高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探究
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第一篇：建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中不足及對策探析
【摘要】本文從高層建筑抗震的角度出發(fā)，闡述了目前高層建筑抗震設(shè)計中存在的不足，并提出了相應(yīng)的對策。
【關(guān)鍵詞】高層建筑；抗震設(shè)計；建筑問題；應(yīng)對策略
1.高層建筑在抗震設(shè)計中出現(xiàn)的問題
1.1建筑物的整體高度問題
在一定結(jié)構(gòu)形式的高層建筑中，對高層建筑相對應(yīng)的高度有明確的規(guī)定，這主要是考慮到該建筑的安全性能和抗震性能。但是我國現(xiàn)在許多小區(qū)、商廈、行政樓越來越高，成為真正意義上的“摩天大樓”，而由于我國現(xiàn)在人口數(shù)量越來越多，人口老齡化嚴(yán)重，對于不斷增加的人口來說，可用空間也在逐漸減少，這就導(dǎo)致許多高樓超過了我國高層建筑的限制高度。當(dāng)建筑物高度超過地震極限值時，其抗震性能降低，高樓倒塌時，對周圍抗震性能較好的建筑物造成破壞，進(jìn)而造成不可挽回的損失。因此我國高層建筑在高度的選擇上，一定要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先考慮建筑物的抗震性能，再考慮其高度及其他影響因素，使高層建筑盡可能安全。
1.2高層建筑地基的選取問題
目前很多建筑商對高層建筑的地基選擇問題，只考慮到是否在繁華地段，空間是否較大，而對地形、地貌等方面考慮較少。實際上對于高層建筑來說，地基應(yīng)該選擇更寬闊、更平緩的地帶，土質(zhì)要密實，而且要盡量遠(yuǎn)離河岸，建筑物不能跨越兩類或多類土壤，要盡量避免凹陷的地勢、山崖邊與土壤斷層處等不利于建筑的地形。如建設(shè)者選擇這樣不合適的地形作為高層建筑的地基，則抗震性能較差，建筑設(shè)施會有很大的安全隱患，將處于一定的風(fēng)險之中。
1.3高層建筑材料的選擇
近幾年我國新聞頻頻爆出多起房價過高的“豆腐渣工程”，媒體在2013年就有報道：鄭州沈家村村民到新居后，發(fā)現(xiàn)新居存在很多問題，滲水嚴(yán)重、墻皮大量脫落、地板不牢固、紙板上刷紅漆做門等，很多承包商拿了大筆錢卻使用廉價的建筑材料。建筑材料的質(zhì)量好壞是影響建筑物穩(wěn)定性的絕對因素。這類不合格的建筑設(shè)施，即使沒有遭遇地震，也有一定的安全隱患。因此在高層建筑施工中，必須選擇合適的建筑材料。不要為了省錢和利潤而選擇劣質(zhì)產(chǎn)品[1]。
1.4高層建筑防震度較低
在高層建筑的設(shè)計過程中，由于采用了新技術(shù)、新理念、新材料，土木工程施工規(guī)范與施工力學(xué)指標(biāo)相結(jié)合，使得目前許多建筑物基本達(dá)到了抗震要求，但許多技術(shù)還不完善，不能真正抵抗地震的侵襲，不能很好地滿足設(shè)計要求。許多建筑設(shè)計者在進(jìn)行設(shè)計時，對地震工程的設(shè)計不夠合理，導(dǎo)致建筑抵抗地震的能力較差。許多高層建筑在進(jìn)行抗震設(shè)計時，都需要通過模擬試驗來為其提供技術(shù)支持，使整個建筑方案更具實用性，也更符合當(dāng)前高層建筑的發(fā)展趨勢。若不進(jìn)行合理的試驗，將產(chǎn)生許多設(shè)計上的缺陷，在后期的施工過程中也會產(chǎn)生許多問題，造成房屋結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較為明顯，房屋承載力下降，進(jìn)而影響房屋的整體結(jié)構(gòu)。此外，設(shè)計師在進(jìn)行震害預(yù)測的過程中沒有應(yīng)用科學(xué)的手段和方法，對一些必要的防震措施準(zhǔn)備不充分，使高層建筑在遇到輕微地震時容易發(fā)生較大傾斜，造成破壞的可能性增大。
2.高層建筑的抗震理念規(guī)定
