摘要：地震活動(dòng)是一種隨機(jī)的、破壞性很大的振動(dòng)，它的復(fù)雜性和不確定性難于把握，要想掌握建筑物所遭遇的地震得特性與參數(shù)目前很難做到。而建造良好結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素就是長(zhǎng)期抗震經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，也就是“概念設(shè)計(jì)”。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)抗震；概念；設(shè)計(jì)；
地震活動(dòng)是一種隨機(jī)的、破壞性很大的振動(dòng)，它的復(fù)雜性和不確定性難于把握，要想掌握建筑物所遭遇的地震得特性與參數(shù)目前很難做到。同時(shí)在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析方面，對(duì)結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料實(shí)效，阻尼變化等諸多因素的影響，也存在著不確定性。而建造良好結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素就是長(zhǎng)期抗震經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，也就是“概念設(shè)計(jì)”（ConceptualDssign）。它強(qiáng)調(diào)，在工程的開始階段就掌握能量輸入、結(jié)構(gòu)體型、體系等幾方面，找到抗震的不利因素，進(jìn)行必要的計(jì)算和必要的加強(qiáng)措施，以滿足抗震的設(shè)防要求。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1.場(chǎng)地的選擇
避開抗震的危險(xiǎn)地段，一般指地震時(shí)可能造成崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，以及地震烈度為8度以上的地震斷裂帶在地震時(shí)可能發(fā)生地表錯(cuò)位的地段。
選擇對(duì)抗震有利的地段，一般指位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻中硬場(chǎng)地土。對(duì)抗震的不利地段，就地形而言，一般是指條狀突出的山嘴，孤立的山包和山梁的頂部，河岸和邊坡邊緣，就場(chǎng)地土而言，一般指軟弱土，易液化土，故河道、斷層破碎帶、以及在平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的地段。而當(dāng)無(wú)法避開時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施，應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別、地基液化等級(jí)，分別采取加強(qiáng)地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；當(dāng)?shù)鼗�主要受力層范圍�?nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時(shí)．應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響．采用樁基、地基加固和加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施；對(duì)于地震時(shí)可能導(dǎo)致滑移或地裂的場(chǎng)地，應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施�；�礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)計(jì)在性質(zhì)截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基部分采用樁基，不宜部分采用端承樁部分采用摩擦樁：高層建筑宜設(shè)置地下室，避免采用局部地下室。
2.建筑的平立面
建筑物的平、立面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯(cuò)層。道理很清楚，簡(jiǎn)單、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)容易估計(jì)其地震時(shí)的反應(yīng)，容易采取構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理.所以針對(duì)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取加強(qiáng)措施：周邊構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度不對(duì)稱，布置時(shí)應(yīng)在總體上減小剛度偏心，計(jì)算時(shí)要充分估計(jì)薄弱側(cè)的較大位移及構(gòu)件的內(nèi)力和變形。建筑外形對(duì)稱但抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，可用抗震縫把結(jié)構(gòu)分隔成簡(jiǎn)單、規(guī)則的單元。
3.結(jié)構(gòu)選型
結(jié)構(gòu)選型涉及的內(nèi)容較多，應(yīng)根據(jù)建筑的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場(chǎng)地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。單從抗震考慮，良好的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)具備：①延性系數(shù)高②強(qiáng)度/重力比值大③勻質(zhì)性好④正交各向同性⑤構(gòu)件的鏈接具有整體性、連續(xù)性、和較好的延性。所以常見的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)抗震的性能排列順序?yàn)椋轰摻Y(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土-鋼混合結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)。
4.設(shè)置多道抗震防線
一次大的地震，能造成建筑物破壞的強(qiáng)震持續(xù)時(shí)間少則幾秒，多則幾十秒，甚至更長(zhǎng)。這樣長(zhǎng)時(shí)間的地震動(dòng)，一個(gè)接一個(gè)的脈沖對(duì)建筑物產(chǎn)生多次往復(fù)式?jīng)_擊，造成積累式破壞。若建筑物采用的是單一的結(jié)構(gòu)體系，僅有一道抗震防線，該防線一旦破壞后，接踵而來(lái)的持續(xù)地震動(dòng)，就會(huì)促使建筑物倒塌。特別是當(dāng)建筑物的自振周期與地震卓越周期相近時(shí)，建筑物由此而發(fā)生的共振，更加速其倒塌進(jìn)程。第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)建在強(qiáng)烈地震襲擊下遭到破壞后，后備的第二道防線乃至第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)件立即接替，抵擋住后續(xù)的地震動(dòng)的沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌。在第一道防線的選擇上，框架-抗震墻、框架-支撐、筒體-框架、筒中筒等雙重抗側(cè)力體系中，框架、筒體、抗震墻、豎向支撐、以及砌體填充墻等承重構(gòu)件都可以充當(dāng)?shù)谝坏婪谰�主力構(gòu)件，率先抵御水平地震作用的沖擊。多道抗震防線的設(shè)置原則：①優(yōu)先采用具有多道抗震防線的結(jié)構(gòu)體系。②純框架采用強(qiáng)柱弱梁的延性框架。③利用贅余構(gòu)件增加結(jié)構(gòu)的抗震防線。
