生兆中

（南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210000）

引言

建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，需要切實(shí)把握好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，促使其建筑結(jié)構(gòu)能夠具備較為理想的可靠性，進(jìn)而使相應(yīng)建筑物的使用更為合理安全。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，抗震性能設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)方面，為使建筑物能夠具備理想的抗震性能，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，對(duì)于當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較容易出現(xiàn)問(wèn)題的各個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，充分提升其相應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，保障安全。地震產(chǎn)生的破壞程度非常大，因此，做好建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是十分必要的。做好建筑的抗震設(shè)計(jì)能夠提升建筑的穩(wěn)定性，保證建筑內(nèi)部人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合建筑物的使用、地質(zhì)等情況做好建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。

1 民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性

結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程。如能利用合理的結(jié)構(gòu)理論、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)可使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更趨合理，最大限度地減少或避免建筑物在地震中破壞或倒塌。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)人員通過(guò)以往地震中建筑倒塌的數(shù)量、破壞情況等進(jìn)行總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)下的設(shè)計(jì)理念、建筑場(chǎng)地的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行趨于完善的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使建筑能夠抵抗一定烈度等級(jí)的地震災(zāi)害?？拐鹪O(shè)計(jì)的目標(biāo)是為了保證人們的財(cái)產(chǎn)、生命安全等，為其提供更加穩(wěn)定安全的生活環(huán)境。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮地震的主要破壞機(jī)理，以便站在全局的角度完成抗震參數(shù)的設(shè)計(jì)，使建筑結(jié)構(gòu)的外形、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件質(zhì)量等都能夠提高建筑的質(zhì)量，達(dá)到設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防目標(biāo)。另外，在方案設(shè)計(jì)階段，為了給建筑方案提供正確的概念和思路，需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇使用效果最好、造價(jià)最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。

2 抗震概念設(shè)計(jì)在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

就當(dāng)前的建筑概況來(lái)看，150m以上的建筑中，主要采用了三種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體系，即框－筒、筒中筒以及框架支撐體系，這三種體系均是在超高層建筑中應(yīng)用較好的主要體系。我國(guó)鋼材生產(chǎn)總量較大，且在鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中取得了非常大的進(jìn)步，故建議在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡可能運(yùn)用鋼骨混凝土、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上，不斷調(diào)校柱截面的形式與大小，改善結(jié)構(gòu)中的抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)在抗震功能的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以將傳統(tǒng)的、以硬性為主的抗震模式逐漸轉(zhuǎn)向以柔性為主的抗震模式，最終將以柔克剛和剛?cè)嵯酀?jì)的主要理念落實(shí)，能夠?qū)⒌卣鸢l(fā)生時(shí)的主要地震力進(jìn)行釋放。

2.2 隔震技術(shù)及發(fā)展

隔震控制技術(shù)應(yīng)用中最重要的就是基層隔震處理。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分與上部結(jié)構(gòu)之間增加隔震層，將建筑基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，降低地震能量的傳播成效，提升建筑工程項(xiàng)目的抗震性能，縮減地震能量對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞作用。隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可使得建筑工程主體結(jié)構(gòu)在地震災(zāi)害的影響下，仍保持良好的應(yīng)用安全性，同時(shí)對(duì)建筑內(nèi)部的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件起到保護(hù)作用，且地震災(zāi)害過(guò)后，建筑工程無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模的修復(fù)工作，只需更換建筑隔震裝置即可。隔震控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)隔震裝置要求較高，隔震裝置要具備很強(qiáng)的豎向承載能力、初始剛度和強(qiáng)度性能，能夠在地震作用力的影響下對(duì)建筑水平位移進(jìn)行有效控制；隔震裝置自身的水平變形能力以及阻尼能力也是非常關(guān)鍵的，在地震自然災(zāi)害中，隔震裝置的自振周期可以逐漸接近場(chǎng)地振動(dòng)特征周期，以此吸收和消耗一定的地震能量，減輕地震災(zāi)害。

2.3 民用建筑空間布局設(shè)計(jì)

對(duì)建筑空間布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)對(duì)提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性有著十分重要的促進(jìn)作用，因此，在對(duì)建筑空間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以從以下幾方面入手：①考慮空間結(jié)構(gòu)的均衡性。在地震災(zāi)害中，建筑不僅會(huì)受到來(lái)自地面的地震力，還會(huì)受到風(fēng)荷載作用，因此，在其抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮到來(lái)自各個(gè)方向的作用力，從平面主軸出發(fā)，使其具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，且剛度越好，穩(wěn)定性就越高，能夠承受水平力的性能就越好，但剛度大相應(yīng)地震作用力越大，需把握好平衡點(diǎn)。②考慮空間結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。建筑結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中就需要考慮更多受力方式，在計(jì)算相關(guān)參數(shù)的取值過(guò)程中也會(huì)更加繁瑣。因此，設(shè)計(jì)人員在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，減少可能會(huì)影響建筑抗震能力的因素，同時(shí)通過(guò)模擬計(jì)算全面驗(yàn)算抗震設(shè)計(jì)，保證建筑的穩(wěn)定性。③考慮空間結(jié)構(gòu)的整體性?？拐鹪O(shè)計(jì)是一項(xiàng)整體性較強(qiáng)的工作，并不是對(duì)建筑的部分構(gòu)件加強(qiáng)抗震性能，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)將樓蓋、建筑內(nèi)部以及相應(yīng)的底層結(jié)構(gòu)有效結(jié)合到一起，使其在地震災(zāi)害的沖擊下能夠以整體的方式抵抗地震產(chǎn)生的作用力，這樣能夠避免單一結(jié)構(gòu)抗震性能低下而造成建筑整體崩塌的現(xiàn)象，在提高各部分抗震性能的同時(shí)，提高了建筑整體的安全性。