在我國，對建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)定，例如在《建筑抗震規(guī)范》中有“三水準(zhǔn)”與“兩階段”兩條明確的規(guī)定?！叭疁?zhǔn)”即：當(dāng)遭受低于該地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震時，建筑物沒有受到損害，可以繼續(xù)使用，不需要維修；當(dāng)發(fā)生規(guī)定設(shè)防烈度地震時，建筑物的結(jié)構(gòu)發(fā)生了非彈性變形，建筑物本身也受到一定程度的破壞，雖然建筑物的結(jié)構(gòu)發(fā)生了一些變化和損壞，但通過修葺后能夠繼續(xù)使用；當(dāng)建筑物在區(qū)域內(nèi)遭受抗震設(shè)防烈度預(yù)測時，建筑物發(fā)生結(jié)構(gòu)非彈性的變化，破壞嚴(yán)重，但高層建筑仍能保持不塌陷，從根本上保證人們的生命安全和周圍地帶穩(wěn)定性?！皟呻A段”是實現(xiàn)“三水準(zhǔn)”的重要前提，第一階段是采用相應(yīng)的地震參數(shù)計算高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、承載力問題，以保證高層建筑在面臨相應(yīng)地震時具有一定的承載能力。二是計算高層建筑倒塌時的彈塑性層間位移角，使彈塑性層間位移角小于抗震規(guī)范的規(guī)定，達(dá)到“三水準(zhǔn)”中的第三水準(zhǔn)，即使面對強(qiáng)震建筑物也能屹立不倒。
3.高層建筑設(shè)計抗震對策
3.1分析高層建筑的抗震可靠度
以往工程設(shè)計者只考慮建筑物的荷載問題，未對建筑物的抗震性能進(jìn)行分析研究，或只片面地考慮建筑物的抗震問題。因此，設(shè)計者應(yīng)全面、綜合地考慮和分析建筑材料參數(shù)的變化、地震強(qiáng)度對建筑物的影響及其他因素。將影響建筑物抗震性能的各種因素，作為高層建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。對高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計，應(yīng)從抗震概念、抗震驗算、構(gòu)造措施三個方面入手，把抗震與減震結(jié)合起來，盡可能考慮其他因素對建筑抗震的影響[2]。
3.2選擇有利的抗震場地
不同地質(zhì)條件下的建筑，在面對地震時都有不同的表現(xiàn)。例如，建筑在土質(zhì)較疏松的河岸地帶，與在土質(zhì)較硬、平坦、開闊的土地上建造的建筑，其抗震能力就有很大區(qū)別。因此我們在修建高層建筑時，一定要把好基礎(chǔ)建設(shè)關(guān)。嚴(yán)格做好地質(zhì)勘探工作，從某種程度上說，能夠保證高層建筑的抗震能力。在可能的情況下，應(yīng)盡量避免不利于建筑的區(qū)域，并根據(jù)抗震場地設(shè)計建筑物的其他抗震因素。
3.3選擇適應(yīng)的建筑材料
合理選擇建筑材料，可以在一定程度上避免“豆腐渣工程”。在建筑材料的選擇上，工程設(shè)計者應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，從建筑物的抗震強(qiáng)度和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面來選擇建筑材料。如資金允許，盡可能選用高性能混凝土及高強(qiáng)鋼筋材料，以提高高層建筑的抗震性能。隨著社會的不斷進(jìn)步，科技的高速發(fā)展，新的抗震材料已經(jīng)出現(xiàn)，因此在建筑材料的選擇上，可以采用新的隔震、抗震材料，盡量使材料達(dá)到最大的抗震效果[3]。
3.4選擇合適的抗震結(jié)構(gòu)體系
除抗震材料外，還需選擇合適的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行抗震。對于高層建筑，可優(yōu)先選擇不承擔(dān)重力荷載的垂直支撐或填充墻，或者選擇軸壓較小、延展性較好的抗震材料，這些材料可作為高層建筑抗震的第一道防線。第二道防線是高層建筑的框架結(jié)構(gòu)。在面對地震時，通過框架支撐的抗震物體不能承受荷載時，會造成一定程度的破壞，而框架能起到加固抗震墻、吸收地震力度的作用。因此，抗震墻和框架結(jié)構(gòu)可以提高高層建筑的抗震能力。
3.5加強(qiáng)地基基礎(chǔ)的設(shè)計
地基是房屋建筑的基礎(chǔ)，對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，要提高其抗震能力，最困難、最重要的部分就是地基的設(shè)計處理工作。在抗地震設(shè)計中，建筑物的穩(wěn)定性和使用壽命與地基的質(zhì)量直接相關(guān)，各高層建筑周圍的地質(zhì)條件各不相同，因此在進(jìn)行抗震設(shè)計時，也要考慮周圍的環(huán)境和地質(zhì)條件，根據(jù)實際高層建筑的要求，進(jìn)行抗震方案設(shè)計工作。地基處理過程中，必須做好勘察、檢測工作，對于局部巖體的復(fù)雜和環(huán)境因素，必須采取嚴(yán)格的技術(shù)措施。在某些區(qū)域，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，需要更科學(xué)、合理的技術(shù)措施來處理，以防止地質(zhì)結(jié)構(gòu)對建筑物整體性能的影響。地基基礎(chǔ)對工程的影響很大，會影響到工程的進(jìn)度和建筑的最終效果，因此，加強(qiáng)地基基礎(chǔ)設(shè)計是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提[4]。
