1、建筑结构设计中基于抗震措施的分析摘要:近年来地震不断的发,让人们注意抗震结构设计的重要性,超限高层结构设计采用基于性能的抗震设计理念和方法是可行的,采取比标准规范更加有效的抗震措施,基于保证建筑结构的质量安全,同时,加强建筑结构抗震能力的设计。 关键词:建筑结构;结构设计;抗震措施 中图分类号:TU318 文献标识码:A 引言 无论是对于建筑物而言还是对于工程施工而言,建筑结构都有着重要作用,对于建筑物而言,建筑结构承载着建筑物的成败,同时人们生活水平和观念的转变对建筑结构提出了更高的要求,不但要求建筑物的安全性还要求结构的美观性,在我国,对建筑物安全性影响最大的就是地震。因此,为了满足社会大
2、众对建筑物的要求,提高自身的建筑质量和经济效益,建筑企业都纷纷开展建筑结构抗震性设计。 1.传统的抗震设计方法局限性 在我国抗震规范进行抗震设计的建筑,其抗震设计目标是:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需要修理可继续使用,当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,可能损坏,一般修理或不需修理仍可继续使用,当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”的多级设计思想,但其实质是以保证人的生命安全为原则的一级设计理论。其设计方法采用:小震不坏采用结构线弹性验算;中震可修及大震不倒,采用加强结构构
3、造措施及薄弱层弹塑性验算。这样设计的建筑物可以避免主体结构倒塌而保证人的生命,但地震所造成的正常使用功能的丧失和巨大的社会经济损失,很可能会大大超出社会和业主可接受的程度。纵观现行抗震理论和设计方法中存在的问题,可总结如下:对损失的控制不力,对业主的要求难以满足;结构性能概念不明确,设计透明度小;结构性能标准缺乏灵活性;结构性能目标实现过程的误区。 2.目前建筑结构抗震性设计的关键问题 1)场地选择 在建筑结构设计中,场地的选择是其中重要的一部分,所以,在建筑结构抗震性设计中,建筑场地的选择对建筑结构抗震性能的影响也是比较大的。在选择建筑场地时,一定要对当地的地理环境有所了解,避开不利的地段。
4、如果场地不利,会造成地表发生错动或者断裂、地基沉降、滑坡等状况,对工程质量会产生一定的影响。正因如此,在选择建筑场地过程中,要尽量避免在“软弱场地、易液化土、状态不均匀”等场地进行建筑物的建筑。如果建筑地点的土壤普遍不合格,那么就需要采取一定的抗震防裂措施来提高建筑结构的抗震等级,比如可以强化地基,加强结构的整体性等,对于地基来说可以采用桩基、强化基础等处理措施,这样即使不可避免地出现了不利场地,也能通过措施的应用而得以改善。 2)结构体系选择 建筑结构体系的选择关系到了建筑结构的稳定性,自然也会成为抗震设计中的重要部分。首先,结构体系要具有相对的独立性。对于建筑结构体系的整体功能发挥来说,其
5、应该具有一定的整体性和联系性,但是,对于抗震性来说,建筑结构体系就应该具有相对的独立性。主要是指结构体系应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。因此,在设计建筑结构时,应该要确保建筑结构具有一定的内力分配功能,这样如果一个构件受到了震力的破坏,其他的构件仍能够正常承载,一定程度上避免了整体结构失效可能性的出现。其次,合理分布震力传递途径。在结构设计过程中应该重视竖向的建筑结构要具有垂自重力传递的作用, “楼屋盖梁系的布置”要尽量保证从上部结构中传递过来的重力荷载能够通过转换层进行转换,同时,抗侧力结构要明确,尽量保证其连续性,如果结构出现了竖向变化则要尽量确
