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摘要:建筑结构的设计要充分考虑建筑的抗震能力,这关乎人民的生命财产安全。建筑结构的抗震设计已经成为当前建筑发展的方向和风向标。目前抗震结构的建筑在自然灾害中展现出越来越重要的作用,建筑物的抗震设计已经成为当前建设设计的主流。
关键词:建筑结构;抗震设计
随着自然灾害的频繁发生,在建筑结构设计中对抗震钢筋的使用量在逐渐的增加,我国位于地中海—喜马拉雅地震带上,因此我国是一个地震多发的国家之一。但是,从目前我国建筑的抗震能力来看,还存在着许多的问题。为了保证拟建建筑物的安全可靠,需要对建筑物的结构设计进行优化,以完善建筑物的结构体系,提高建筑物的抗震性能,降低建筑物在地震灾害中的损坏程度,促进其综合经济效益和社会效益的全面提高。
1建筑结构中抗震设计存在的关键问题
1.1建筑抗震场地的选择
施工条件相同而施工场地工程地质条件不同,那么建筑物在地震过程中所受的破坏程度也是不同的,所以想要提高建筑结构抗震性能,首先选择好建筑场地,尽可能避开一些抗震性能差的场地,从而降低地震灾害。选择微风化、中等微风化等较有利的基岩建筑抗震场地,同时密实的砂土层及不含水的黏土层一般都是有利场地。尽量避开液化土、湿陷性黄土、软弱土、非岩质陡坡、高耸孤立的山丘、边缘边坡、河岸等状态明显呈现不均匀的建筑地震段。如没办法避开这些不利场地,则可以适当采取一些抗震加强措施,结合地基液化和湿陷性黄土等级及抗震设防类别等采取对应的抗震加强措施,用于降低或减少这些灾害问题形成的概率。如果地震地基的主要受力范围层存在于新近填土、软弱黏性土层或者严重的不均匀土层,这种情况下应该估计在地震过程中引起的不均匀沉降或是其它的不利性质的灾害,同时还要采取一系列措施,比如加固桩基、地基或加强上部与基础结构的处理措施等;而地震当中极有可能出现的崩塌、滑移、地陷或者地裂的情况,则需要对应的采取一定的地基稳固措施。
1.2建筑结构抗震体系的合理选择
抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。按结构材料分类,目前主要应用的结构体系有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构等;按结构形式分类,目前常见的有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简体结构等。结构体系的确定受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等诸多因素影响,是一个综合的技术经济问题,需进行周密考虑确定。在影响建筑物抗震效果的因素中,建筑物自身的结构设计是其中一个非常重要的影响因素。建筑要满足设计时的抗震预想,无论是点式住宅或者、板式住宅,都必须开展科学合理的结构设计,确保抗震策略科学化,可以做到不受小地震损坏,遭遇大地震不倒塌,以此很好提升高层建筑的抗震性。如果建筑物对平面的设计过于繁琐,质心与刚心不统一,就会增加地震的影响力,造成更为严重的后果。因此,建筑物的结构平面设计应当最大程度上确保质心与刚心可以重合,来确保建筑物的抗震能力不受影响。
具体来说,建筑结构抗震体系的选择可以结合以下三个方面进行:
(1)应避免建筑结构体系中出现部分结构或因构件破坏而使建筑整体丧失抗震能力和重力荷载的承重能力。当然对于建筑结构抗震设计的一个核心原则是其结构一定要具备必要的赘余度,良好的形变能力以及分配和支配体力的功能,那么在地震当中,即便有一部分构件退出工作了,剩余的部分构件也仍然能够担起竖向荷载的能力,防止建筑体结构失稳。