3.6做好抗震減重比值的設(shè)計工作
做好高層建筑抗震減重設(shè)計，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。設(shè)計者應(yīng)保證剪力墻配筋的水平分布，在豎向布置鋼筋時，應(yīng)盡量控制鋼筋結(jié)構(gòu)的布置順序，力求鋼筋排列均勻。與此同時，拉筋路與各排布筋的綁扎方式也要做好間距設(shè)計。有些地區(qū)地震活動比較頻繁，在抗震形勢較嚴(yán)重的地區(qū)，可采用剪力墻鋼筋四排配筋法，對房屋進(jìn)行加固，應(yīng)分別在水平和垂直方向上均勻分布。采用拉筋方法需用將其與各排分布筋綁扎的方式，體現(xiàn)出四排配筋方法的整體密度。
3.7遵循高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)律
高層建筑都有自己的設(shè)計原則，在進(jìn)行抗震設(shè)計時，首先要使建筑設(shè)計合理化，實用化，必須對建筑的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行細(xì)致設(shè)計。建造工程也需要從多環(huán)節(jié)、多角度為抗震設(shè)計做準(zhǔn)備，將抗震理念貫穿于建筑設(shè)計全過程之中，確保每一個設(shè)計步驟都貫穿抗震理念設(shè)計的內(nèi)容。在高層建筑中存在著局部過大、質(zhì)量不均勻的情況，這樣的高層建筑極易出現(xiàn)質(zhì)量問題，甚至?xí)?dǎo)致建筑物倒塌，造成嚴(yán)重的安全隱患。建筑物的外形保持規(guī)律性也是為了避免一些自然現(xiàn)象，因此在設(shè)計中需要考慮抗震性、抗腐蝕性、防風(fēng)性等因素，設(shè)計者必須把設(shè)計安全放在第一位，同時也要重視高層建筑材料的設(shè)計和選用。選用鋼筋和混凝土應(yīng)根據(jù)高層建筑的要求，特別是鋼筋可提高建筑物的穩(wěn)定性，如發(fā)生地震可提高建筑物的抗震能力。與此同時，還需定期對高層建筑的實際使用情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，這樣才能提高建筑物的抗震能力。
4.結(jié)束語
總之，高層建筑的抗震觀念和抗震設(shè)計需要隨著社會的發(fā)展不斷地更新和提高，要從實際出發(fā)，結(jié)合高層建筑的基礎(chǔ)、材料選擇、抗震結(jié)構(gòu)體系和建筑設(shè)計這幾個方面進(jìn)行細(xì)致分析和研究，選擇最大抗震強(qiáng)度的方案，確保即便面對地震，建筑物還是可以保護(hù)人們的安全。
參考文獻(xiàn)
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作者:崔建坤 單位:甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司
第二篇：建設(shè)工程抗震設(shè)計中波速測試應(yīng)用
摘要：波速測試是巖土工程勘察中常用的原位測試方法，它具有工作效率高、資料處理快速，成本較低的特點。本文簡述波速測試工作原理、現(xiàn)場工作要求及數(shù)據(jù)分析處理等，并結(jié)合抗震設(shè)計規(guī)范闡述如何利用波速測試成果劃分場地類別、抗震地段，確定設(shè)計特征周期、調(diào)整抗震設(shè)防烈度等。
關(guān)鍵詞：波速測試；場地類別；抗震設(shè)計
隨著人們生活水平的提高，開始追求高舒適度的現(xiàn)代化居室，出于對建筑物的安全考慮，其抗震設(shè)計越來越受到重視。因此，在工程建設(shè)中都離不開地震效應(yīng)評價。波速測試是目前進(jìn)行場地地震效應(yīng)評價中最常采用的技術(shù)之一，其成果資料可以用于劃分建筑場地土類別、場地類別、判別砂土液化等，并以此作為抗震設(shè)計的依據(jù)之一。
1方法介紹
波速測試是巖土工程勘察的一種原位測試方法，用于測定場地內(nèi)各類巖土層的壓縮波、剪切波的波速值，測試方法分為單孔法、跨孔法或面波法（各測試方法對比見表1）。由于單孔法測試裝置簡單且測試效率高、成本低，故在實際工作中一般采用單孔法。通過錘擊木板，使木板與地面發(fā)生錯動，產(chǎn)生剪切波，并在鉆孔內(nèi)不同深度接收向下傳遞的剪切波。通過計算獲取各地層的地震波傳播時間和相應(yīng)的接收深度，即可計算出各地層波速值。
