建筑结构工程抗震设计的作用及措施

发表时间:2021/8/5   来源:《建筑实践》2021年3月(下)9期   作者: 罗孝敏
[导读] 因为地震本身的不确定性,人们对其不能采取有效的预防措施,只有通过提高建筑物的抗震性能,才能降低地震的危害。

        罗孝敏
        杭州园林设计院股份有限公司  浙江杭州 310000
        【摘要】因为地震本身的不确定性,人们对其不能采取有效的预防措施,只有通过提高建筑物的抗震性能,才能降低地震的危害。建筑结构工程抗震设计应充分考虑其使用功能、场地类型、地基类型、建筑高度、结构材料、施工工艺等因素,并结合结构设计、技术经济等因素进行选择,从而提高建筑工程的抗震能力。文章论述了建筑结构工程的抗震设计作用及措施,以供参考。
关键词:建筑结构工程;抗震设计;要求;作用;措施

0.引言
        随着经济的发展和人口的增长,住房问题日益突出,因此为了解决住房和用地之间的问题,城市中建起了更多的高层建筑。所以抗震性在建筑设计和施工中十分重要,且一直是建筑师设计的重点。高层建筑抗震设计是保证高层建筑在地震作用下不被破坏的一个重要因素。结构抗震设计应遵循安全、可靠、经济合理的基本原则。对于地震,抗震设计要以科学合理的技术为基础,一定要保证抗震设计能在地震中起到作用,而且保证建筑地震发生后能在短时间内尽快进修复,才能大大降低维修费用,实现效益最大化。

1.建筑结构工程抗震设计的基本要求
        在地震灾害面前,人无法控制只能对其提供力所能及的预防措施。建筑结构必须体现实用性、经济性、安全性等设计要求。在建筑结构工程设计中,抗震设计必须符合上述的基本要求。依据GB50011-2010《建筑物抗震设计规范》,提出的出“三水准、两阶段”的抗震设计原则,即“小地震不破,中度地震可修复,大地震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑通常没有损坏,可以继续使用而无需维护。因而要求建筑物在多次地震作用下满足极限承载状态的验算,且建筑物的弹性变形不超过规定的极限承载状态。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但建筑一般修理或不需修理仍可继续使用。

2.建筑物抗震设计的作用
2.1降低伤亡率
        自然灾害尤其是地震灾害使人们的基本生存需求无法得到满足。首先,缺乏建筑施工方面的相关技术和知识。工程建设过程中,会出现弯角,造成建筑物抗震性能极差。近几年来,由于地震引起的房屋倒塌,造成了难以预料的生命和财产损失。为减少人员伤亡,设计人员在施工过程中往往采取在建筑主体与基础之间设置隔震层或加固基础等措施,使基础具有抗震能力。这种方法非常有效,而且在发生地震时可以帮助建筑保持基础稳定。同时在选取地基时,同一楼层要选取在性质相同的地基上,以避免不同地基性能所造成的特性减弱。降低人员伤亡是建筑结构工程抗震设计的重要内容。地震是无法抵抗的自然因素,唯有通过加固楼层,来避免伤亡。
2.2提高建筑物的抗震能力。
        对于建筑工程来说,抗震设计的主要作用是最大限度地减小地震对建筑物的影响。工程抗震设计中有一种在高层建筑上增加防摆装置的抗震设计方法。其作用是在地震过程中沿与建筑物倾斜方向相反的方向摇摆,从而降低地震对建筑物的影响,能够减轻地震对建筑造成的压力,及减缓倾斜速度,最大限度的保护建筑物。

3.加强建筑结构工程抗震设计的措施
3.1科学选择结构体系
        为保证建筑的整体协调性,对结构体系进行科学选择。一般情况下,建筑结构工程的抗震设计思想需要满足稳定和合适两个条件。选择科学、合理的工程结构体系,以满足结构变形和抗力的要求;建筑必须有一定的刚度,才能在一定程度上承受其本身的负荷,并有效地防止变形;当发生地震时,能缓冲较大的地震力,从而防止建筑局部受损。所以,在选择结构体系时,有必要弄清楚建筑物传力的途径和受力的计算,尽量避免使用转换层,以减少建筑物倾斜或局部损坏的可能性,保护建筑物。


