建筑設(shè)計(jì)評(píng)職范文抗震設(shè)計(jì)問題研究

　　摘 要：建筑抗震工作一直是建筑設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)，本文從抗震設(shè)計(jì)角度指出建筑抗震設(shè)計(jì)的必要性和抗震概念設(shè)計(jì)的含義，指出在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題，并提出可供參考的防范措施。

　　關(guān)鍵詞：建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),抗震

　　一、建筑抗震設(shè)計(jì)的必要性

　　地震是地殼運(yùn)動(dòng)在某些階段發(fā)生急劇變化時(shí)的一種自然現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年發(fā)生的地震約達(dá)500萬次，其中絕大多數(shù)地震由于發(fā)生在地球深處或者它所釋放的能量小而人們難以感覺到;而人們感覺到的地震，也即有感地震，僅占總量的1%左右;能造成災(zāi)害的強(qiáng)烈地震則為數(shù)更少，平均每年十幾起。然而，就是這些每年為數(shù)不多的地震，卻給人們帶來了無可挽回的巨大經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失和觸目驚心的人身傷亡事故。據(jù)有關(guān)方面對(duì)世界上130次傷亡巨大的地震震害資料所做的統(tǒng)計(jì)表明，95%以上的傷亡是因?yàn)闊o抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。典型的例子如，日本是個(gè)多地震國家，政府一貫重視建筑物抗震設(shè)計(jì)，其防震設(shè)施和技術(shù)相當(dāng)先進(jìn)，建筑物通常具備了抗御7~8級(jí)地震的能力;而阿爾及利亞當(dāng)?shù)胤课萁ㄖ|(zhì)量普遍低劣，抗震性能差，地震時(shí)易坍塌。由此可見，對(duì)建筑物進(jìn)行有效的抗震設(shè)計(jì)是減輕地震災(zāi)情最有效、最根本的措施。

　　二、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的含義

　　實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)及其在強(qiáng)震作用下的破壞過程是很復(fù)雜的，目前難以對(duì)此進(jìn)行較為精確而可靠的計(jì)算。因此，20世紀(jì)70年代以來，各國標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了工程技術(shù)人員必須重視“結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)”，即根據(jù)地震災(zāi)害調(diào)查、科學(xué)研究和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本原則和設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的總體布局并確定細(xì)部構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)理念將有助于明確結(jié)構(gòu)抗震思想，不但有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，而且也為有關(guān)抗震計(jì)算創(chuàng)造有利條件，使計(jì)算分析結(jié)果更能反映今后地震時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際地震反應(yīng)。

　　三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題

　　3.1抗震設(shè)防烈度較低。關(guān)于建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“小震(超越概率63%)不壞、中震(超越概率10%)可修、大震(超越概率2%)不倒”。現(xiàn)在許多專家學(xué)者提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已不能適應(yīng)國情的需要，認(rèn)為我國“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度”，并主張“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。

　　此外，有些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)不透，設(shè)計(jì)過程中個(gè)別忽略抗震性原則，具體抗震計(jì)算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全度也不如國外，在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上遠(yuǎn)不如國外嚴(yán)格。我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)除了設(shè)防烈度較低外，結(jié)構(gòu)失效帶來的損失愈來愈大，因而有人主張結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計(jì)。

　　3.2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不合理。1)承重柱截面高度設(shè)計(jì)過小。這種情況多發(fā)生于六度抗震設(shè)防區(qū)，一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員誤認(rèn)為六度設(shè)防就是不設(shè)防，為圖受力分析方便，故意把柱子的截面高度設(shè)計(jì)得過小，使梁柱的線剛度比加大(因一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定：當(dāng)梁柱的線剛度比大于4時(shí)計(jì)算簡圖中梁柱節(jié)點(diǎn)可簡化為鉸支)。這種做法雖然易于進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，卻給房屋結(jié)構(gòu)埋下了隱患，不但影響了房屋的耐久性，也會(huì)讓用戶產(chǎn)生恐懼心理。2)建筑設(shè)計(jì)高度存在問題。按我國高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3—2010)規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個(gè)適宜的高度。這個(gè)高度是我國目前建筑科研水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個(gè)土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的。

