張 朋 波

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030012)

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房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討

張 朋 波

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030012)

介紹了地震的形成機(jī)理，探討了地震對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的破壞形式，并針對(duì)房屋抗震設(shè)計(jì)中存在的問題，從配筋率、內(nèi)力計(jì)算、抗震結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)等方面，闡述了房屋抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，有利于保證房屋結(jié)構(gòu)的安全性。

房屋結(jié)構(gòu)，地震，抗震設(shè)計(jì)，配筋率

0 引言

2008年我國四川省汶川縣發(fā)生8.0級(jí)特大地震災(zāi)害，使我國人民生命安全受到極大威脅，導(dǎo)致人們的家園被嚴(yán)重的損壞，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)更是造成了極大的損失。隨后我國青海省玉樹縣又發(fā)生了7.1級(jí)地震災(zāi)害，同樣造成了極大的損失。在這些地震災(zāi)害中，我們對(duì)遭受災(zāi)害的人們表示同情，同時(shí)也對(duì)失去家園感到痛惜，并且也讓我們關(guān)注到了房屋結(jié)構(gòu)的抗震性能。在房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，框架結(jié)構(gòu)相對(duì)來說較為重要，同時(shí)也較常用于房屋建筑中。在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，怎樣可以改善框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要我們給予更多的關(guān)注，同時(shí)也需要施工時(shí)尤為注意。

1 地震有關(guān)常識(shí)

地震的形成是因?yàn)榈貧ぶ刑N(yùn)藏著非常巨大的能量，而這些能量部分會(huì)作用于地球內(nèi)層一些巖層中，這些巖層由于受到非常巨大的應(yīng)力，而形成彎曲以及形變，從而使巖層發(fā)生錯(cuò)位、移動(dòng)等現(xiàn)象。而上述的力量經(jīng)由巖層再傳導(dǎo)到地面之上，就會(huì)形成相應(yīng)的地震災(zāi)害。當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，地殼處的巖層會(huì)出現(xiàn)巨大的形狀變化，并形成震源，而處于震源上方的地表處地震強(qiáng)度最大，我們將其稱為震中。地震災(zāi)害大小之分是通過不同的震級(jí)來區(qū)別的，震級(jí)的劃分依據(jù)是以地震發(fā)生時(shí)所釋放的能量多少來計(jì)算得到的。我國對(duì)于建筑物的抗震規(guī)定中，非常明確的提出了建筑物在合理的使用周期中，應(yīng)當(dāng)對(duì)不同等級(jí)的地震災(zāi)害擁有特定的抗震性能。

2 地震對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的破壞形式

當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害出現(xiàn)時(shí)，房屋結(jié)構(gòu)被破壞之后會(huì)直接的威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。房屋結(jié)構(gòu)被地震所損壞的程度，和地震等級(jí)大小、房屋設(shè)計(jì)采取的抗震技術(shù)以及房屋結(jié)構(gòu)形式存在關(guān)聯(lián)。

2.1 房屋結(jié)構(gòu)的承重部分承載力超負(fù)荷而導(dǎo)致房屋破壞

當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害出現(xiàn)時(shí)，地球地殼中所蘊(yùn)含的巨大能量被釋放，會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成直接的影響。在房屋結(jié)構(gòu)的承載力超出受到的作用力之后，就會(huì)使房屋的承重結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變，并導(dǎo)致房屋的墻體產(chǎn)生一定的形變及裂縫。

2.2 房屋結(jié)構(gòu)地基問題引起的房屋破壞

當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害出現(xiàn)時(shí)，會(huì)發(fā)生房屋地基的破壞問題。此時(shí)，房屋結(jié)構(gòu)的自身狀況依舊良好，不過因?yàn)榉课莸鼗陨淼某休d性能較差，或是由于地基土質(zhì)疏松等，從而使房屋出現(xiàn)倒塌的問題。

