刍议建筑结构设计中的抗震设计分析韩文清

刍议建筑结构设计中的抗震设计分析韩文清

北京清润国际建筑设计研究有限公司北京100176

摘要:随着科技、经济等方面的发展,建筑工程的规模也逐渐扩大。而抗震设计作为建筑设计中的重点环节之一,对建筑使用过程中的安全性和稳定性有着直接关系。要想降低地震对建筑的伤害,就需要在建筑结构设计过程中明确地震的危害、抗震设计基本要求以及抗震设计方法等,提高建筑的稳固性。地质灾害的发生具有不可控性,但是如地震等灾害却严重的威胁着人们的生命安全和财产安全,所以,建筑结构的防震设计变得尤为重要。地震强度是分等级的,往往等级越高,就对建筑结构的强度和柔韧度的要求越高。据统计,高级地震对建筑结构的安全性和稳定性是极有挑战性的,为了保护人们的生命和财产,我们必须针对建筑物的整体结构和平面设计进行合理规划,一定要保证建筑物具有一定程度的抗震能力。地震是一种常见的自然灾害,其危害程度较大,造成的居民死亡率相对较高。但是,由于地震的性质,我们无法进行一个有效的预测,所以,增强建筑的抗震能力,减小地震的伤害是十分必要的。我国目前建筑的抗震设计有所提高,但是还存在不足,本文简要分析了建筑抗震设计存在的问题和解决方法。

关键词:建筑;结构设计;抗震设计

1结构抗震概念设计的重要性

结构抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。如能利用合理的结构理论、结构抗震概念设计可使结构设计更趋合理,最大限度地减少或避免建筑物在地震中倒塌。在建筑结构设计中,抗震设计的主要内容是设计人员通过以往地震中建筑倒塌的数量、情况等进行总结,并在此基础上结合当下的设计理念、建筑地的实际情况来进行趋于完善的抗震结构设计,使建筑能够抵抗一定烈度下的地震作用。抗震设计的目标是为了保证人们的财产、生命安全等,为其提供更加稳定安全的生活环境。因此,设计人员应当充分考虑地震作用,以便站在全局的角度完成抗震参数的选定,使建筑结构的外形、结构布置、构件参数等更有利于抗震设计,以完成抗震目标。另外,在方案设计阶段,为了给建筑方案提供正确的概念和思路,需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择安全与经济均能满足建设要求的结构方案。

2建筑结构中抗震设计所存在的问题

2.1对于建筑结构抗震的设计概念问题的分析

所谓的抗震以及防震的基本宗旨就是,在小震当中不裂,中震发生时可以修理,大震时不会连续倒塌。因此,在进行建筑工程设计的时候,对于防震结构的设计成为了一个重点目标。由于在现实生活中,当地震灾害真正发生时,其巨大的损伤能量是不可估量的,在建筑施工时用到的厚钢筋混泥土并不能完全抵御地震的巨大威力,在地震发生时,用钢筋混泥土组成的墙面并无法抵抗地震,在一定的情况下,还会劳民伤财,在地震的基础上施加给人们更大的伤害,使人们的损失更严重。因此,面对地震的发生,完全硬碰硬的方案是不可实施的,但是以柔克刚又会使建筑在地震发生时,虽然会消耗一些地震的能量,但是容易发生形变,也不利于人们的生活。所以,通过不断地研究和考察,针对房屋建筑的结构进行分析,在各建筑的一些关键部位,实行人工的干预抗震措施设计,并且在薄弱的位置进行有意的设置,进而减少震害,消耗掉地震的能量。这些抗震措施成为抗震的概念设计,主要是作为建筑房屋的抗震中心指导思想。

2.2不够重视建筑抗震的问题

在这些年来,在大大小小的地震发生情况下,对与人们的人生安全以及财产造成了很大的损失,其中造成损失的大部分原因就是建筑房屋的抗震设计不科学完善。除此之外,在进行建筑的抗震设计时,工作人员不够重视关于抗震的合理性和科学性的问题,这很容易在建筑中留下隐患。所以,在进行建筑抗震设计的时候,要严格的按照规定和条款来进行,做好检验工作,才能更好的减少地震给人们带来的伤害。

2.3建筑结构抗震设计验证问题

在进行建筑结构的检验问题时,要充分的分析其有效性以及合理性,到目前为止,可以考虑的验证手段有三种,主要有建筑地震的反应检测;建筑抗震的模型试验;建筑的震害研究。和机械以及航天工程相比,由于建筑结构的体型比较庞大,完成足尺的建筑结构抗震实验是不可能的完成的任务,所以,在一般情况都是采用建模来进行结构试验。在这些年来,在国际上也举行了不少的各种类型的建筑抗震方面的结构试验,并且出现了许多用来检验抗震计算模型方面的模拟方法。在这些措施进行之后,建筑的结构抗震设计的结构会存在一定的差异,这说明在一定程度上,需要在针对结构的抗震反应分析进行进一步的改善。除此之外,抗震模型的尺寸以及建筑监控安装测试方面的设备没有得到普及,从而降低了建筑对地震灾害的预防和抵抗能力。