　　3.3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)與材料的選用。我國150米以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系(框-筒、筒中筒和框架-支撐體系)，都是其他國家高層建筑采用的主要體系。在高層建筑中采用框架-核心筒體系，因其比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業(yè)主所看中?；旌辖Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的震層剪力，有的高達(dá)90%以上。此外，在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí)，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強(qiáng)層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會(huì)使與加強(qiáng)層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，加強(qiáng)層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”。因此在需要設(shè)置加強(qiáng)層及轉(zhuǎn)換層時(shí)，要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。

　　四、建筑工程抗震設(shè)計(jì)應(yīng)采取的措施

　　4.1基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。我國現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，是以承載力為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。即：用線彈性方法計(jì)算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力、位移;用組合的內(nèi)力驗(yàn)算構(gòu)件截面，使結(jié)構(gòu)具有一定的承載力;位移限值主要是使用階段的要求，也是為了保護(hù)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件;結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力是通過構(gòu)造措施獲得的。為了實(shí)現(xiàn)基于位移的抗震設(shè)計(jì)，第一步需要研究簡單結(jié)構(gòu)的構(gòu)件變形與配筋關(guān)系，實(shí)現(xiàn)按變形要求進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì);進(jìn)而研究整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性后的變形與構(gòu)件變形的關(guān)系。

　　4.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁柱抗震。所謂強(qiáng)柱弱梁主要是考慮到如果一個(gè)建筑物的梁壞了，只會(huì)導(dǎo)致建筑物局部受到損壞，但是如果柱子壞了，就會(huì)導(dǎo)致建筑物的整個(gè)受力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)整體建筑坍塌的現(xiàn)象。但是，在實(shí)際操作過程中我們發(fā)現(xiàn)，建筑物的柱也不是越強(qiáng)越好，柱的軸壓比也不能太高，如果軸壓比過高，在大地震發(fā)生時(shí)將對(duì)建筑物的邊柱產(chǎn)生最少30%以上的附加軸力，這對(duì)建筑物的安全問題是致命性的。因此，不是強(qiáng)柱弱梁就一定能夠保證建筑物不倒塌。我們通常要注意以下幾個(gè)方面：(1)控制好建筑物的柱軸壓比。保證這個(gè)比率在各種建筑物中不超過1%，并且要對(duì)重點(diǎn)部位的柱斷面和配筋進(jìn)行特別處理，對(duì)角柱和邊柱要加強(qiáng)，通常要加密箍筋;(2)科學(xué)配置框架柱和小截面柱的鋼筋。確保不小于20，矩形的柱面我們要采用對(duì)稱配筋的方法，增強(qiáng)穩(wěn)定性;(3)巧妙設(shè)計(jì)梁配筋。對(duì)于梁的配筋來說我們應(yīng)該加強(qiáng)梁中部的配筋，而支座部分的配筋可以根據(jù)情況適當(dāng)降低。這樣有利于形成梁鉸機(jī)制，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，因梁端的塑性鉸作用而增加柱的實(shí)際承載能力。

　　4.3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。我國的抗震措施中對(duì)耗能機(jī)構(gòu)的考慮也基本遵循了這一思路，采用了“梁柱塑性鉸機(jī)構(gòu)”模式，而放棄了基于塑性力學(xué)的“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”模式?？拐鹪O(shè)計(jì)中，為了避免沒有延性的剪切破壞的發(fā)生，采取了“強(qiáng)剪弱彎”的措施來處理構(gòu)件受彎能力與受剪能力的關(guān)系問題。對(duì)于梁柱等構(gòu)件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點(diǎn)：混凝土極限壓應(yīng)變，破壞時(shí)的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實(shí)質(zhì)都是這兩個(gè)根本因素的延伸。在抗震設(shè)計(jì)中為保證結(jié)構(gòu)的延性，常常采用控制受拉鋼筋配筋率，保證一定數(shù)量受壓鋼筋，通過加箍筋保證縱筋局部壓屈失穩(wěn)以及約束受壓混凝土，對(duì)柱子限制軸壓比等。

　　五、結(jié)束語

　　建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)完整、系統(tǒng)的概念，從場址的選擇到建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)貫穿了整個(gè)過程，而且建筑物的抗震設(shè)計(jì)是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合要求的重要指標(biāo)。因此，準(zhǔn)確、合理的運(yùn)用不同的抗震設(shè)計(jì)方法是非常重要的，對(duì)于不同的建筑和不同的情況應(yīng)區(qū)別對(duì)待，從而尋求最合理的抗震設(shè)計(jì)。

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