(2)建筑结构体系必须要具备较为清晰明确的计算简图或者恰当合理的地震作用传递路径。其中对于竖向建筑构件的布置一定要尽可能使其在重力作用影响下水平接近均匀;另外对于楼屋盖梁体系的布置,必须保证在最短路径选择的条件下使垂直重力荷载传递到竖向构件墙柱上去;结构体系布置的转换,要保证上部结构竖向构件传递来的垂直重力荷载能够借着转换层历经一次或至多二次转换。
不仅如此,还要对建筑的整体抗侧力结构体系进行明确,一般情况下,它的组成包括框架、简体、剪力墙及支撑等,而且各部分之间也尽可能地保持连续贯通。
(3)对于建筑结构体系而言必须要具备比较合理的刚度与强度分布,这样可以防止因为局部削弱或突然变形行成薄弱部位,并且产生太大的塑性变形集中或是应力集中;对于建筑的框架结构设计应使节点尽可能不被破坏,同时底层柱底的塑性铰也应该行成晚一些,尽量使柱、梁端的塑性较分散一些;针对那些极可能出现的薄弱部位,则需要采取必要的措施用于提高抗震能力。
2建筑结构抗震设计的改进策略
2.1砌体结构建筑设计改进策略
对于砌体结构而言,它的弱点之处就在于材料与堆砌方式,这往往使得当地震来临时在剪切或连接问题上引发房屋不同程度的受损或倒塌。而如果房屋转角的地方处于地震中,则该部位能够吸收的震力也往往最多最强,鉴于其刚度之大,并且又同时衔接两个水平的墙体,以及同时受到来自两个墙体水平方向传递过来的震力,如此,墙体转角处往往首先会被破坏,对于这种情况,我们给出的改进意见是:在建筑施工过程中必须要弄清楚构造柱及墙体施工的先后顺序,同时还要在转角处墙体间加入钢筋和构造柱,用于加强转角处纵横墙体之间的有效连接,最终达到提高墙体抗震能力的目的。
2.2框架结构建筑设计改进策略
(1)剪力墙结构的改进建议。连梁端比较敏感的剪力墙在震灾中极为容易因震力导致垂直性弯曲或发生裂缝,同时也会很容易出现走向倾斜的剪切裂缝。比如汶川地震中因为剪力墙连梁部位剪力过大,最终出现许多剪力墙连梁的十字形受损裂缝问题。给出的建议是在设计剪力墙连梁时,使连梁在强制底部屈服之前发生弯曲,这样就可以以最大限度地消耗地震当中的灾害地震能量,确保墙体不会受到损害。
(2)墙肢破坏的改进建议。鉴于剪力墙底部墙肢受到震力最大的缘故,该部分最容易出现裂缝或者被破坏。而同时也会因为震力强度及方向上的差异性,使得墙肢底部出现不同程度的裂缝。有时候会因为地震散发出强大的拉力作用,此时在水平受用墙肢的横向压力作用一般比较小,但其底部往往很容易出现不同程度的裂缝。在层低而且宽度比较广的墙肢部位一般很容易出现剪切斜裂缝的情况,但如果剪力墙高宽度比例比较小,那么这种情况下墙肢出现的斜向裂缝往往对墙肢而言破坏力更大。
2.3砖混结构的改进建议
在目前许多有关地震灾害研究工作中,发现多层砖混结构房屋它们的抗震能力往往是和墙体面积成正比的,对此就可以借助恰当地增加砖混合结构墙体面积以提高建筑物的抗震能力。多层砖混结构所承载的震灾能量部分为底层结构,而为了能进一步减轻整体结构对于震灾的承载能力,其设计方案便可以由墙体面积着手。比如纵墙、横墙均属于砖混房屋的核心承重结构,基于此,为了震灾中能够避免墙体倾斜或倒塌的问题发生,必须从纵横墙的布置方面多下一些功夫。
此外,纵横墙的连接一样也很重要,可以在连接位置增加水平拉筋等措施,以达到防止地震作用拉开纵横墙交接的目的,这样也能使房屋的整体性得到保证。另外,横墙作为震力的核心承载者,它能够保证建筑可以把横向震力传递给横墙,防止因为布置问题而导致墙体受到震力的破坏。
3结束语
随着建筑质量的不断提高,根据地质需求,抗震设计已经成为当前建筑的主要思路,建筑结构的抗震设计能在一定程度上避免自然灾害对建筑的影响,降低了自然灾害对人们群众生命和财产的损失。
参考文献:
[1]毛国栋.论高层建筑结构设计中的抗震概念设计[J].城市建设理论研究,2017.
[2]毛启阳.浅谈建筑抗震设计中概念设计的应用[J].建筑结构学报,2017.