【摘要】我國是一個地震多發(fā)的國家,唐山大地震 汶川地震的發(fā)生再一次提醒我們應(yīng)不斷地提高建筑的抗震能力,實(shí)現(xiàn)高的安全防護(hù)水平,最大限度減少人民的生命財損失,而建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法與之息息相關(guān)。筆者結(jié)合自己的實(shí)際工作,在本文中簡要闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震的理論,提出了幾種常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震方法,并對強(qiáng)化建筑工程抗震措施的對策進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu); 抗震方法 ;對策
一、建筑結(jié)構(gòu)抗震的理論分析
。ㄒ唬┙ㄖY(jié)構(gòu)抗震規(guī)范
建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國建筑抗震經(jīng)驗(yàn)帶有權(quán)威性的總結(jié),是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)(包括結(jié)構(gòu)動力計(jì)算,結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容)的法定性文件它既反映了各個國家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時代水平,又反映了各個國家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo),向技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性的方向發(fā)展,但它更要有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ),把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點(diǎn)冒險和不實(shí)。正是基于這種認(rèn)識,現(xiàn)代規(guī)范中的條文有的被列為強(qiáng)制性條文,有的條文中用了“嚴(yán)禁,不得,不許,不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須,應(yīng)該,宜于,可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。
。ǘ┛拐鹪O(shè)計(jì)的理論
1、擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀(jì)發(fā)展起來的一種理論,它在估計(jì)地震對結(jié)構(gòu)的作用時,僅假定結(jié)構(gòu)為剛性,地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)(地震系數(shù))。
2、反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是以強(qiáng)地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運(yùn)動特性的進(jìn)一步了解,以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ),是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個重要成果。
3、動力理論。動力理論是20世紀(jì)70-80年廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展外,人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解,同時隨著強(qiáng)震觀測臺站的不斷增多,各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進(jìn)一步動力理論也稱地震時程分析理論,它把地震作為一個時間過程,選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入,建筑物簡化為多自由度體系,計(jì)算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng),從而完成抗震設(shè)計(jì)工作。
二、常用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震方法
。ㄒ唬└鶕(jù)建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)造來設(shè)計(jì)抗震
一般情況下,建筑采取的混凝土結(jié)構(gòu),是通過建筑鋼筋砼構(gòu)件的截面高寬比來限制取值,那么,建筑要求的最小配筋率,是由承重柱的軸壓比來控制的。建筑的磚混結(jié)構(gòu),一般比較常見的構(gòu)造方法有限制建筑房屋的整體高度與建筑的層數(shù)與層高;在建筑的橫縱墻中來設(shè)置一些鋼筋混凝,并且還要設(shè)置一些防震縫等等。在經(jīng)過修訂以后的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中要求增加一些具有強(qiáng)制性的條例,要突出建筑屋頂?shù)臉、電梯,要求建筑?gòu)造柱應(yīng)該延伸到建筑的頂部,并且要與建筑頂部圈的粱連接在一起,以此來拉結(jié)建筑的填充墻來加入總體建筑結(jié)構(gòu)的承受力,并且對建筑結(jié)構(gòu)自身的剛度有著比較大的作用,這個應(yīng)該在抗震設(shè)計(jì)中加以充分的思考。
。ǘ└鶕(jù)建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)來設(shè)計(jì)抗震
