建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析

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摘要:

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，建筑業(yè)也隨之發(fā)展起來(lái)。人們對(duì)于建筑提出了更高的技術(shù)要求，同時(shí)由于我國(guó)是人口大國(guó)，城市人口數(shù)量與日俱增，對(duì)于建筑層數(shù)也開(kāi)始逐漸加高，而對(duì)于高層建筑設(shè)計(jì)中最為重要的就是進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。對(duì)于建構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面:一是建筑設(shè)計(jì);二是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)也要保證建筑的抗震性能。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。

關(guān)鍵詞:

建筑結(jié)構(gòu);抗震;設(shè)計(jì)研究

我國(guó)大多數(shù)城市都處于地震多發(fā)區(qū)，所以在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)抗震功能設(shè)計(jì)顯得尤為重要。近年來(lái)人們對(duì)于高層建筑的平面結(jié)構(gòu)和空間要求越發(fā)嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，在施工中對(duì)于建筑的質(zhì)量安全性還是需要考證，同時(shí)普通框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足人們對(duì)于高層住宅的要求。根據(jù)市場(chǎng)要求，對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的改進(jìn)，吸取優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)缺點(diǎn)，形成一個(gè)更適合住宅的高層建筑結(jié)構(gòu)。

1抗震設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師要按照要求對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以在剛度、強(qiáng)度以及耗能能力等多個(gè)方面達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榈卣鸲际请S機(jī)發(fā)生，所以在進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)抗震時(shí)只需要保證震幅較小時(shí)保證建筑結(jié)構(gòu)不壞，中等震幅是保證可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)工作，在高強(qiáng)度震幅的地震中需要保證建筑整體不會(huì)倒塌即可［1］。地震破壞建筑物的機(jī)理十分復(fù)雜，同時(shí)還有很多因素存在不確定性，所以在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的計(jì)算方法還不完善，對(duì)于結(jié)構(gòu)的空間作用和材料的質(zhì)量失效都沒(méi)有進(jìn)行充分考慮，同時(shí)現(xiàn)有的數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震能力的計(jì)算還不準(zhǔn)確，無(wú)法進(jìn)行有效預(yù)計(jì)。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，選擇更加合適的結(jié)構(gòu)形式，在增加結(jié)構(gòu)剛度的同時(shí)，也要加強(qiáng)抗震性能和合理有效的抗震措施。震級(jí)和震中距的大小對(duì)建筑的破壞有著不同程度的影響，同時(shí)建筑物的結(jié)構(gòu)、使用的建筑材料、施工質(zhì)量等因素都會(huì)影響地震對(duì)于建筑的破壞性的大小。我國(guó)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須保證其承載力、剛度、延性以及穩(wěn)定性都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以上，也要在設(shè)計(jì)中要進(jìn)行多種抗震防線的設(shè)置，同時(shí)應(yīng)該由若干個(gè)延性較好的分體系組成一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系，不同抗震分體系由延性較好結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行連接，提高整體抗震結(jié)構(gòu)體系。在強(qiáng)烈地震中構(gòu)件不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備功效，判斷薄弱位置的基礎(chǔ)就是分析構(gòu)件的實(shí)際承載力［2］。為了預(yù)防因加強(qiáng)局部建設(shè)而影響整體剛度和承載力，所以在抗震設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)一些薄弱層進(jìn)行有目的控制，再不發(fā)生薄弱層位移的情況下保證具有足夠的變形能力，從而提高建筑結(jié)構(gòu)總體抗震性能。

2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)趨勢(shì)

2．1抗震結(jié)構(gòu)中的位移研究

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法是以承載力大小來(lái)設(shè)計(jì)的，對(duì)小震作用下的位移和內(nèi)力通過(guò)彈性方法計(jì)算;構(gòu)件截面需要以組的內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中承載力達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使用階段的要求算出位移的限值，使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以得到保護(hù);通過(guò)構(gòu)造設(shè)施獲得結(jié)果的延和耗能能力。在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，首先要分析配筋和構(gòu)件變形的關(guān)系，進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)，從而研究整體建筑結(jié)構(gòu)中的變形與構(gòu)件變形之間的關(guān)系。其次就是想要實(shí)現(xiàn)二階段的抗震設(shè)計(jì)，就需要在進(jìn)行小震計(jì)算外，對(duì)大震作用下的結(jié)構(gòu)變形設(shè)計(jì)，通過(guò)二階段設(shè)計(jì)是時(shí)代的必然趨勢(shì)，也是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

2．2狀態(tài)空間迭代法的應(yīng)用

根據(jù)物理中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程，狀態(tài)變量是位移、速度的情況下把狀態(tài)方程進(jìn)行導(dǎo)出，解除非其次狀態(tài)方程的解，從而建立一個(gè)狀態(tài)空間迭代計(jì)算格式，這是對(duì)高層結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間理論的應(yīng)用方法［3］。狀態(tài)空間迭代法的計(jì)算方法經(jīng)過(guò)多次的工程實(shí)際案例中得到驗(yàn)算，確定其精確度較高，同時(shí)對(duì)于多自由度體系的動(dòng)力響應(yīng)解法，計(jì)算的效率和精確度也很高。