3.2提升结构的整体性
        (2)选用钢作为支撑结构:钢结构是建筑业的一项新技术,但它已经应用于很多工程中。举例来说,贵州钢结构发展中心建筑面积26,000平方米,高24层。采用港静线桁架,能有效改善建筑整体结构。对于高层建筑,主要采用钢结构支承体系,支承体系的侧面刚度对框架结构具有正向影响,能提高整个高层建筑的强度和水平荷载。相对于纯框架结构,钢结构支撑体系稳定性好,能满足结构支撑的要求。使用环向密封同一平面,可以增加侧向刚度,,特别是对地震荷载较大的地方。(2)抗侧力结构。若建筑采用框架结构,可采用钢结构支撑建筑垂直荷载和部分水平荷载。在建筑结构形式多样的情况下,上下层可通过交叉桁架进行调整,为单元设置提供灵活性。对于钢结构,其梁柱的弯矩较小,且侧向位移也较小。
3.3结构延性的改善
        在地震条件下,建筑物在抗震性能较差的情况下,易发生脆性破坏。对工程结构进行抗震设计时,应注意增加其延性和强度。可在以下几个方面加以改进:(1)延性材料。当延性材料经历弹性变形或反复弹性变形时,其延性不会明显降低。(2)杆的延性。为改善结构的延展性,必须对结构构件进行塑性变形、能量耗散等塑性测试。(3)部件的延性。部分构件经历塑性形变并消耗能量的能力,可通过改善壁或框架的延性而提高其整体延性。建筑结构的延性常常与其抗坍塌和塑性变形的能力有关。可采用下列方法进行设计:①在平面上,增加延性,如突变处、转角等;②在垂直方向上,增加薄弱楼板的延性;③在首道抗震防线部分,增加构件的延性。
3.4建筑形式和部件的标准化布置规则
        平面不规则主要类型为:扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续,尤其反映在结构分析软件的评价和判定结果中。举例来说,扭转不规则表示为:相对于建筑物高度,位移系数不能小于1.2,也不能大于1.5,周期比对于 A 级高度的建筑不应大于 0.9。主要的不规则垂直高度类型有:侧向刚度不规则、抗侧力构件不连续、楼层承载力突变等。如设计结果不能满足要求,设计师必须重新考虑和分析模型,以调整横梁柱尽可能使列式布局和横断面符合设计规范。
3.5正确的选择基础
        建筑对地震的反应因地质条件的不同而不同。建造前应选择适合不同自然环境的地基。强抗震性是地基最重要的选择条件之一。选择地基要考虑地基的稳定性和埋设深度,使其在高层建筑的压力下,稳定、不打滑。地下深度应等于建筑物的十分之一。鉴于地下室的构造,必须保持大约500米的深度。为改善建筑结构的抗震性能,需要在施工过程中建立多道防线。
3.6提高建筑物底部抗震能力
        基于地震相关资料,不难断定大部分建筑物倒塌是由抗震性差引起的。就地基设计而言,结构设计中存在的问题主要表现在两个方面:一是底层框架不能满足抗震设计的要求,而是为了满足投资者的利益而扩大空间;另外,中空设计可以增加销售空间,增加收入,减少地下建筑设计中的柱子,降低了整个建筑的抗震等级。二是建筑物的街道走向问题。有些建筑通常沿街而建。街头商业的主要目标是提高总体效率。因为大部分商业街只有承重柱而没有承重墙,所以建筑物的承重能力大大降低。如果发生强烈地震,建筑可能会因过大的支撑应力而破裂,使建筑倾斜或向街道坍塌,从而引起重大事故。针对以上问题,最好的解决办法就是加强环形结构和柱体。

4.结束语
人类过度开采自然资源造成生态破坏,自然灾害频繁发生。地质灾害的发生尤为严重。地震发生的频率和强度比以往大大增加,给人们的生活带来不便。因此在建筑施工过程中,应加强抗震设计与监督,有效地防止地震灾害的发生。

参考文献
[1]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.
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[3]周楫.建筑结构工程抗震设计的作用及其设计关键探究[J].现代物业(中旬刊),2019(07):90.
[4]陈素曼.简议加强建筑结构工程抗震设计的作用及其措施[J].建材与装饰,2017(29):106-107.
[5]王磊.建筑工程结构设计中对抗震问题的分析[J].建筑技术开发.2020,47(16):8-9





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