抗震结构设计理念的应用与设计要点分析

发表时间:2019/6/13   来源:《防护工程》2019年第5期   作者:郭会芳1 杨进宽2
[导读] 然后选择科学合理的抗震结构形式及适宜的施工场所,保证抗震设计方面能够提高建筑自身的安全性,最终促使建筑行业的稳步发展。
1、中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司;2、昆明市建筑设计研究院有限公司
  摘要:随着社会经济的不断发展,人民生活水平不断提高,越来越重视生活环境的舒适性、服务设施的完善性、信息相互沟通便捷性等问题,导致对房屋建筑抗震设计的要求越来越高。伴随着智能化技术的快速发展,很多需求都得到满足,但同时也对传统的房屋建筑抗震设计的要求更高。现代抗震技术与传统房屋建筑设计这两项技术相互结合运用,才能使房屋建筑抗震设计的功能得到进一步扩展和完善,满足人们对建筑的质量和安全的全方位需求。所以现代房屋建筑抗震设计要发挥出建筑设计工程师的聪明才智,既要满足房屋建筑抗震设计功能的方便、安全,也要减少建筑设备耗能以及建筑材料的浪费。
  关键词:建筑结构;抗震;设计;完善措施
  
  
  1、建筑结构抗震设计的理论内涵
  现代人们对于建筑的要求越来越高,除了平时所关注的建筑安全、环保以及实用性外,对于抗震性能提出了更高的要求,并且将其作为衡量建筑整体质量的重要指标。国家对于建筑结构的抗震性能也提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求,保证在小震时不能破坏建筑、中震时建筑可以维护加固、大震时建筑不倒。根据这个指导方针,我们国家在建筑抗震设计方面不断的探索研究,取得了较大的进步。在对建筑进行抗震设计中,一定要强化自身对抗震设计的重视程度,然后选择科学合理的抗震结构形式及适宜的施工场所,保证抗震设计方面能够提高建筑自身的安全性,最终促使建筑行业的稳步发展。
  2、抗震设防的目标
  抗震设计是在对建筑物进行抗震防设。在抗震设计过程中增加一些抗震措施,最终满足抗震效果及目的,根据抗震设防等进行构造抗震结构,使得抗震得到明显效果,还有一种抗震设防是根据国家相应的执行文件进行设立,通常某一地区地震强度是根据地震局颁发的文件,该地区按照设定抗震标准进行。对于以后地震局颁发的抗震目标来说,抗震设防是总体发展态势,可以应对不同强度的地震,一定要满足“小震不坏、中震可修、大振不倒”的效果,这才是我国对抗震的本质要求。
  在建筑结构施工过程中,抗震设防目标有三点,分别为:①在遭受低于本区强度的常规地震时,保证建筑物不可受到损坏,可不进行修理继续使用。②一旦遭受本地区规定的地震等级,可能一些建筑内结构和非结构会遭受破坏,但是不会对人们的生命财产安全造成影响,使得该结构可以继续维修使用。③在遭受本地区设防强度较高的地震时,只要保证该地区建筑不坍塌即可。所以说,在建筑抗震结构设计过程中,要多方面进行考量,将遭遇抗震强度、罕见强度进行全方面考虑,一般情况下,经常发生地震地区大部分会产生较大地震,所以要规范建筑结构设计,在设计过程中要达到防震效果,在遇到较强地震时,建筑物处于一种弹性状态,使得建筑能够保护自身安全。
  3、建筑结构抗震设计中的基本原则
  3.1结构构件应具有一定的性能
  建筑结构构件中承载力、稳定性、刚度和延性等是抗震设计必须要考虑的重要因素。强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、强节点弱是结构构件所应该遵循的原则。要特别注意增强构件薄弱环节的抗震能力,纵向的主要承载构件不宜成为主要的耗能构件。
  3.2抗震防线布设点要多