6、保变化的均匀发生。最后,要具有适当刚度和以及强度。 3)规则布置建筑平面 建筑平、立面布置应符合抗震概念的设计原则,宜采用规则的建筑设计方案,而不应采用严重不规则的设计方案。因此,在进行建筑结构抗震性设计过程中,要尽量规则布置建筑平面,通常我们都比较重视建筑结构的对称性和规则性,结构的对称性主要是指抗侧力主体结构之间的对称,而规则性主要体现在以下几个方面,第一,抗侧力结构主轴方向刚度和变形特性相近。第二,在抗侧力结构竖向断面均匀、构成的变化均匀。第三,平面布置的统一轴向上的抗侧力结构具有的刚度要均匀。第四,平面的中心和周边结构要相互协调,确保主体结构有较好的“抗扭刚度” ,从而提高建筑结构抗变
7、形的能力。 3.建筑结构设计中主要抗震措施 1)结构方案布局 结构布置原则:结构方案设计中尽量做到体型(平而和立而的形状)简单,抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀,平而布置基本对称。即在平立面、竖向剖面或抗侧力体系上,没有明显的、实质的不连续(突变)。规范中虽然列出了不规则的量化标准,但我们在设计中还是应该尽量从概念上把握。 2)场地和地基 地震造成建筑的破坏,除地震动直接引起结构破坏外,还有场地条件的原因,如:地震引起的地表错动与地裂,地基土的不均与沉陷、滑坡和粉、砂土液化等。因此应尽量选择对抗震有利的地段,避开断裂、滑坡、液化等不利地段。 3)内力的调整。 (1)强柱弱梁。强柱弱梁
8、指的是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下倒塌。 “强柱弱梁”不仅是手段,也是目的,其手段表现在对柱的设计弯矩人为放大,对梁不放大。其目的表现在调整后,柱的抗弯能力比之前强了,面梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时,梁端可以先于柱屈服。 规范中对于一级框架结构和 9 度的级框架是按照实际承载能力进行调整,面对于其他的梁柱仅进行内力的调整,但在实际设计中往往出现梁配筋超过内力所需的情况,如裂缝控制、构造配筋、楼板钢筋的影响等,因此要真正实现“强柱弱梁”不能仅进行内力调整,更应该复核调整后柱的承载能力是否大于梁的承载能力,梁筋超配的情况
9、下,柱配筋也相应调整。从汶川地震中建筑物破坏情况看,多数框架结构破坏塑性铰均出现在柱上,强柱弱梁很难实现,因此我们在设计中在满足承载力要求的情况下应尽量减小梁的配筋,加大柱配筋。 (2)强剪弱弯。剪切破坏为脆性破坏,结构若出现脆性破坏极易造成建筑物无征兆的突然倒塌,因此我们应避免这种破坏。强剪弱弯即是通过内力及配筋的调整,使构件的抗剪能力强于抗弯能力,弯曲破坏早于剪切破坏。同强柱弱梁情况类似,有些情况仅进行内力的调整,在设计中同样应注意梁柱主筋超配时箍筋相应调整,真正做到强剪弱弯。 (3)剪力墙内力的调整。对于抗震等级为一级的剪力墙,底部加强部位以上的部位,墙肢的组合弯矩设计值及剪力设计值均乘
10、以放大系数,弯矩放大是为保证剪力墙的塑性铰出现在底部加强部位,剪力放大是弯矩放大的同步,为实现强 剪弱弯的要求。 结语 经历过汶川地震、玉树地震、雅安地震后,国家对民用居住建筑、商用建筑、政府办公建筑、医疗科研建筑的结构设计和建造,就要更重视抗震措施这一方面,抗震结构设计已经成为今后建筑结构设计的主流和重心。此外,建筑结构设计人员要根据实地情况和自身经验,加入对建筑抗震性能的研究,不断总结创新建筑结构设计中的抗震理念。 参考文献: 1惠希存,申磊,孙峰,朱俊有. 结构设计中抗震措施的探讨J. 中国科技信息,2013,15:64. 2朱慧,袁明星. 建筑结构设计中基于抗震措施的分析J. 城市建筑,2013,14:50. 3李鸣. 浅谈建筑结构抗震设计J. 科技致富向导,2013,06:330.