建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)之我見
【關(guān)鍵詞】建筑，結(jié)構(gòu)，抗震，方法
提起地震，人們的第一反應(yīng)似乎都是令人揪心的斷壁殘?jiān)�，特別是2008年的5.12地震，至今我們都是記憶猶新，那些曾經(jīng)的美景轉(zhuǎn)眼成了廢墟。地震造成嚴(yán)重?fù)p害原因有三種:一是引起地面嚴(yán)重變形；二是引起結(jié)構(gòu)物地基的震陷、砂土液化,使地基失效；三是結(jié)構(gòu)物由于地面運(yùn)動劇烈震動,因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、變形過大、連接接頭的破壞、構(gòu)件失穩(wěn)甚至整體傾覆而破壞。正如美國科羅多大學(xué)的一位專家所說：“造成傷亡的是建筑物,而不是地震”。房屋建筑結(jié)構(gòu)的倒塌和破壞是造成地震災(zāi)害的最主要根源。房屋建筑結(jié)構(gòu)對于地震破壞力的影響，對于生命的安全保護(hù)不能不引起我們建筑設(shè)計(jì)人員的深思與重視。良好的抗震設(shè)計(jì)能夠幫助國家和人民減少許多不必要的災(zāi)難�；诘卣鸬钠茐牧υ�，在房屋的建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循這樣的原則：“小震不壞,中震可修,大震不倒”,這也是符合我國基本國情的。這個(gè)原則的意思也就是在指在輕微的地震狀況下,建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)不發(fā)生破壞；在強(qiáng)震的狀況下,可以允許結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度、乃至嚴(yán)重破壞,但應(yīng)防止建筑結(jié)構(gòu)物的倒塌，確保其整體的安全性。那么如何在實(shí)際操作中體現(xiàn)這一原則，讓地震的破壞力減少到最小的程度呢?
1有利抗震場地選擇的重要性
地震對建筑物的破壞程度,場地條件是一個(gè)重要原因。在場地選擇中，應(yīng)選擇對建筑抗震有利的地段,避開對抗震不利地段。有力地段主要指一些堅(jiān)硬的地段，不利地段主要指在地震時(shí)可能發(fā)生地基失效的松軟場地,易液化土,條件突出的山嘴,高聳孤立的山丘,非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣,場地土在平面分布上的成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻等地段。如果應(yīng)建筑需要而無法避開時(shí),也應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施,可以根據(jù)抗震設(shè)防類別、地基液化等級,分別采取加強(qiáng)地基和上部結(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。對于地震時(shí)可能導(dǎo)致滑移或地裂的場地,應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施。還應(yīng)考慮到地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響,采用樁基、地基加固和加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施。對于高層建筑，應(yīng)改避免采用局部地下室。當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時(shí),應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，采用樁基、地基加固和加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施；
2多道設(shè)防的抗震結(jié)構(gòu)體系的設(shè)置
因?yàn)榈卣饎右鸬慕Y(jié)構(gòu)振動是引起結(jié)構(gòu)物振動破壞的主要原因,因此抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要力圖使把從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能量控制在最小程度,并通過結(jié)構(gòu)物本身所具有的合適的強(qiáng)度、剛度和延性,來防止高強(qiáng)度的破壞�？拐鸾ㄖY(jié)構(gòu)體系應(yīng)在充分考慮建筑物的重要性、房屋高度、設(shè)防烈度、地基、場地、材料、基礎(chǔ)和施工等因素,經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。提高建筑物總體的強(qiáng)度和延性是在不增加重量、不改變剛度的前提下兩個(gè)有效的抗震途徑。
2．1要有多道抗震防線,多道抗震防線即是指在一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系中,一部分延性好的構(gòu)件在地震作用下,首先達(dá)到屈服,擔(dān)負(fù)起第一道抗震防線的作用,充分發(fā)揮其吸收和耗散地震能量的作用,其他構(gòu)件則在第一道抗震防線屈服后才依次屈服,從而形成第二、第三或更多道抗震防線,這樣的結(jié)構(gòu)體系對保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的，也在很大程度上避免了因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系“功虧一簣”。同時(shí)底框建筑底層高度應(yīng)控制在4.5m以下。如果高度較大,很多建筑房間就會被業(yè)主一層改成了兩層,造成了較大的安全隱患。并且由于高度加大,底層剛度就會減小,重心就會提高,從而使框架柱的長細(xì)比增大,容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。
2.2抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是結(jié)構(gòu)應(yīng)具有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位.產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中的狀況，從而熬成整體結(jié)構(gòu)失效或失穩(wěn)。因此，應(yīng)該采取合理的剛度和強(qiáng)度分布,對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高抗震能力，避免倒塌。
3建筑布局和結(jié)構(gòu)布置