3 房屋抗震設(shè)計(jì)中存在的問題

3.1 柱端彎矩系數(shù)問題

通常為了提高房屋結(jié)構(gòu)的抗震性，在進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)時(shí)一般采取“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”的原則。在遵循這一原則的前提下，可以防止房屋支撐柱在遭遇地震災(zāi)害時(shí)，早期出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，可以有效的改善房屋結(jié)構(gòu)抗形變性能，同時(shí)也能盡可能的避免房屋在遭遇地震災(zāi)害時(shí)發(fā)生坍塌。不過，在房屋的建設(shè)過程中，怎樣達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁”的要求、應(yīng)當(dāng)引起我們的關(guān)注。目前，國內(nèi)在進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)時(shí)，一般通過提高彎矩的設(shè)計(jì)數(shù)值這一手段來達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁”的目標(biāo)。不一樣的端彎矩系數(shù)表示房屋擁有不同的抗震害能力。我國對(duì)于房屋設(shè)計(jì)的抗震標(biāo)準(zhǔn)中，也對(duì)端彎矩系數(shù)做出了詳盡的說明與要求。

3.2 梁內(nèi)力計(jì)算問題

現(xiàn)行的房屋抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定在計(jì)算慣性矩時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面的考量房屋樓板影響因素。在房屋的框架結(jié)構(gòu)中，梁近支座的位置處，因?yàn)槲挥诹嚎缰械牟课凰軓澗刈饔脼檎龔澗氐淖饔?，不過在梁靠近支座的位置卻受到負(fù)彎矩作用，這兩個(gè)位置處所形成的作用具有一定的差異性。設(shè)計(jì)人員在對(duì)房屋的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面的考量豎向載荷作用下的樓板所帶來的影響，應(yīng)當(dāng)采取減小柱端位置的彎矩值方法，以使梁所擁有的慣性矩有所增加。不過，處于水平載荷情況下，就應(yīng)當(dāng)尤為關(guān)注樓板帶來的影響，應(yīng)采取減小彎矩值的方法，以使不同樓層之間的位移變得更加的小。不過，以上的設(shè)計(jì)原則卻和之前所提到的“強(qiáng)柱弱梁”原則有所差異，并且因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)自身擁有相對(duì)特殊的性能，所以進(jìn)行房屋框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理的改變梁彎矩值大小，以達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁”的原則要求。不過，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時(shí)，一般會(huì)是水平、垂直地震綜合效應(yīng)，而采用上述方法所設(shè)計(jì)的房屋框架結(jié)構(gòu)是否可以發(fā)揮出應(yīng)有的功效，需要我們進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3.3 梁抗彎剛度問題

當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)涉及到梁抗彎剛度設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面的考量梁結(jié)構(gòu)的承載力以及對(duì)抗彎性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)依據(jù)每一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)梁的抗彎剛度值進(jìn)行增加處理?，F(xiàn)階段，在房屋設(shè)計(jì)中，一般僅針對(duì)地震災(zāi)害中兩端位置對(duì)于樓板造成的影響，卻未能考慮對(duì)跨中截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。而當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，兩端以及跨中均會(huì)被地震所影響。要是過于關(guān)注兩端的設(shè)計(jì)，而忽視了對(duì)跨中截面的設(shè)計(jì)，那將會(huì)使得房屋梁結(jié)構(gòu)中的抗彎剛度比端面彎度大，就違反了“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則。