建筑物在發(fā)生地震的時候有高度的安全性,是在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該具有的很大特點(diǎn),所以建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求以將要建設(shè)建筑物的地區(qū)可能會大地震的烈度為基本的標(biāo)準(zhǔn)。而且還要以建筑自身以及建筑物得室內(nèi)物品沒有造成破壞為最終目標(biāo)來確定建筑結(jié)構(gòu)的一些抗震性能指標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)的一些非抗震的下部結(jié)構(gòu)以及建筑結(jié)構(gòu)的一些基礎(chǔ)部位也需要有一定程度上的抗震能力,在發(fā)生大地震的時候建筑結(jié)構(gòu)要基本保持在所能承受的彈性范圍之內(nèi)。另外,建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能是因?yàn)榭拐鸬慕ㄖ剿哂械膭偠缺容^小而容易發(fā)生一些比較小的波動,這個應(yīng)該思考那些因?yàn)榘l(fā)生的季節(jié)風(fēng)等所帶來的作用發(fā)生的影響。所以由于風(fēng)壓所產(chǎn)生的建筑水平振動很有可能會導(dǎo)致建筑的安全使用性能以及建筑抗震部分的耐久性能受到破壞。
。ㄈ└鶕(jù)建筑場地和建筑規(guī)劃來設(shè)計(jì)抗震
建筑結(jié)構(gòu)要有好的抗震性,需要選擇比較有穩(wěn)定性的場地,這樣會有比較好的基礎(chǔ)。另外,具有抗震性的建筑需要有抗震層的設(shè)置,而且建筑結(jié)構(gòu)的外部空間應(yīng)該做包括鄰棟間距、建筑外觀等等的一些舒適感以及安全性能的角度來考慮。而且在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的場地規(guī)劃的時候,也應(yīng)該從適應(yīng)建筑上部結(jié)構(gòu)的位移等特點(diǎn)與性能方面的角度來考慮。建筑物在經(jīng)過長時間的使用后,建筑結(jié)構(gòu)的整體可能發(fā)生移動的范圍之內(nèi)不應(yīng)該堆放一些障礙雜物。在建筑結(jié)構(gòu)可能發(fā)生移動的范圍之內(nèi)一般來說會設(shè)置一些建筑的出口與入口,并且還要注意不能因此而使得人受到一些傷害,最好為了避免人或者車輛比較容易通過出入口,應(yīng)該設(shè)置一些門墻或者指示標(biāo)記等等。
三、強(qiáng)化建筑工程抗震措施的對策
。ㄒ唬┎捎煤侠淼慕Y(jié)構(gòu)形式
目前我國建筑常用結(jié)構(gòu)形式有磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。可根據(jù)不同的地區(qū),不同設(shè)防烈度選擇不同的結(jié)構(gòu)形式。鋼筋混凝土本身具有柔性,因而這種結(jié)構(gòu)的建筑物變形能力好,承載能力高,一般來說抗震能力也強(qiáng)。在確定結(jié)構(gòu)方案時,應(yīng)根據(jù)建筑使用功能要求和抗震要求進(jìn)行合理選擇。從抗震角度來說,結(jié)構(gòu)的側(cè)移度是選擇結(jié)構(gòu)體系時要考慮的重要因素,特別是對于高層建筑的設(shè)計(jì),這一點(diǎn)起控制作用,隨著多層和高層房屋高度的增加,結(jié)構(gòu)在地震作用以及其他荷載作用下產(chǎn)生的水平位移迅速增大,要求結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度必須隨之增大。而不同類型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系,由于構(gòu)件及其組成方式的不同和受力特點(diǎn)的不同,在抗側(cè)移剛度方面有很大差別,他們具有各自不同的合理使用高度。因此,為了滿足結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度要求,避免不合理的設(shè)計(jì),應(yīng)對不同類型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的房屋總高度分別給予不同的限制,這是確定結(jié)構(gòu)的一個重要因素。
。ǘ┣袑(shí)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量
地震尤其是震級和烈度高地震,危害性非常大,建筑物的抗震性能就顯得尤為重要。目前我國抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)是“小震不壞,大震不倒”。目前我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平還很低,大量的建筑所采用的建筑方案不是很合理,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)方案無法合理布置,增加材料用量,帶來兩個惡果:―是造價升高;二是自重增加,導(dǎo)致地震作用加大,從而布置更多材料。其實(shí),從建筑設(shè)計(jì)的角度出發(fā),在正確的抗震理論指導(dǎo)下,依據(jù)合理的設(shè)計(jì)原則,同樣可提高甚至保證建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。 其原則包括:結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具備足夠大的承載能力;結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉(zhuǎn)和位移;結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的延性和耗能能力,這一點(diǎn)對結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的安全性尤為重要。延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后,具有承載力不降低或基本不降低且有足夠塑性變形能力的一種性能。延性大,說明塑性變形能力大,強(qiáng)度或承載力的降低緩慢,從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量,避免結(jié)構(gòu)倒塌。
四、結(jié)束語
目前,我國的建筑結(jié)構(gòu)抗震工作已經(jīng)取得很大的成就,要在已有的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展,則不但關(guān)乎工程技術(shù),也關(guān)乎公共政策。我們期望,隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國力的增強(qiáng),適當(dāng)提高建筑結(jié)構(gòu)的安全度和耐久性,從而使結(jié)構(gòu)有更多的“保有耐力”來抵御發(fā)生概率小、破壞性大的強(qiáng)震;在地震高烈度區(qū)的鄉(xiāng)村,普及簡易的房屋抗震基本構(gòu)造,對貧困農(nóng)民自建房有必要的資金扶持。