建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要作用

建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要作用摘要：近年來地震頻繁，人們的生命財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅，建筑安全則成了社會(huì)安全的一個(gè)重要影響因素。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的重要部分，要保證其安全性與經(jīng)濟(jì)性就必須采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法。如何能夠讓建筑在地震中保持安全，不受嚴(yán)重的損害，是當(dāng)前建筑施工設(shè)計(jì)必須要考量的一個(gè)大問題，設(shè)計(jì)出具有相當(dāng)抗震能力的房屋。本文分析了建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，介紹了抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則，探討了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本對策。關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)；對策研究引言：隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，其結(jié)構(gòu)體系及建筑平面布置也越來越復(fù)雜。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)完整、系統(tǒng)的過程，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)。再加我國近幾年來幾次比較大的地震的發(fā)生，給建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析和設(shè)計(jì)提出了更高的要求。作為工程抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)，如何準(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，對建筑的抗震設(shè)計(jì)分析與研究處于非常重要的地位。一、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及原則1、房屋建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：（1）軸向變形不容忽視：在建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；此外還會(huì)對預(yù)測構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整。（2）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)：相對于底層建筑而言，建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。（3）水平荷載成為決定因素：建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；某一定高度樓房，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度變化。2、建筑設(shè)計(jì)的原則：（1）選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡結(jié)構(gòu)計(jì)算式在計(jì)算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)，但與計(jì)算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。（2）選擇合適的基礎(chǔ)方案。礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。（3）合理選擇構(gòu)方案。合理的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確。對工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。（4）正確分析計(jì)算結(jié)果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。二、房屋建筑抗震設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題1、抗震設(shè)防烈度低建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平在大幅度提高，而眼觀我國現(xiàn)行抗震設(shè)防現(xiàn)狀其標(biāo)準(zhǔn)還是比較低的，目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度早已不能適應(yīng)人民的需要，不同的抗震設(shè)防烈度應(yīng)對的房屋建筑也不一樣。2、地基的選取不合理房屋建筑應(yīng)選擇位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬土場地或密實(shí)均勻中硬土場地，遠(yuǎn)離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作大然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險(xiǎn)地段建造房屋。建筑的地基選取不恰當(dāng)可能導(dǎo)致抗震能力差。3、部分建筑物高度過高鋼筋棍凝土的房屋建筑都有一個(gè)適宜的高度。在適度的高度范圍內(nèi)，其抗震能力還是可以的，也能發(fā)揮一定的作用，但由于目前受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，相當(dāng)一部分建筑的高度超出了限制。一旦發(fā)生地震災(zāi)害，超出高度的建筑物就會(huì)發(fā)生很大的變形，造成的破壞也將十分巨大，同時(shí)還會(huì)降低建筑物的抗震能力。4、對抗震材料選取不當(dāng)鋼筋棍凝土是我國建筑結(jié)構(gòu)主要的核心，鋼筋棍凝土結(jié)構(gòu)的位移限值影響著變形控制為基準(zhǔn)?？縿偠群苄〉匿摽蚣軈f(xié)同工作會(huì)因彎曲變形的側(cè)移較大而減小側(cè)移，這樣無形中就增大了鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，并且抗震效果也不明顯，造成在施工中需要加大棍凝土筒的剛度，或采取設(shè)置伸竹結(jié)構(gòu)的辦法，從而形成加強(qiáng)層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本對策1、選擇的建筑場地和地基有利于抗震（1）場地選擇在不同工程地質(zhì)條件的場地上，地震對建筑物的破壞程度是截然不同的。因此，進(jìn)行建筑場地選擇時(shí)，設(shè)計(jì)者必須綜合評價(jià)工程地質(zhì)的有關(guān)資料和地震活動(dòng)情況，并結(jié)合工程的實(shí)際需要。首先，建筑宜避開對建筑抗震不利的地段，選擇對建筑抗震有利的地段，例如平坦、開闊的堅(jiān)硬場地土。