2現(xiàn)場工作要求
對于單孔法，采用地面激發(fā)彈性波，孔內(nèi)三分量檢波器接收的方式進(jìn)行測試。（如圖1）
2.1震源裝置及激發(fā)
剪切波震源：單孔法震源可采用爆破、彈簧式S波、敲擊木板等方法。其中最常用的是敲擊木板，即采用正反向錘擊木板的方式激發(fā)，要求孔口與木板中心連線與模板長邊垂直，孔口與木板的間距宜為1m到3m之間；壓板重物不宜小于500kg，使木板和地面耦合良好?？v波震源：要求激發(fā)能最大和重復(fù)性好，常用的是用重錘錘擊放在地表的圓鋼板,以產(chǎn)生縱波。
2.2接受裝置
孔內(nèi)探頭采用三分量檢波器，其中一個垂向檢波器接收壓縮波，另外兩個水平檢波器接收剪切波。一般采用氣囊式或彈簧式裝置使探頭緊貼孔壁，測點間距一般為1m，自下而上進(jìn)行測量。
2.3現(xiàn)場波形判別
在現(xiàn)場工作中應(yīng)對采集到的波形鑒別，確保采集到的有效。應(yīng)根據(jù)剪切波和壓縮波的特點把它們區(qū)分出來，區(qū)分的方法常有以下兩種：(1)壓縮波速度較快，同一深度的壓縮波總是先于剪切波到達(dá)。(2)壓縮波能量少，因此振幅較??；剪切波能量大，振幅高。且剪切波是正反兩個方向激發(fā)，這兩個方向錘擊獲得的剪切波相位應(yīng)相差180°，而壓縮波即使正反敲擊其相位不變。（如圖2）
3數(shù)據(jù)處理
3.1巖土層的層速度計算
讀取各測點縱波、橫波（剪切波）的初至旅行時間t，按下式進(jìn)行校正：利用校正后的各測點時間，按下式計算：即得到第i測點與第i+1測點間的速度。
3.2等效剪切波速計算
等效剪切波速計算時應(yīng)首先確定計算深度，現(xiàn)行主要建設(shè)工程行業(yè)規(guī)范中主要分為兩種計算方法，現(xiàn)將建筑、水工建筑、公路橋梁、鐵路工程等規(guī)范相關(guān)規(guī)定總結(jié)如下：3.2.1確定計算深度。3.2.1.1根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）、《水工建筑物抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB51247-2018、《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》JTG/TB02-01-2008中規(guī)定，等效剪切波速計算深度為場地覆蓋層厚度，一般情況下，將剪切波速大于500m/s且其下臥各巖土層的剪切波速均不大于等于500m/s的土層頂面的至地面的距離作為覆蓋層厚度。特殊情況按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，如地層中存在孤石、透鏡體、火山硬夾層等情況應(yīng)按規(guī)范規(guī)定計算。3.2.1.2根據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB50111-2006(2009年版)中規(guī)定，等效剪切波計算深度,應(yīng)取地面或一般沖刷線以下25m,并不得小于基礎(chǔ)底面以下10m。3.2.2計算場地等效剪切波速。根據(jù)以上規(guī)定確定的計算深度d0，計算出剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間：，然后計算出等效剪切波速：。
3.3動力參數(shù)計算
動彈性模量計算公式：動剪切模量計算公式：動泊松比計算公式：
3.4場地的卓越周期計算：
4工程應(yīng)用
4.1砂土液化
判別根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021－2001相關(guān)規(guī)定，當(dāng)采用剪切波速判別地面下15m范圍內(nèi)飽和砂土和粉土的地震液化：當(dāng)實測剪切波速大于按下式計算的臨界剪切波速時，可判為不液化。
4.2場地土類型和場地抗震地段劃分
4.2.1場地土類型劃分根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，由各巖土層的剪切波速vs并結(jié)合各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)，判別各巖土層的場地土類型：vs>500，為堅硬土或軟質(zhì)巖石；500≥vs>250，為中硬土；250≥vs>150，為中軟土；150≥vs，為軟弱土。4.2.2場地抗震地段劃分地震區(qū)選擇建筑場地時，應(yīng)劃分對建筑抗震有利、不利、危險的地段，其中規(guī)定：堅硬或開闊平坦、密實均勻的中硬土有利地段劃分為有利地段；軟弱土，液化土劃分為不利地段；因此場地內(nèi)各巖土層的場地土類型、是否為液化土是作為抗震地段劃分的重要依據(jù)之一。4.2.3劃分抗震地段的工程意義地震作用破壞建筑結(jié)構(gòu)時，地震作用對結(jié)構(gòu)造成直接破壞因素，此外還有場地條件的原因,所以選擇抗震有利地段，是減輕因場地原因引起的地震災(zāi)害首要步驟。規(guī)范規(guī)定抗震設(shè)防區(qū)的建筑工程場地宜設(shè)置在抗震有利地段，抗震不利地段應(yīng)避開，并不建設(shè)在危險地段。