2．3可靠度理論對(duì)于建筑抗震性的影響

對(duì)于結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)抗震性能的安全度進(jìn)行分析時(shí)，改進(jìn)了原有的分析方法，在進(jìn)行分析時(shí)開(kāi)始考慮建筑材料參數(shù)的變異性、地震烈度的隨機(jī)性等情況，而不是忽略其他因素只考慮結(jié)構(gòu)荷載的不確定性。可以根據(jù)這項(xiàng)研究的可靠度理論依據(jù)可以進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，保證建筑的抗震性能得到提升。

3結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原理

3．1建筑結(jié)構(gòu)對(duì)稱性

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要保證建筑物的平面呈現(xiàn)均勻?qū)ΨQ的情況下，保證扭轉(zhuǎn)剛度能夠減少建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)造成的影響［4］。如果建筑結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)沒(méi)有保證結(jié)構(gòu)均勻，則會(huì)因地震產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而形成抗震薄弱層。綜上所述，設(shè)計(jì)時(shí)要保證建筑物的平面、立體都具有對(duì)稱性和整體性，才能保證建筑結(jié)構(gòu)就有較大的抗震性能。在建筑結(jié)構(gòu)抗震中，要保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度應(yīng)均勻變化，防止因剛度中心和平面上的質(zhì)量中心不吻合，造成的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)震動(dòng)嚴(yán)重的情況發(fā)生。為了有效避抗側(cè)立結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生薄弱層，需要保證豎向抗側(cè)力構(gòu)件的從上到下逐漸增加。要保證建筑布置的合理性，減少因結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和豎向構(gòu)件間差異對(duì)建筑產(chǎn)生的影響。建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性可以保證建筑的抗震性能提高。

3．2位移角度的設(shè)計(jì)

高層建筑的結(jié)構(gòu)材料、體系以及建筑的結(jié)構(gòu)裝修標(biāo)準(zhǔn)和側(cè)向荷載等多種因素到會(huì)影響位移限值的大小，所以再進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)建筑物的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了更好的控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)程度、抗側(cè)移剛度都需要通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算層間的位移角度。

3．3結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)度的重要性

如果建筑平面布置不規(guī)則或者是建筑剛度中心點(diǎn)沒(méi)有重合，都會(huì)加大結(jié)構(gòu)的抗震扭轉(zhuǎn)性。可以通過(guò)抗側(cè)力截面的加大，解決周期比不滿足要求時(shí)產(chǎn)生的影響。要在建筑四周均勻布置抗側(cè)力構(gòu)件，以免造成建筑產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)［5］。在建筑過(guò)程中筒體的剛度要適中，同時(shí)也要保證平面的尺寸大小合適不能太小，結(jié)構(gòu)底部地震傾覆力矩的百分之五十，應(yīng)該大于箭筒和剪力墻所承受的第一振型底部地震傾覆力矩，形成建筑結(jié)構(gòu)中的多道防，更好的提高建筑的抗震性能。在地震發(fā)生時(shí)很有很能會(huì)因結(jié)構(gòu)問(wèn)題造成整體坍塌，所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要重視結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)度的問(wèn)題。

4建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是在總體布置合理的情況下，細(xì)節(jié)構(gòu)造中要顧及到關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行合理化解決［6］。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要著眼于總體地震反應(yīng)，從而提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平，減少因地震對(duì)建筑造成的損壞。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，對(duì)建筑的場(chǎng)地選擇和建筑的平面設(shè)計(jì)和立體布置都會(huì)影響建筑的抗震性能。

5結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，需要工程設(shè)計(jì)師根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和豐富的專業(yè)知識(shí)的儲(chǔ)備，對(duì)工程設(shè)計(jì)作出正確判斷，設(shè)計(jì)出一個(gè)經(jīng)濟(jì)性和安全性相具備的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，找到一種確實(shí)可行的設(shè)防方法進(jìn)行有效抗震設(shè)計(jì)，滿足我國(guó)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)抗震的要求，具有更好的社會(huì)性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

［1］周開(kāi)．高層住宅建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］．建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016(6):539．

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［3］李建．基于建筑結(jié)構(gòu)中框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］．四川水泥，2014(7):214．

［4］曾建寧．高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化措施探討［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015(16):84．

［5］余豐．房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系的選型方法以及抗震設(shè)計(jì)研究［J］．建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016(30):376．

［6］馬志敏．基于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］．中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)，2015(14):60．

作者:張昱 單位:太原市建筑設(shè)計(jì)研究院