  多个延性良好的体系组合在一起形成了一个抗震结构的总体系,还需要延性好的结构构件共同协作。通常情况下,大地震后会发生数十次的余震,所以结构设计要布设尽量多的抗震防线,这样就可以大幅度减少大地震后的多次余震所造成的建筑物坍塌的现象。抗震结构体系应具有最大系数的冗余度,包括内部和外部。所以要在结构设计中建立必要的分布屈服区,从而使结构在吸收和分解地震能量上起到一定的作用,大大增强建筑物的抗震能力。
  3.3处理好建筑结构的构件强弱关系
  构件的强弱关系是设计中必须要注意的问题。在统一楼层内使主要耗能构件屈服之后,其他抗侧力构件则仍然处于弹性阶段,使得有效屈服保持的时间比较长,保障建筑结构的延性和抗倒塌的能力。值得注意的是,如果有一部分的抗震结构设计较强的情况下,必然会出现其相对薄弱的位置,两者之间的关系必须要处理得当,减少不科学合理的设计。
  4、抗震结构设计的问题和不足
  4.1考察工作存在漏洞
  新时代的社会发展过程中,抗震结构设计成为了重要的组成部分,为了在今后的工作中取得更好的成绩,必须坚持在抗震结构设计的一些不足上积极的弥补。本文认为,抗震结构设计的考察工作,并没有完全按照预期设想来完成,有些工作的进行反而是出现了倒退的现象。结合以往的工作经验和当下的工作标准,认为考察工作的漏洞,重点表现在以下几个方面:第一,抗震结构设计的考察初期阶段,并没有设计详尽的工作方案,很大程度上按照老旧的方法和体系来完成,整体上的内容并没有办法对工作任务较好的应对,甚至是造成了很大的工作困境现象。从这一点来看,抗震结构设计的考察部署,必须坚持在今后的工作中,做出妥善的安排和解决,否则肯定会造成难以弥补的损失现象。第二,抗震结构设计的考察部署,还是停留在经验作业的层次上,很多工作内容并没有做出积极的优化部署,在灵活调整层次上,无法得到较高的成绩,需要我们在未来工作的实施上,做出更好的应对。
  4.2设计理念不够先进
  与既往工作有所不同,抗震结构设计的进行过程中,应该从长远的角度来出发,有些地方的抗震结构设计,还是停留在传统的理念上,这对于日后工作的部署和执行,肯定会造成特别不好的影响。本文认为,设计理念不够先进,重点表现在以下几个方面:第一,抗震结构设计的进行过程中,对于日常的数据分析,或者是国家行业的走势等,都没有做出深入的分析。例如,高层建筑已经成为了主流内容,但是对于抗震结构设计的理念,还是按照一般建筑的要求来完成的,这就很容易造成较大的疏漏现象。第二,抗震结构设计的理念更新,对于成功案例的效仿,或者是对国际经验的借鉴等,都没有做出良好的革新,这就在很大程度上,导致抗震结构设计的漏洞不断增加,容易表现出突发安全事故。
  4.3设计人员素质不高
  从主观的角度来分析,抗震结构设计的进行过程中,工作人员的素质也是具有决定性影响的内容,整体上的工作开展必须做出深入的掌控。从目前所掌握的情况来看,抗震结构设计人员的素质不高,重点表现在以下几个方面:第一,抗震结构设计的初期队伍组织阶段,并没有开展深入的把控,很多工作人员虽然在理论体系上非常的丰富,但是在实践能力上并不突出,甚至是缺少足够的工作经验,对于抗震结构设计任务的落实,特别容易造成严重的隐患现象,外界影响因素的触发概率是非常高的,这一点需要在今后的工作中保持高度的关注。第二,抗震结构设计的队伍工作过程中,内部矛盾、冲突是比较多的,如果没有及时的朝着共同的目标来奋斗,则对于抗震结构设计的未来规划而言,根本无法做出妥善的安排,产生的一系列损失现象,将会是非常强烈的,应做出有效的处置。
  5、抗震结构设计理念的应用
  5.1钟摆抗震结构设计
  在地震条件之下,建筑最直观的表现就是“左摇右晃”,表现出不稳定状态,那么在“左摇右晃”的状态下,如果建筑没有相应的防护,其倒塌的时间较短,同时规模上也会相应增大,针对这一表现,有研究者提出了钟摆抗震结构设计。