4 房屋抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

4.1 選擇適宜的梁、柱配筋率

對(duì)于房屋的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，梁柱所具有的配筋率大小將對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生非常大的影響，同時(shí)也會(huì)極大的影響到外力的受力情況。所以，進(jìn)行房屋框架設(shè)計(jì)時(shí)，要掌握適宜的梁、柱配筋率。梁、柱的配筋率不僅會(huì)直接的影響到房屋的抗震性能，同時(shí)也和鋼筋的抗拉性能存在緊密的關(guān)聯(lián)性。進(jìn)行房屋抗震設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)當(dāng)關(guān)注這方面的影響。當(dāng)遭遇地震時(shí)，柱子會(huì)受到非常大的扭力以及拉力作用，同時(shí)也會(huì)存在雙向偏心的作用，加之房屋基礎(chǔ)沉降以及外界溫度變化等作用，就要求在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)柱子配筋率采取的計(jì)算方法加以調(diào)整，這樣才可以依照現(xiàn)實(shí)狀況來選擇適宜的梁柱配筋率。

4.2 適宜的調(diào)整內(nèi)力計(jì)算方式

目前，進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算過程中，要依據(jù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及要求進(jìn)行。也能夠利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，來輔助的完成內(nèi)力的計(jì)算和驗(yàn)證。不過，采用如此單一的內(nèi)力計(jì)算形式，在某些情況下，顯得欠缺靈活性，無法滿足動(dòng)態(tài)分析的需求，也可能導(dǎo)致在房屋的建設(shè)施工時(shí)，出現(xiàn)安全隱患。另外，因?yàn)橛?jì)算模型中力分布與傳遞時(shí)存在一定的缺陷，無法全面得出配筋所具有的承載性能，極易發(fā)生“強(qiáng)梁弱柱”的問題。因此，對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)對(duì)內(nèi)力計(jì)算模型加以調(diào)整，這樣才可以全面的對(duì)房屋不同結(jié)構(gòu)中力的分布和傳遞有更清晰的了解，再經(jīng)由高精度的計(jì)算，設(shè)計(jì)出能夠發(fā)揮強(qiáng)大作用的“強(qiáng)柱弱梁”結(jié)構(gòu)。

4.3 強(qiáng)化對(duì)房屋抗震結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)計(jì)算

對(duì)房屋結(jié)構(gòu)抗震結(jié)果檢驗(yàn)時(shí)，包含有對(duì)罕發(fā)生地震災(zāi)害以及多發(fā)生地震災(zāi)害的檢驗(yàn)計(jì)算。對(duì)于多發(fā)生地震災(zāi)害的檢驗(yàn)計(jì)算，很多是關(guān)于房屋頂層和層間抗震性能的分析。而對(duì)于罕發(fā)生地震災(zāi)害的檢驗(yàn)計(jì)算，多是注重對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的薄弱層進(jìn)行分析。

5 結(jié)語

地震災(zāi)害具有極其大的危害性，每一次地震災(zāi)害均會(huì)造成大量的房屋倒塌，嚴(yán)重威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。要最大限度的確保地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)人們生命財(cái)產(chǎn)的安全，就必須強(qiáng)化房屋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的階段，應(yīng)當(dāng)全面的考量房屋受力因素，采取科學(xué)的內(nèi)力計(jì)算方式，使房屋的抗震設(shè)計(jì)擁有更全面、實(shí)用的數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而提升房屋抗震設(shè)計(jì)的水平。

[1] 葉財(cái)景.高層連體建筑抗震分析與設(shè)計(jì)[J].建設(shè)科技,2016(12)：58-59.

[2] 郭永宏，杜 娟.建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)探究[J].建材與裝飾，2016(20)：91-92.

[3] 肖成平.淺談抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2016(18)：24-26.

Inquiry on seismic-resisting design of housing structure

Zhang Pengbo

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030012,China)

The thesis introduces seismic forming mechanism, and explores damage forms of earthquake upon housing structure. In light of problems existing in housing seismic-resisting design, starting from aspects of reinforcement ratio, internal force calculation and seismic-resisting structure check, it describes strategies of optimizing housing seismic-resisting design, which will be good for guaranteeing housing structure safety.

housing structure, earthquake, seismic-resisting design, reinforcement ratio

1009-6825(2016)27-0037-02

2016-07-11

張朋波(1985- )，男，助理工程師

TU352

A