3 民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

3.1 做好民用建筑場(chǎng)地的選擇

建筑場(chǎng)地的選擇對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)十分重要，且場(chǎng)地選擇是抗震設(shè)計(jì)的首要工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從以下幾方面進(jìn)行建筑場(chǎng)地的選擇，以提高抗震設(shè)計(jì)效果：①建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)盡可能選擇一些較為平坦、開(kāi)闊的地點(diǎn)作為建筑場(chǎng)所，且要保證建筑地點(diǎn)的土層具有良好的力學(xué)性能，能夠承受建筑荷載。②避免在地層復(fù)雜、軟弱土場(chǎng)地或飽和粉砂粉土等特殊土場(chǎng)地進(jìn)行建設(shè)，由于上述地點(diǎn)土地的承載能力不能夠達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，或者地震時(shí)存在液化現(xiàn)象，進(jìn)而不能夠很好地抵抗地震帶來(lái)的危害，因此，不能將上述地點(diǎn)考慮在建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。③不能將建筑地點(diǎn)選在易發(fā)生泥石流、滑坡等現(xiàn)象的地點(diǎn)，降低自然地質(zhì)災(zāi)害對(duì)建筑整體的影響，進(jìn)而降低地震對(duì)建筑安全的危害。

3.2 抗震結(jié)構(gòu)體系的選擇

首先結(jié)構(gòu)體系要能概括出計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力傳遞路線(xiàn)，同時(shí)為了增加安全裕度，避免因部分構(gòu)件的地震破壞而引發(fā)建筑整體結(jié)構(gòu)體系失去抗震能力或承載能力，應(yīng)設(shè)置多道抗震防線(xiàn)，比如地震發(fā)生時(shí)，在框架結(jié)構(gòu)中，填充墻應(yīng)先于框架破壞；框架－抗震墻結(jié)構(gòu)中，抗震墻應(yīng)先受水平地震力破壞。同時(shí)，在概念設(shè)計(jì)中要重視強(qiáng)度、剛度的合理分布，質(zhì)心和剛心偏心距越小越好，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，在遇到地震破壞時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，需采取有效措施以提高抗震能力。

3.3 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在抗震結(jié)構(gòu)的施工中具有很多優(yōu)點(diǎn)：型鋼的剛度高于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的剛度，加上混凝土的作用，使得型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、耗能性能都具有明顯優(yōu)勢(shì)；由于其結(jié)構(gòu)的延性好、耗能性能高、承載力高的特點(diǎn)，使得這種結(jié)構(gòu)在抗剪承載力方面性能優(yōu)越、震動(dòng)衰減快、對(duì)溫度變化反應(yīng)小、抗扭轉(zhuǎn)屈曲性能好，因此具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)抗震性能。型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)中的型鋼腹板參與到工作中，這就增加了節(jié)點(diǎn)抗力能力，同時(shí)型鋼的翼緣框能夠很好的約束核心區(qū)中的混凝土，提高了節(jié)點(diǎn)抗裂度和極限承載力。

3.4 設(shè)置多道抗震防線(xiàn)

采用冗余構(gòu)件，增多抗震防線(xiàn)。對(duì)于高層建筑而言，一般采用雙重抗側(cè)力體系：框架－抗震墻、芯筒－框架、內(nèi)墻筒－外框筒、框架－支撐，其在水平地震側(cè)力的作用之下，通過(guò)各層的樓蓋，進(jìn)行工作的協(xié)同。同時(shí)，這種體系會(huì)在地震發(fā)生時(shí)，依靠支撐或者是墻體等作為主要的抗震防線(xiàn)，為有效保證這一體系的抗震防線(xiàn)，一般采用的方式為：同一軸線(xiàn)位置設(shè)置延伸性較好的抗彎梁的方式，利用這些連系梁承擔(dān)地震前期脈沖的沖擊，以達(dá)到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

由上可知，在不可抗力的地震災(zāi)害面前，雖然無(wú)法做到有效的規(guī)避，但是可以通過(guò)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)來(lái)提高建筑的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在做好建筑選址的前提下，對(duì)抗震參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，并在設(shè)置多種抗震防線(xiàn)的基礎(chǔ)上，做好建筑空間布局設(shè)計(jì)，以提高建筑整體的安全穩(wěn)定性能。隨著生活水平的不斷提高，為了順應(yīng)了社會(huì)的發(fā)展出現(xiàn)了很多的高層建筑，為保證建筑使用的合理性，抗震設(shè)計(jì)要巧妙的融入到建筑方案設(shè)計(jì)之中，做到有效保證廣大居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，最大限度的排除一切地震給人們帶來(lái)的傷害，維護(hù)我們共有的和諧家園。

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