钟摆结构抗震的力学原理在于反向拉力,即在地震条件下,假设建筑向左倾斜,那么“钟摆”就会相应向右摆动,摆动的力量取决于地震烈度与建筑相左倾斜部分的重量与速度,整体上摆动力虽然无法与地震影响对等,但是两者相近,所以可以有效的抑制建筑“左摇右晃”幅度的增长,可以延长逃生时间,同时也可以在一定程度上,防止建筑倒塌[1]。关于钟摆抗震结构设计的效果验证,日本某大厦通过相关研究给出了答案,即该大厦属于高层建筑,在地震条件下会产生巨大的晃动,经计算,如果地震等级超过5级,该大厦6层以上的结构会在3min之内倒塌,而通过钟摆结构的改造,地震对大厦造成的晃动影响将会降低60%,说明这种抗震结构设计的有效性。
  5.2多层砌体房屋
  多层砌体房屋就是采用承重较小的砌块砖材料构筑而成的建筑结构,这种结构的抗震原理在于承受力一体化。在多层砌体房屋基础上,如果遭遇地震,因为砌块原因,其任何一个部位受到影响,都会被所有砌体所分摊,以此避免局部出现塌陷,连带影响到其他部位,这种抗震结构的设计形式通常为:3个竖向墙体与4层横向基础,其中3个竖向墙体分别为左墙体、中柱、右墙体;4层横向基础分别为1个顶层、若干中层横向基础、1个底层横向基础,这些结构紧紧的连接在一起,当建筑出现“左摇右晃”状态时,所有结构一同受力。
  关于多层砌体房屋的抗震效果验证,因为此抗震设计是一项传统设计,所以有许多案例都能够证实其效果,所以不多加赘述。但是通过案例以及相关研究了解到,多层砌体房屋的应用存在一定的局限性,即在抗震地区,只适用于22m以下的建筑,如果在非抗震区,可以提升到25~27m左右,而现代建筑普遍高大,所以此项设计的应用在逐渐减少。
  5.3框架结构
  框架结构的抗震特点在于材料以及承重梁柱结构,即采用钢筋混凝土材料,通过相应的工艺浇筑振捣形成承重梁柱结构,之后依照计算进行分布设计,使建筑整体的应力“被承受”,此时当遭受地震灾害,上层结构所产生的晃动应力会被下方承重梁柱结构所吸收,虽然吸收不完全,但是可以有效抵消部分应力,以便于延长建筑倒塌的时间,同时因为钢筋混凝土的强度与韧性,可以有效提高承重梁柱结构的承载力,保障建筑的稳定性。框架结构在我国同样应用需求,关于其抗震能力的案例也有很多,可以证实这种结构的应用价值,而随着技术的发展,框架结构出现了许多其他结构,例如砖混结构、砖木结构等等,关于这些结构的抗震能力,目前还未得到定论,但是在理论上已经可以证实其有效性。
  6、常用建筑结构抗震设计方法
  6.1以结构的基本构造为设计方法
  进行钢筋混凝土框架结构时,抗震设计的主要途径是控制钢筋混凝土构件的截面尺寸、最小配筋率。建筑的砖混结构构造方法主要是控制房屋的高度和建筑的层数与层高、横纵墙中设置钢筋混凝土构造柱,还要加入必要的防震缝等。为了适应时代的发展要求,相关的建筑结构抗震设计规范中添加了具有法律效应的强制性规定,诸如应突出建筑屋顶的楼、电梯,要求构造柱延伸到建筑的顶部,与顶部的圈梁连接,使得突出部位与主体结构形成一个统一体,加大建筑物的承载力,还能提高结构的刚度。类似于这样的相关规定在抗震的结构设计中应该大力提倡和运用。
  6.2以结构性能目标为设计方法
  发生地震时,建筑物的高度具有一定的安全性是抗震结构设计的终极目标,建筑物所在区域发生地震的烈度是抗震结构设计的基本标准,建筑物的抗震性能是由建筑本身及建筑物的内部所遭受到破坏程度而定的。建筑结构的某些非抗震下部结构和建筑结构的基础部位也应该具备一定的抗震能力,以便发生地震时建筑结构在可承受的范围内保持稳定。抗风性能也是值得注意的一项重要内容。在风力的作用下,建筑物自身的安全性会因为风力产生的建筑水平振动而下降。风力还会破坏抗震构件的耐久性。所以应该考虑的全面些,使得建筑结构达到一个全方位的高性能标准,最大限度地提高其抗震能力。
  6.3以建筑场地和建筑规划为设计方法
  高抗震性在很大程度上取决于所选择的建筑场地。同时,抗震层的设置也能提高抗震性。建筑结构的外部着重应该从安全性和舒适感上来综合考虑。在场地规划上,考虑的方向也应该在是否适应建筑上部结构的位移等特点与性能上。由于长期的使用,建筑结构有可能会有整体位移的情况发生,设计时应充分考虑到,保留一定的空间。一般情况下,建筑的出入口是主要的保留空间带。需要注意的是,不能因此影响人们的出行,应设置一些门墙或者指示标记以便提醒人们注意,减少意外伤害。