其次，當(dāng)沒有辦法避開時(shí)，適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施應(yīng)被采用。（2）地基處理基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：a.當(dāng)?shù)鼗行陆钔?、液化土、軟弱黏性土?xí)r，基礎(chǔ)的剛性、整體性應(yīng)得到加強(qiáng)；b.天然地基與樁基不宜混用在同一結(jié)構(gòu)單元上；c.性質(zhì)差異較大的地基上不宜設(shè)置同一結(jié)構(gòu)單元；d.地圈梁應(yīng)設(shè)置在墻下，以加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的整體性，以抵抗不均勻沉降。2、優(yōu)化平立面布置（1）建筑布置的平立面應(yīng)規(guī)則，體型要簡單當(dāng)建筑物體型規(guī)則、簡單時(shí)，其受力性能明確，在設(shè)計(jì)過程中就容易分析在地震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和實(shí)際反應(yīng)，且易于處理結(jié)構(gòu)細(xì)部的構(gòu)造，因此這類結(jié)構(gòu)在遭遇地震后受到的損害相對較輕。反之，建筑體型復(fù)雜、不規(guī)則時(shí)，強(qiáng)度和剛度就容易發(fā)生突變，引起應(yīng)力變形或集中，形成結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，從而造成較大的危害。（2）力求建筑平、立面質(zhì)量分布和剛度對稱建筑的質(zhì)量分布和剛度不對稱，在地震作用下就會(huì)發(fā)生十分明顯的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。因此，建筑中的獨(dú)立單元及整個(gè)建筑應(yīng)力求質(zhì)量、剛度對稱，使其剛心與質(zhì)心偏心很小甚至完全重合。（3）建筑的剛度變化和質(zhì)量須均勻建筑沿豎向分布的剛度和質(zhì)量常常是不均勻的。比如，樓層錯(cuò)尾的存在或在層高范圍內(nèi)框架的填充墻設(shè)置不連續(xù)，短柱就在框架上形成。地震時(shí)就易對建筑造成損害。所以設(shè)計(jì)時(shí)必須采取必要的構(gòu)造措施，對建筑結(jié)構(gòu)中沿豎向分布不連續(xù)的質(zhì)量和剛度加以限制。3、選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)體系（1）應(yīng)有多道抗震防線多道抗震防線，是指在地震作用下，一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系中的一部分延性好的構(gòu)件最大限度發(fā)揮其耗散、吸收地震能量的作用，首先達(dá)到屈服，起到第一道抗震防線的作用，其它構(gòu)件則在其后依次屈服，從而形成第二、第三或更多道抗震防線。這樣可以避免整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系因部分構(gòu)件或結(jié)構(gòu)破壞而喪失抗震能力。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須考慮設(shè)置多道抗震防線。（2）應(yīng)具備良好的耗能、變形能力和必要的強(qiáng)度一個(gè)沒有足夠延性，只有較高的抗側(cè)力強(qiáng)度的抗震結(jié)構(gòu)體系，在地震時(shí)很容易遭到破壞。但如果其抗側(cè)力強(qiáng)度不高，而有較大的延性，在地震作用不大的情況下，建筑結(jié)構(gòu)就不會(huì)受到破壞，只會(huì)產(chǎn)生較大的變形。如果抗震墻設(shè)置在框架中，就可增加其抗剪力強(qiáng)度；如果屆邊約束構(gòu)件加在砌體結(jié)構(gòu)上，能提高其變形能力。這樣就增大了兩種結(jié)構(gòu)的抗震潛力。（3）結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度分布須合理如結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度分布不合理，會(huì)產(chǎn)生塑性變形集中或過大的應(yīng)力，結(jié)構(gòu)就會(huì)突變或其局部受到削弱而形成薄弱部位。對結(jié)構(gòu)上可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取相應(yīng)措施提升其抗震能力。在強(qiáng)烈地震下，強(qiáng)度安全儲(chǔ)備在結(jié)構(gòu)上并不存在，而判斷結(jié)構(gòu)薄弱層的基礎(chǔ)就在于構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度分布。4、設(shè)計(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算分析參數(shù)設(shè)計(jì)，就是進(jìn)行建筑各構(gòu)件的地震響應(yīng)和地震作用計(jì)算，各墻柱梁板變形及承載力計(jì)算包含于其中。把正確的計(jì)算模型建立在建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況基礎(chǔ)上，并根據(jù)概念設(shè)計(jì)做適當(dāng)?shù)暮喕幚怼⒂?jì)算。多遇地震作用下的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形、內(nèi)力分析時(shí)，應(yīng)采用的力學(xué)模型不少于兩個(gè)，且不相同，其計(jì)算理論主要有兩種，即主拉應(yīng)力與剪摩理論。其中，主拉應(yīng)力理論適用于磚砌體，而剪摩理論適用于砌塊結(jié)構(gòu)。應(yīng)認(rèn)真分析判斷計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，確認(rèn)其合理、有效后，才能用于工程設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)最重要的就是充分考慮經(jīng)濟(jì)和安全兩者間的關(guān)系，只有將目光放長遠(yuǎn)，立足于我國建筑抗震設(shè)計(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀，認(rèn)清純在的不足，跟國際接軌，采用最新科研成果，從最新抗震設(shè)計(jì)理念的趨勢出發(fā)，探究新型材料將成為未來地震多發(fā)區(qū)建筑發(fā)展的新航標(biāo)。結(jié)束語建筑結(jié)構(gòu)抗震問題在設(shè)計(jì)中越來越受到重視，隨著結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、功能的多樣化和新型結(jié)構(gòu)原理的進(jìn)步，高性能材料的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，促使人類建筑再上一個(gè)新的臺(tái)階。傳統(tǒng)的抗震數(shù)值計(jì)算模型在復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)中存在很大的局限性，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)