5.剛度、延性的匹配
房屋是縱、橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個(gè)具有空間岡Ⅱ度的結(jié)構(gòu)體系，其抗震能力的強(qiáng)弱取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。
現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋具有整體性好、水平剛度大的優(yōu)點(diǎn)，是較理想的抗震構(gòu)件，不但可消除滑移、散落問題，增加房屋的整體性，增大樓板的剛度，而且對(duì)平面上墻體對(duì)齊的要求也可予以適當(dāng)放寬，因作為以剪切變形為主的砌體結(jié)構(gòu)，層間變形是可控制的。平面上，當(dāng)上下墻體不對(duì)齊時(shí)，現(xiàn)澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用，因此，采現(xiàn)澆樓、屋蓋是一種較好的增強(qiáng)樓房結(jié)構(gòu)空間剛度和整體穩(wěn)定性的方法，在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)構(gòu)造柱，并配置些構(gòu)造鋼筋，也能達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整性的作用；另外，設(shè)置配筋圈梁可限制散落問題，增強(qiáng)空間剛度，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，從而提高房屋的抗震性能。同時(shí)結(jié)構(gòu)主要靠延性來(lái)抵抗較大地震作用下的非彈性變形，因此，地震作用下，結(jié)構(gòu)的延性與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度具有同等重要的意義。為了使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震引起的動(dòng)力反應(yīng)過(guò)程中表現(xiàn)出必要的延性，就必須使塑性變形更多地集中在比較容易保證良好延性性能或者具有一定延性能力的構(gòu)件上。具體為：①、選擇一個(gè)可接受的塑性變形機(jī)構(gòu)�，F(xiàn)在普遍使用“粱柱鉸機(jī)構(gòu)”即是通常所說(shuō)的“強(qiáng)柱弱梁”。②、通過(guò)人為增大各類構(gòu)件的抗剪能力，使其不致在強(qiáng)烈地震作用下，在結(jié)構(gòu)延性未發(fā)揮出來(lái)之前出現(xiàn)非延性的剪切破壞，通常的做法是用剪力增大系數(shù)增大梁端、柱端、剪力墻端、剪力墻洞口連梁端以及梁柱節(jié)點(diǎn)處的組合剪力值，并用增大后的剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行受剪控制截面控制條件，進(jìn)行驗(yàn)算和設(shè)計(jì)。具體措施也有兩類，一類是直接對(duì)一跨梁兩端截面的順時(shí)針或反時(shí)針方向的組合彎矩值乘以增大系數(shù)，再與梁上作用的豎向重力荷載代表值一起從平衡關(guān)系中求得梁端剪力；另一類是沿順時(shí)針或反時(shí)針方向求得一跨梁兩端截面按實(shí)際配筋能夠抵抗的彎矩，對(duì)其乘以增大系數(shù)，再與梁上作用的豎向重力荷載代表值一起從平衡關(guān)系中求得粱端剪力。③、通過(guò)相應(yīng)的構(gòu)造措施，保證可能出現(xiàn)塑性鉸的部位具有所需的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力和塑性耗能能力。通常通過(guò)箍筋加密，限制軸壓比等措施來(lái)給予保證。
6.確保結(jié)構(gòu)的整體性
結(jié)構(gòu)的整體性是保證結(jié)構(gòu)各部件在地震作用下協(xié)調(diào)工作的必要條件。結(jié)構(gòu)的整體性必須做到：①結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性；②構(gòu)件間的可靠連接。結(jié)構(gòu)的連續(xù)性在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上主要表現(xiàn)為施工質(zhì)量的好壞，施工不當(dāng)會(huì)使結(jié)構(gòu)的連續(xù)性遭到消弱甚至破壞。構(gòu)件間的可靠連接在采用預(yù)制梁、柱的裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)上，主要為節(jié)點(diǎn)四面大梁的頂面和底面鋼筋，均需彎折錨入現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)。因鋼筋密集，箍筋設(shè)置困難，混凝土不易振搗密實(shí)，節(jié)點(diǎn)混凝土與上層柱的底面更難保證緊密結(jié)合，從而節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度低于被連接的梁、柱。地震時(shí)往往因節(jié)點(diǎn)大的抗剪強(qiáng)度不足、鋼筋錨固失效，節(jié)點(diǎn)過(guò)早地發(fā)生破壞，以致原來(lái)的剛接框架轉(zhuǎn)變?yōu)殂q接的激動(dòng)構(gòu)架。所以，高烈度地震區(qū)不宜采用全裝配式鋼筋混凝土框架。
7非結(jié)構(gòu)部件處理
非結(jié)構(gòu)部件指的是結(jié)構(gòu)分析中不考慮承受重力荷載以及風(fēng)、地震等側(cè)力荷載的部件。如內(nèi)隔墻、樓梯踏步板、框架填充墻、建筑外圍墻板等。在地震的作用下，這些部件或多或少的參與工作，從而能改變整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和傳力路線，產(chǎn)生出乎預(yù)料的抗震效果，或者造成未曾估計(jì)到得局部震害。
非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理措施：①建筑幕墻等盡量考慮結(jié)構(gòu)在地震中的變形，并采用可靠的連接措施，建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)埋件錨固部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施，以承受建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳給主體的地震力。②墻體材料：優(yōu)先采用輕質(zhì)材料。③剛性護(hù)墻沿縱向宜均勻?qū)ΨQ布置，與主體可靠連接，能適應(yīng)結(jié)構(gòu)不同方向的層間位移。④各類項(xiàng)棚的構(gòu)件與樓板的連接應(yīng)能承受項(xiàng)棚懸掛重物和有關(guān)機(jī)電設(shè)備的自重和地震附加作用，其錨固承載力應(yīng)大于連接件的承載力。
8.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，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(chǎng)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(guò)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(duì)于不同的建筑、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)。
[1]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002
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