4.3場地類別劃分及其工程意義
4.3.1場地類別劃分。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》4.1.6規(guī)定，采用由剪切波速值確定的場地覆蓋層厚度和場地等效剪切波速綜合判定場地類別（表2）。4.3.2劃分場地類別的工程意義。4.3.2.1設(shè)計特征周期。Tg的確定根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.1.4條，設(shè)計特征周期Tg應(yīng)按設(shè)計地震分組、場地類別查表確定（表3）。表3特征周期值設(shè)計特征周期Tg后，是確定建筑結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)參數(shù)之一，結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)又是是建筑結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計算參數(shù)。4.3.2.2抗震設(shè)防烈度調(diào)整依據(jù)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.3.2條及3.3.3條規(guī)定：應(yīng)根據(jù)建筑場地類別，擬建建筑的抗震設(shè)防類別調(diào)整抗震設(shè)防烈度采取抗震構(gòu)造措施。如Ⅰ類建筑場地，抗震設(shè)防烈度為6度以上的丙類的建筑，采取抗震構(gòu)造措施應(yīng)允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求。Ⅲ、Ⅳ類建筑場地，對設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)，規(guī)范中另有規(guī)定，采取抗震構(gòu)造措施時宜分別按抗震設(shè)防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）時各抗震設(shè)防類別建筑的要求執(zhí)行。
5結(jié)論
通過以上論述可知波速測試在巖土工程勘察中是一種常用的測試方法，其具有工作效率高、資料處理快速，成本較低的特點。波速測試獲得的場地內(nèi)各巖土層的剪切波速vs、場地等效剪切波速vse，可以作為場地砂土液化判別的手段之一；是場地土類型劃分、場地類別劃分、確定設(shè)計特征周期和建筑抗震設(shè)防烈度調(diào)整的依據(jù)。因此波速測試成果的準(zhǔn)確性，關(guān)系到建設(shè)工程抗震設(shè)計的安全性、合理性。物探技術(shù)人員應(yīng)在現(xiàn)場按規(guī)定布設(shè)激發(fā)、接受裝置；保證采集到有效的壓縮波、剪切波，并正確判讀的初至位置，獲取真實波速值。
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作者:黃強(qiáng) 單位:中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊
第三篇：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震理念設(shè)計探析
【摘要】地震作為一種破壞性極強(qiáng)、難以規(guī)避的自然災(zāi)害，對人們的人身安全及財產(chǎn)安全有著極大的影響，也會導(dǎo)致國家與社會受到重大損失。建筑結(jié)構(gòu)抗震性不強(qiáng)而造成的事故，在全部建筑結(jié)構(gòu)工程事故中比重較大，嚴(yán)重威脅人們的生命安全。對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計及減隔震技術(shù)的應(yīng)用展開研究，是加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要策略。本文對建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震設(shè)計方法進(jìn)行了探討，闡述建筑抗震概念設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容與建筑抗震設(shè)計所需要注意到的問題，并且對抗震概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的運(yùn)用進(jìn)行深入的分析。