  7、抗震结构设计的应用对策
  7.1加强数据考察、分析
  现如今的抗震结构设计工作开展,必须要按照综合性的角度来完成,任何工作的漏洞出现,都会造成难以弥补的损失,甚至是在未来的发展成绩上,出现严重的缺失和不足。本文认为,抗震结构设计想要在问题的弥补上取得更好的成绩,必须坚持在数据的考察、分析上获得足够的进步。第一,抗震结构设计的数据考察,要求选用3S技术来完成,对于所有的相关地理信息都能够充分的掌握,这样操作的好处在于,能够确保每一项工作的开展,都获得足够的依据和指导,在具体工作的部署层次上,获得较高的可靠性、可行性,不会造成较大的隐患现象。第二,抗震结构设计的数据分析工作,应保持动态的分析理念和方法。例如,地震多发区域的频次和具体的幅度,都会因为内外部影响因素的变化,出现较大的转变,这就不能应用老旧的眼光来对待,而是要秉持动态转变的思维来完成,从而促使抗震结构设计的分析更加透彻。
  7.2多设置抗震防线
  就抗震结构设计本身而言,不仅在难度上较高,同时受到的影响因素非常多,想要在未来工作的实施上取得更好的成绩,建议在抗震防线上有效的设置,对于数量做出科学的提升。抗震防线结构体系应该最大可能的分布在建筑的内部,并且有意识的建立一系列的防震分布区,其中主要的耗能构件应具备较高的延性与适当的刚度,这样在发生地震时就能最大限度的吸收和消耗地震所带来的能量,提高结构的抗震性能,有效的避免建筑的倒塌现象。高层建筑结构构件并小是完全一致的,也是会存在一定的强弱关系,这就需要对结构构件的强弱关系进行妥善合理的处理,才能保证结构的延性与抗倒塌的能力。由此可见,在抗震防线的设计数量、设计合理性方面获得良好的提升以后,抗震结构设计的体系会更加健全,对于各项问题的处理和解决水平,能够大幅度的提升,整体上的工作开展可以创造出较高的价值。
  7.3提高薄弱环节的抗震能力
  现代化的社会发展速度不断加快,为了在抗震结构设计的能力上取得更好的巩固效果,我们需要在薄弱环节的抗震能力上做出积极的提升。从建筑的角度来分析,任何抗震结构设计方案的落实,都会存在薄弱环节,毕竟对于自然灾害的应对,抗震结构设计是一种被动型的手段和方法,我们在自然界的干预力度上正在不断的提升,通过对薄弱环节的抗震能力做出良好的提升,可以在具体工作的发展层面上,取得更加卓越的贡献,在问题的规避上能够取得更好的效果。例如,结构构件中判定其薄弱部位的基础就是看其在强烈地震作用下实际的承载能力,而楼层的实际承载能力与设计计算的弹性受力比之在总体上应该是保持一个相对均匀的变化,若是楼层的比值发生突变时,它会在塑性内力重分布的影响下导致塑性变形的集中。在结构构件设计中要避免出现在局部加强防震而忽视整个结构各部位刚度与承载力的协调。只有小断的有目的、有意识的对薄弱部位进行抗震能力的提高才能使得整个结构构件更加的稳定。
  8、结束语
  我国是一个地震多发国家,抗震结构设计的进步,能够在很多问题的规避和解决过程中,不断的取得更好的成绩,整体上的工作开展是比较符合预期的。日后,应继续在抗震结构设计体系上,不断的做出丰富处理,确保每一项工作的开展,都能够获得较多的依据和支持。另一方面,抗震结构设计的理念,要求与实践工作有效的融合,这样才能在具体工作的开展上,不断的得到更好的效益,甚至是超出预期工作效果。
  参考文献:
  [1]陈琦.抗震结构设计理念的应用与设计要点分析[J].绿色环保建材,2018(10):83+90.
  [2]贾宏宇.抗震结构设计在高层建筑中的应用分析[J].建材与装饰,2018(29):130~131.
  [3]潘长英.建筑结构设计中的抗震设计分析[J].江西建材,2016(14):27.
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