趙立中

【摘 要】 隨著建筑施工工程的逐漸增多，為了使其施工質(zhì)量得到進(jìn)一步的保障，人們將許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到其中。但是我國的地質(zhì)條件十分的復(fù)雜，這就給整個(gè)建筑工程工程施工帶來了一定的難度，因此為了保障工程的施工質(zhì)量，對其成本進(jìn)行有效的控制，我們就要對建筑工程的地質(zhì)條件進(jìn)行相應(yīng)的分析，從而采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)手段，來讓建筑物的抗震性能得到有效的提升，以確保建筑物的穩(wěn)定性和可靠性。 本文對此進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；其抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念

一、抗震概念設(shè)計(jì)的基本原則與要求

1、選擇有利場地

在建筑工程施工中，建筑抗震設(shè)計(jì)有著十分重要的意義，它是保障整個(gè)建筑物穩(wěn)定性和可靠性的重要手段之一，于是，我們在對其施工場地進(jìn)行選擇的過程中，就要對其施工地段進(jìn)行全方位的分析，對整個(gè)工程的地質(zhì)情況進(jìn)行全面的了解，以確保工程的施工質(zhì)量。

2、采用合理的建筑平立面

在對建筑平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師們必須要對整個(gè)建筑平面進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并且將相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)理念融入到其中，只有這樣才能使得建筑物的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步保障。

3、選擇合理的結(jié)構(gòu)形式

在建筑抗震設(shè)計(jì)的過程中，技術(shù)人員為了避免其整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相關(guān)的破壞問題，我們就要對建筑結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置相應(yīng)的抗震防線，從而使得建筑結(jié)構(gòu)形式的穩(wěn)定性和剛度得到進(jìn)一步的保障。而且隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們也將許多先進(jìn)的施工技術(shù)和管理理念應(yīng)用到其中，這就使得建筑結(jié)構(gòu)形式的各方面性能得到進(jìn)一步的提升。

4、結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性

在地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)的連續(xù)性是能使結(jié)構(gòu)保持整體性的主要手段之一。

5、構(gòu)件間的可靠連接應(yīng)得到保證

保證各個(gè)構(gòu)件承載力的最大限度發(fā)揮，建筑物抗震性能的提高，加強(qiáng)構(gòu)件間的連接是關(guān)鍵，使其可符合地震時(shí)大變形的延性要求及傳遞地震力時(shí)的強(qiáng)度要求。

6、房屋的豎向剛度應(yīng)足夠

設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)沿縱、橫兩個(gè)方向的整體豎向剛度須足夠，房屋基礎(chǔ)的整體性應(yīng)較強(qiáng)，以便抵御地震發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)生的地面裂隙穿過房屋及地基不均勻沉降所造成的危害。

二、具體設(shè)計(jì)

1、場地選擇

在對建筑施工場地進(jìn)行選擇的過程中，設(shè)計(jì)人員首先要對施工場地的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘察，盡量避開抗震危險(xiǎn)的地段，這樣不僅使得建筑物的穩(wěn)定性和安全性得到有效的保障，還讓整個(gè)建筑工程施工的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益得到進(jìn)一步的保障。為此我們在對其施工場地進(jìn)行選擇的過程中，一般都會選用非發(fā)震斷層，來對其進(jìn)行相應(yīng)的施工處理，進(jìn)而有效的提高了工程的施工質(zhì)量。

2、建筑的平立面布置

建設(shè)企業(yè)在建筑工程施工是，對整個(gè)建筑物動力性能進(jìn)行計(jì)算分析是很有必要的，這不僅是建筑結(jié)構(gòu)形式布置的相關(guān)內(nèi)容，可以使得建筑物的穩(wěn)定性和可靠性得到進(jìn)一步的保障，還能夠讓建筑物施工的效益得到進(jìn)一步的提升。一般來說，我們在對建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行布置的過程中，我們必須要對整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度變化的均勻度進(jìn)行有效的控制，避免其建筑結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)不合理的設(shè)計(jì)，使得建筑物在外界環(huán)境的作用下，出現(xiàn)相應(yīng)的質(zhì)量問題。而且在不同的地區(qū)，人們對建筑物的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也就存著一定的差異，因此我們在對其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)處理的過程中，就要根據(jù)工程施工的實(shí)際情況和相關(guān)要求，來對整個(gè)建筑物的抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格的要求，從而使得建筑物的穩(wěn)定性和安全性得到很好的保障。