【關(guān)鍵詞】建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震設(shè)計
0引言
地震是一種難以避免的自然現(xiàn)象，一旦發(fā)生就會造成人類社會的重大災(zāi)難。多年來國內(nèi)經(jīng)歷了大大小小無數(shù)次地震，承受著十分嚴(yán)重的后果。如何將抗震設(shè)計理念與結(jié)構(gòu)設(shè)計相聯(lián)系成了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員最為重要的工作內(nèi)容之一。將抗震特殊構(gòu)件設(shè)置于建筑物中防止建筑物因地震倒塌，抗震設(shè)計有很多種類，應(yīng)根據(jù)不同的建筑物結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行選擇，抗震設(shè)計如圖1所示。普遍都是采取概念設(shè)計來模擬地震的情況，從而得出地震的實際情況，而且要依據(jù)相關(guān)模擬的有關(guān)參數(shù)來對建筑結(jié)構(gòu)上的計算，因此得到相關(guān)的建筑抗震結(jié)構(gòu)，從而更好地保障現(xiàn)在建筑物結(jié)構(gòu)的總體抗震性能。同時也對建筑在一些大地震的情況下結(jié)構(gòu)的彈性變形進(jìn)行精確的計算，從而保障設(shè)計能夠達(dá)到相關(guān)抗震的要求。在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計目標(biāo)是設(shè)計工作的重要方向，所有的設(shè)計都要圍繞這項目展開。由于地震有較大的不確定性，要根據(jù)性能的抗震設(shè)計要求來預(yù)計各種等級的地震影響。我國的抗震有關(guān)規(guī)定，對于在地震斷裂帶兩邊10km當(dāng)中的結(jié)構(gòu)要計入近場影響。在抗震設(shè)計當(dāng)中對于主體結(jié)構(gòu)來講，結(jié)構(gòu)的性能劃分成3個水平，即使用良好、人身安全以及防止倒塌。
1抗震設(shè)計概述
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計單位，在工程方案階段有必要提出相應(yīng)的抗震布置圖設(shè)計方案。結(jié)構(gòu)的性能與層間位移角密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)性能與層間位移角關(guān)系見表1。如果抗震布置不合理，地震發(fā)生時具有影響，會造成非常嚴(yán)重的破壞，這將會使得地震產(chǎn)生的破壞性不斷加劇，引發(fā)非常嚴(yán)重的影響[1]。在建筑方案平面布局時建筑的結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該對稱分布各個部件，禁止出現(xiàn)特殊的、不規(guī)則的建筑設(shè)計，設(shè)計師要調(diào)整建筑物的形狀、大小和結(jié)構(gòu)布局，經(jīng)過對建筑工程結(jié)構(gòu)的深入調(diào)查，多次調(diào)整后得出了最科學(xué)合理的抗震建筑施工方案。
1.1做好抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計
現(xiàn)階段高于150m的建筑，一般采用框架—核心筒、筒中筒和框架支撐體系這三種結(jié)構(gòu)體系。設(shè)計前，設(shè)計師應(yīng)該要熟知影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素，設(shè)計時避開這些因素，科學(xué)地解決問題，只有這樣才能提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率，在地震發(fā)生時發(fā)揮良好的抗震作用。
1.2做好力學(xué)分析