建筑物的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置對其動力性能具有很大的影響。在結(jié)構(gòu)的布置中，不論是在平面還是在立面上,都要力求使質(zhì)量、幾何尺寸、剛度延性等對稱、均勻、規(guī)整,避免突兀。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平面與立體結(jié)構(gòu),我們可以根據(jù)以下幾方面來操作。
3.1結(jié)構(gòu)的整體性。樓蓋在高層建筑結(jié)構(gòu)中對于整幢樓結(jié)構(gòu)的整體性起到舉足輕重的作用,樓蓋的功能就相當(dāng)于水平隔板,它不僅聚集和傳遞慣性力到各個(gè)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu),并且要求這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用,尤其是當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜或布置不均勻或抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不大相同時(shí),整幢樓的結(jié)構(gòu)就要依靠樓蓋使抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。
3.2結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力。結(jié)構(gòu)的抗震能力是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及延性的綜合反映。因?yàn)樗降卣鸬淖饔檬请p向的,因此，建筑的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)能抵抗任意方向的地震作用。在一般情況下，應(yīng)該使結(jié)構(gòu)沿平面上兩個(gè)主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力。而結(jié)構(gòu)剛度的選擇則是一方面要減少地震作用效應(yīng)，另一方面又要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增大,因?yàn)�，過大的變形會產(chǎn)生重力二階效應(yīng),導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞、失穩(wěn)。
3.3結(jié)構(gòu)的簡單性。建筑布局簡單合理,結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則,才能確保房屋具有良好的抗震性能。所謂的結(jié)構(gòu)簡單是指，建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下應(yīng)該具有直接和明確的傳力途徑。因?yàn)橹挥泻唵蔚慕Y(jié)構(gòu),才能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，計(jì)算模型，,限制薄弱部位的出現(xiàn)以及位移分析更易于把握,從而對結(jié)構(gòu)抗震性能有比較可靠的估計(jì)。
4重視結(jié)構(gòu)的延性抗震能力
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國現(xiàn)有的大部分建筑中應(yīng)用是最為普遍的,并且具有良好的抗震性能,但是如果未經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)，這樣的結(jié)構(gòu)在地震作用下會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的破壞。因此，通過抗震措施來保證結(jié)構(gòu)具有所需的延性抗震能力是非常重要的，這也是為了保證建筑物體的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度較大的地震中能夠?qū)崿F(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo),保證建筑物結(jié)構(gòu)的完整與安全，目前業(yè)界采用比較多的抗震措施主要包括是以下兩種。
4.1強(qiáng)剪弱彎:建筑物的剪切是無延時(shí)性和抗震性的，一旦某一部位遭受剪切破壞,該部位就會徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力,尤其是柱端的剪切破壞，嚴(yán)重程度下還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。在這種情況下，可以考慮認(rèn)為因素，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會先發(fā)生剪切破壞，諸如可以采用增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值等方式。
4.2強(qiáng)柱弱梁:這也是增加人為因素的一種方法，就是人為的增大柱相對于梁的抗彎能力,使鋼筋混凝土框架在大震下柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚,在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動較小,甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。而梁端塑性鉸出現(xiàn)較早,在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動較大。這樣就可以保證框架具有了一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。從而可以在大震中保持建筑物的整體穩(wěn)定性與安全度。
結(jié)束語
自汶川地震后，國家在建筑方面的防震設(shè)計(jì)十分重視�？拐鸾Y(jié)構(gòu)不僅運(yùn)用在住宅上,橋梁、道路等方面也在逐步采用抗震設(shè)計(jì)。以上幾點(diǎn)是自己在實(shí)際工作中的一些體會，能夠適用在各類建筑的防震設(shè)計(jì)中,希望能夠協(xié)助工程師在施工時(shí)更加順利的進(jìn)行。
【參考書目】
1. 郭繼武著，《建筑抗震設(shè)計(jì)》，高等教育出版社，1999年版。
2. 楊文忠著，《唐山大地震與建筑抗震》，西南交通大學(xué)出版社，2003年版。
3. 孫永志著，《建筑抗震設(shè)計(jì)圖說》，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2004年版。
4. 傅金華著，《建筑抗震設(shè)計(jì)及實(shí)例：建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及彈塑性反應(yīng)分析》，中國建筑工業(yè)出版社，2008年版。