3、多道抗震防線

多道防線是指一抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)有若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作。當(dāng)共振時(shí)，多道設(shè)防的優(yōu)越性更為明顯，當(dāng)?shù)谝坏婪谰€破壞，第二道防線接替后，建筑物的自振周期變化較大，共振現(xiàn)象緩解。

4、剛度、承載力和延性的匹配

鋼筋混凝土剪力墻體系的特點(diǎn)為抗側(cè)移剛度大，自振周期較短，地震作用較大。若增加墻厚和數(shù)量、減小橫墻間距，則剛度增加，但地震反應(yīng)加大。剪力墻可能會因承載力不足而破壞。建筑并不是愈剛愈好，二者應(yīng)相互匹配?？蚣?剪力墻體系的自振周期的大小決定于抗震墻的數(shù)量。數(shù)量少而薄，剛度低，周期就長，地震剪力就小，但抗側(cè)移能力也低。框架體系的特點(diǎn)為抗側(cè)移剛度小，水平側(cè)移大，結(jié)構(gòu)周期較長，地震反應(yīng)也小。由于水平側(cè)移大，效應(yīng)增大并隨高度增加而累積，會造成承載力不足而破壞。剛度與延性對于有框架和抗震墻或由框架和支撐組成的雙重體系中；框架剛度小，承擔(dān)的地震剪力小，而彈性極限變形大；墻體或豎向支承剛度大，承擔(dān)的地震剪力大，而彈性極限變形??；在往復(fù)地震動的作用下，墻體和支承由于彈性變形能力差而出現(xiàn)裂縫、桿件屈曲，水平抗力降低，而此時(shí)的結(jié)構(gòu)層間位移角遠(yuǎn)小于框架的彈性極限變形值，框架的水平抗力未得到發(fā)揮；由于體系中各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度與延性的不匹配，造成各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)地發(fā)揮水平抗力，出現(xiàn)先后破壞的各個(gè)擊破情況。

5、非結(jié)構(gòu)部件處理

所謂非結(jié)構(gòu)部件，一般是指在結(jié)構(gòu)分析中不考慮承受重力荷載以及風(fēng)、地震等側(cè)力荷載的部件，如內(nèi)隔墻、樓梯踏步板、框架填充墻、建筑外圍墻板等?？紤]填充墻的影響：填充墻對框架結(jié)構(gòu)的影響：使結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度增大，自振周期減短，從而使作用于整個(gè)建筑上的水平地震力增大。改變了結(jié)構(gòu)的地震剪力分布。限制了框架的變形，減少了整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震側(cè)移幅值。填充墻充當(dāng)了第一道抗震防線的主力構(gòu)件，使框架退居為第二道防線。

填充墻的布置：砌體填充墻不同于輕型隔墻，盡管均為非承重構(gòu)件，但它具有較大的抗側(cè)移剛度，所以不能隨意布置。在建筑平面上，填充墻的布置力求對稱均勻，以免造成結(jié)構(gòu)偏心。沿房屋豎向，填充墻應(yīng)連續(xù)貫通，以避免在填充墻中斷的樓層出現(xiàn)框架剪力的驟增。在框架結(jié)構(gòu)中當(dāng)必須采用砌體填充墻作維護(hù)墻時(shí)，應(yīng)采用有效的措施防止床裙墻對框架柱產(chǎn)生的嵌固作用，防止短柱的出現(xiàn)。

短柱：柱的剪跨比，剪跨比>2時(shí)，為長柱，≤2時(shí)為短柱，≤1.5時(shí)為超短柱。長柱的破壞形式多為彎曲破壞，短柱多為剪切破壞，超短柱發(fā)生剪切斜拉破壞。同一樓層各柱之間的抗側(cè)剛度不是很懸殊，但是一旦存在少數(shù)短柱，它們的抗側(cè)剛度遠(yuǎn)大于一般柱子的抗側(cè)剛度，短柱將吸收較大水平地震剪力，尤其是框架結(jié)構(gòu)中的少數(shù)短柱。容易出現(xiàn)短柱的部位：窗間墻處的柱、樓梯間柱（與平臺梁連接）。處理：貼砌方案或柔性連接。

外墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接方案選擇使應(yīng)考慮：結(jié)構(gòu)抗震分析中是否要求外墻板受力；結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的大??；抗震設(shè)防烈度的高低。

三、比較結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)方法

1、抗震抗震性能水平

對于不同等級的抗震性能，都應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)變形等方面加以定義，應(yīng)該表達(dá)為量化指標(biāo)，以便工程設(shè)計(jì)和評估。

2、結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)