受經(jīng)濟(jì)和負(fù)擔(dān)能力的影響，如果結(jié)構(gòu)的彈性能夠保證，設(shè)計力可以低于設(shè)計的要求。而抗風(fēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計則是在各種因素的影響下保持彈性。指定的規(guī)范要求旨在提供必要的非彈性地震行為。在目前設(shè)計的大多數(shù)建筑中，大地震建筑物是否能夠幸存，主要依賴于其框架系統(tǒng)通過（相對）大的非彈性變形時間延遲耗散能量的能力。這是抗震設(shè)計要注意的事項。因為地面運(yùn)動的慣性阻力，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了力。建筑的反應(yīng)是動態(tài)的，變形是相反的———在同一次地震中正位移和負(fù)位移的量相等。對于非常嚴(yán)重的地震，響應(yīng)是非彈性的。事實上，在地震活動頻繁的地區(qū)，每隔10年左右發(fā)生一次地震，甚至可以預(yù)期會出現(xiàn)中度的非彈性反應(yīng)。雖然在構(gòu)件中產(chǎn)生設(shè)計力，但實際極限狀態(tài)是能夠變形的[2]。在基于力的方法中，選擇一個系統(tǒng)并假定其延展性供應(yīng)，設(shè)計力的計算方法是將彈性需求除以預(yù)期的延性供給。這種方法非常適合新架構(gòu)，由于在流程的開始階段，每個元素的強(qiáng)度都是未知的?；谂帕械姆椒ǎ灰茏C明在臨界區(qū)域內(nèi)變形的需求低于供給，則該結(jié)構(gòu)是沒有問題的。這個方法非常適合目前的建筑要求，因為單個元素的強(qiáng)度在設(shè)計開始時都是已知的。在抗震設(shè)計中，重要的是認(rèn)識到地震力是慣性力，因此，每一個結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量貢獻(xiàn)的系統(tǒng)將施加的力量，橫向抗荷系統(tǒng)。載荷路徑中不能詳細(xì)描述為韌性元件的部分必須設(shè)計成能彈性地抵抗它們的力。換句話說，“非延展性”連接必須能夠彈性地抵抗大于構(gòu)成連接的元件的最大可能強(qiáng)度的力。對于彎矩框架而言，某一單元的過早屈服通常不會引起問題，剛度中心會相當(dāng)平穩(wěn)。然而，對于墻體系統(tǒng)，某一墻體的過早屈服將導(dǎo)致剛度中心發(fā)生非常顯著的位移，同時扭轉(zhuǎn)力也會相應(yīng)增加，從而增加直接力。此外，扭轉(zhuǎn)力可能會增加圓周平面的漂移，增加損傷。值得一提的是，某些長度的墻體（在平面中）在桿與桿之間的屈服過程中沒有一個明確的屈服點。然而，對于某些類型的墻———比如只有弦桿加固的磚墻———屈服更突然，CR的變化也會更快。在大多數(shù)情況下，響應(yīng)譜分析是最佳選擇。線性時程分析略優(yōu)于MRS，但在“準(zhǔn)確性”上的微小提高不值得額外的努力。由于非線性靜力推覆分析的局限性，非線性分析的最佳選擇是時程分析。
2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法
一直以來，傳統(tǒng)抗震設(shè)計就是單純增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度來抵抗地震的侵襲，就是人們常說的“硬抗”。這種設(shè)計的原理是將地震能量直接傳遞給結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計是抗震設(shè)計，以此來承受地震能量。這樣方法雖能保證地震下結(jié)構(gòu)的整體性，而且結(jié)構(gòu)也不大容易倒塌，但是，結(jié)構(gòu)損失是在所難免的。近年來，我國抗震技術(shù)也在不斷向前邁進(jìn)，技術(shù)人員提出的抗震設(shè)計也在實踐中被不斷地證明。當(dāng)下，主流的抗震方式有以下幾種：
2.1建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計
在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，建筑結(jié)構(gòu)工程師越來越重視建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法和相關(guān)的施工技術(shù)。其中，建筑結(jié)構(gòu)阻尼技術(shù)主要是通過相關(guān)的阻尼裝置，有效降低建筑結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的振動應(yīng)力。大大增強(qiáng)了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和穩(wěn)定性。