著層數(shù)和高度的增加，房屋的破壞程度加重，倒塌率增加。因此對房屋的層數(shù)和總高度都有規(guī)范限制。房屋高寬比指房屋總高度與建筑平面最小總寬度之比，隨著高寬比的增大，房屋易發(fā)生整體彎曲破壞。多層砌體結(jié)構(gòu)房屋不作整體彎曲驗(yàn)算。因此，對于房屋的高寬比也應(yīng)根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)，還有砌體抗震橫墻的間距，房屋局部尺寸以及結(jié)構(gòu)材料都要符合規(guī)范。四、小結(jié)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》適用于抗震設(shè)防烈度為6、7、8、9度地區(qū)的建筑工程的抗震設(shè)計(jì)及隔震消能減震設(shè)計(jì)，目標(biāo)為“小震不壞，中震可修，大震不倒”，而且根據(jù)建筑物使用功能的不同，建筑物的結(jié)構(gòu)不同，多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、多層砌體結(jié)構(gòu)等，對建筑物的抗震設(shè)防類別及其設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了劃分。但設(shè)計(jì)規(guī)范的科學(xué)依據(jù)只能是現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)和資料，目前對地震規(guī)律性的認(rèn)識還很不足，隨著科學(xué)水平的提高，地震可能不再是威脅。1、質(zhì)量目標(biāo)本工程質(zhì)量目標(biāo)為合格。為確保工程質(zhì)量，從質(zhì)量管理體系的各工序質(zhì)量程度網(wǎng)絡(luò)控制兩大方面嚴(yán)格控制，并制定出相應(yīng)的質(zhì)量保證措施以確保工程的質(zhì)量。質(zhì)量保證體系的管理組織，從公司到項(xiàng)目部，配套管理，形成嚴(yán)格的統(tǒng)一管理體系，定員定崗責(zé)任到人。2、質(zhì)量保證體系（1）、立健全質(zhì)量保證體系，配備足夠的專業(yè)質(zhì)量檢查人員，確保工程質(zhì)量。（2）、強(qiáng)技術(shù)管理，認(rèn)真貫徹國家規(guī)范、操作規(guī)程及各項(xiàng)管理制度，確確崗位責(zé)任制，組織學(xué)習(xí)圖紙、施工組織設(shè)計(jì)和工藝卡，做好技術(shù)交底工作，并建立技術(shù)考核制度。（3）施工過程中，按部位檢查操作方法和施工效果、及時(shí)糾正差錯(cuò)。按部位及時(shí)填寫應(yīng)檢查項(xiàng)目的隱、預(yù)檢記錄單，接受建設(shè)單位和質(zhì)量檢查人員檢查。（4）測量、定位、放線必須準(zhǔn)確，嚴(yán)格按施工測量定位方案進(jìn)行。定位控制樁要保護(hù)好，不得擾動。（5）要熟悉圖紙，材料抽樣送到試驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。（6）所有材料和半成品進(jìn)場應(yīng)有出廠合格證或檢驗(yàn)報(bào)告。砼配合比示經(jīng)試驗(yàn)室和技術(shù)經(jīng)理同意，不得擅自變動。（7）嚴(yán)格工序交接制度。要及時(shí)做好隱蔽工程驗(yàn)收記錄，認(rèn)真填寫施工日記，確保技術(shù)資料完整。（8）堅(jiān)持預(yù)先定標(biāo)準(zhǔn)、定樣板、定材料、定做法。進(jìn)場材料、半成品和加工品應(yīng)執(zhí)行驗(yàn)收手續(xù)，不符合要求的材料不得進(jìn)場。（9）土建和水電、安裝由現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，及時(shí)做好預(yù)埋件，認(rèn)真做好各分項(xiàng)工程施工情況及檢查記錄和隱蔽工程驗(yàn)收記錄，及時(shí)簽證。（10）執(zhí)行砼澆筑令和模板拆除令制度。（11）推行全面質(zhì)量管理，現(xiàn)場成立QC小組，以保證工程優(yōu)良，各工種施工均應(yīng)遵照有關(guān)施工規(guī)范和施工工藝要求。（12）對垂直度偏差的高程控制，設(shè)立專門測量放線小組，測量儀器及工具等須事先校正。（13）建立崗位責(zé)任制，操作人員姓名、年齡、級別實(shí)行掛牌上崗，分段負(fù)責(zé)，質(zhì)量優(yōu)劣與獎金掛鉤