在一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)地震作用水準(zhǔn)上選擇更高的性能目標(biāo)，雖然在一定程度上會提高建筑造價(jià)，卻能減免以后可能會產(chǎn)生的損失。

3、抗震構(gòu)造措施

通過抗震構(gòu)造措施來保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的整體性。

這一系統(tǒng)的抗震措施理念已被世界各國所接受，但是對于耗能機(jī)構(gòu)卻出現(xiàn)了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。首先，這兩種思路都是以優(yōu)先引導(dǎo)梁端出塑性鉸為前提。

4、常用抗震分析方法

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們需要確定用來進(jìn)行內(nèi)力組合及截面設(shè)計(jì)的地震作用值。通常采用底部剪力法，振型分解反應(yīng)譜法，彈性時(shí)程分析方法來計(jì)算該地震作用值，這三種方法都是彈性分析方法。其中，底部剪力法最簡便，適用于質(zhì)量、剛度沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)。它的大致思路是通過估計(jì)結(jié)構(gòu)的第一振型周期來確定地震影響系數(shù)，再結(jié)合結(jié)構(gòu)的重力荷載來確定總的水平地震作用，然后按一定方式分配至各層進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系則宜采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行抗震計(jì)算，它的思路是根據(jù)振型疊加原理，將多自由度體系化為一系列單自由度體系的疊加，將各種振型對應(yīng)的地震作用、作用效應(yīng)以一定方式疊加起來得到結(jié)構(gòu)總的地震作用、作用效應(yīng)。而對于特別不規(guī)則和特別重要的結(jié)構(gòu)，常常需要進(jìn)行彈性時(shí)程分析，該方法為直接動力分析方法。以上方法主要針對結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈性階段，保證結(jié)構(gòu)具有一定的屈服水準(zhǔn)。

對結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行分析是抗震研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，非線性時(shí)程分析，非線性靜力分析是目前常用的幾種抗震分析方法。其中針對結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)的非線性時(shí)程分析法（非線性動力反應(yīng)分析），從建立在層模型或單列梁柱模型上的方法到建立在截面多彈簧模型上的方法，再到目前正在研究發(fā)展的建立在截面纖維滯回本構(gòu)規(guī)律的纖維模型法，模擬的準(zhǔn)確程度正在不斷提高。其基本思路是通過一系列數(shù)值方法建立和求解動力方程從而得到結(jié)構(gòu)各個(gè)時(shí)刻的反應(yīng)量。但由于對地震特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特性所做的假設(shè)，其結(jié)果存在不確定性，其主要價(jià)值是用來考察地震作用下普遍的而非特定的反應(yīng)規(guī)律，以及對抗震設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核分析，評估其抗震性能。非線性靜力分析法（pushover）是近年來得到廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)抗震能力評估的新方法。這種方法從本質(zhì)上說是一種靜力非線性計(jì)算方法，但它將反應(yīng)譜引入了計(jì)算過程和結(jié)果。其根本特征是用靜力荷載描述地震作用，在地震作用下考慮結(jié)構(gòu)的彈塑性性質(zhì)。它的基本原理和步驟是先以某種方法得到結(jié)構(gòu)在可能遭遇地震作用下所對應(yīng)的目標(biāo)位移，然后對結(jié)構(gòu)施加豎向荷載的同時(shí)，將表征地震作用的一組水平靜力荷載以單調(diào)遞增的形式作用到結(jié)構(gòu)上，在達(dá)到目標(biāo)位移時(shí)停止荷載遞增，最后在荷載中止?fàn)顟B(tài)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能評估，判斷是否可以保證結(jié)構(gòu)在該水平地震作用下滿足功能需求。

結(jié)束語：

從現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路提出至今，世界各國的抗震學(xué)術(shù)界和工程界又取得了許多新的成果，比如進(jìn)行了大量鋼筋混凝土構(gòu)件的抗震性能試驗(yàn)；通過迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)編制了準(zhǔn)確性更好的非線性動力反應(yīng)程序；在設(shè)計(jì)方法上也不再拘泥于以前單一的基于力的傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法，開始嘗試基于性能和位移的新的抗震設(shè)計(jì)理念。在這樣的環(huán)境中，我國的抗震設(shè)計(jì)思路也應(yīng)該在完善自身不足的同時(shí)，不斷向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛素鐸，趙均等.建筑抗震設(shè)計(jì). 北京：科學(xué)出版社，2003

[2]柳炳康，周安，黃慎江. 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1996

[3]周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制. 北京：地震出版社，1997