通常，在建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)中，一般只采用建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的一個分支，通過阻尼技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的有效應(yīng)用，能夠增強(qiáng)整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時，也有效減少了建筑結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計中產(chǎn)生的大量經(jīng)濟(jì)投資。新型減震施工技術(shù)使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加牢固、穩(wěn)定，從而使建筑結(jié)構(gòu)更安全[3]。
2.2延性減震設(shè)計
多震國家的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要方向都開始朝延性抗震理論過渡。延性減震設(shè)計，顧名思義，就是用材料的延性來減少地震的破壞力。因此，設(shè)計時就要增加結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的延性，通常是通過塑性鉸的設(shè)計來增加延性的。延性抗震的目的就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以產(chǎn)生塑性變形，也能造成損壞，但是不能夠倒塌。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往會讓其具有滯回的特性。通過這種特征來抵抗地震力的彈塑性變形，這樣在大地震發(fā)生時，產(chǎn)生的是反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)，以此來保護(hù)建筑。
2.3新結(jié)構(gòu)
型鋼混凝土在抗剪力能力以及延性方面也高于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，耗能能力強(qiáng)，因此具有良好的抗震性能，能保證建筑結(jié)構(gòu)的變形在安全的范圍內(nèi)，也就避免了建筑結(jié)構(gòu)因變形過大而產(chǎn)生的質(zhì)量問題，能夠顯著延長建筑結(jié)構(gòu)的壽命及提升安全性。對比傳統(tǒng)的抗震設(shè)計，沒有增加成本而且降低了材料的費用。上述抗震設(shè)計中，在實際施工中應(yīng)用最多的是前兩種設(shè)計。這兩種設(shè)計采用的方法、措施都是截然不同的，設(shè)計的機(jī)理、使用范圍也不一樣，因此這兩種是相互獨立的，在工程中可以通過協(xié)調(diào)使用起到更好的效果。
3結(jié)語
綜上所述，目前民用建筑中，需要樹立一個先進(jìn)的抗震理念，這樣才能更好地指導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而確保整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計實踐中，應(yīng)對工程實際進(jìn)行綜合考量，結(jié)合工程地質(zhì)條件與地震情況等特點，利用合適的抗震裝置與設(shè)計方法。技術(shù)人員也應(yīng)積極完善建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方案，深入探索新的設(shè)計理念，推動抗震技術(shù)實現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)工程中的大規(guī)模應(yīng)用，以此來有效提高整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全，提高我國建筑結(jié)構(gòu)工程建設(shè)發(fā)展的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]周譽(yù)，張冬梅.芻議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震理念設(shè)計[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014（11）：89.
[2]郭成華.芻議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計分析[J].商品與質(zhì)量，2015（52）：95.
[3]徐惠峰.芻議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（14）：1408.
作者:劉嘉杰 單位:江門市建筑設(shè)計院有限公司