3建筑结构设计中的抗震设计

3.1建筑结构抗震材料的选择

针对建筑结构中抗震材料的选择问题,主要分析其承重材料,对于材料的塑性以及刚度进行充分的了解,同时,为了更好的确保建筑物的稳定性以及抗震性,要结合建筑施工地区的地震发生的历史资料,来选择比较合适的抗震材料。选择材料时,应该从材料的高强、质轻以及结构之间的连接来着手,分析要达到建筑的抗震性能,所需要采用的建筑材料。

3.2建筑场地的选择

通常情况下,进行建筑场地的选择和挑选能够很大程度的解决建筑的抗震性能,因此,在进行建筑场地的选择时,尽量选择有很好的硬性以及密度的土地成分以及结构,分析其场地所具有的土质,保证其图纸的良好均匀度,保证土地有很好的建筑荷载以及承受能力。同时,还要避开液化土地、软土、河岸的边缘以及采空区等一些容易地震的地带,避免在危险地带进行建筑的工程实施。

3.3因地制宜选择合适的建筑结构形式

建筑结构目前的形式主要都包括整体承载式钢结构、框架剪刀墙结构、钢结构、砖混结构以及框架结构。这些建筑结构形式都具备抗震性能,只要合理并且高度与其结构形式相匹配,就可以达到抗震效果。此外,在同等的条件下框架结构要与砖混结构共同使用,因为砖混结构的主体承重的材料为砖砌体,是容易破碎的建筑材料,抗震性能比较差,而框架结构模式是采用框架剪刀墙、钢结构及整体承载式轻钢结构。目前钢结构建筑模式是发达国家住宅建设首选的建筑结构模式,据了解,在欧美等发达国家,钢结构住宅建筑模式已经发展到全部建筑总量的65%左右,在亚洲的日本钢结构住宅建筑模式占到50%左右。在进行建筑结构选择的时候为什么要首选钢结构,其原因是因为除了钢结构易于施工、生产,还有极好的环保性能和可重复利用之外,最显著的就是其具有抗震防灾能力也是最主要的原因。由于钢结构的材质抗剪、抗拉、抗压强度很高和延展性能极佳,使用寿命能达到百年以上,被建筑行业里普遍的认为是当前最适合的抗震性能建材,在地震多发的地区和国家应用十分广泛。例如,在台湾地区经过多次地震,发现钢结构住宅建筑在地震中损坏的程度几率要远远低于钢筋混凝土住宅建筑,因此,台湾地区明令要求多层住宅建筑一律要使用钢结构建筑。再如北京地区是Ⅷ度地震设防区属于地震断裂带,钢结构建筑模式也正在成为建筑潮流,在建设施工中的国家大剧院工程就是使用的全钢结构建筑模式。

3.4合理设置抗震等级

在进行建筑结构设计中应对抗震等级进行重点考虑,在确定建筑物抗震等级时,需要考虑建筑物的类型和建筑物的抗震烈度和建筑物所在场地等。结合建筑物不同的使用功能可以将建筑物结构分成四类抗震设防类别,分别为甲、乙、丙、丁类,一般住宅与写字楼为丙类建筑。比如:在河南省郑州市建筑按抗震规范要求,抗震设防烈度为Ⅶ度,在设计建筑结构计算中应选用相应的计算系数,在合同中一般不会体现出具体的计算系数的。在设计建筑结构之前都是要由相关部门进行审核批准和备案的,具体的工作步骤可以通过市建委进行了解。

3.5确定抗震结构体系

抗震结构体系是抗震设计应考虑的首先问题,一个建筑结构设计方案的选取是否合理,对经济性和安全性起到决定性作用。建筑结构体系应具备明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。建筑结构应设有多道抗震防线,应避免因部分结构或构件被破坏而导致整个结构失去抗震能力或对重力荷载的承重能力。建筑结构体系应具有必要的承重能力,消耗地震能量的能力和良好的变形能力。在选择建筑结构体系时,要首先考虑建筑物刚度和场地条件的关系。当建筑物自振周期和地基土的卓越周期一致时,容易产生共振而加重建筑物的震害。选择结构体系时,要多注意选择合理的建筑基础形式。建筑基础应要有足够的深度,对于建筑层数较多的住宅应设置地下室。对于软弱地基应选择用箱形基础、筏片基础和选用桩基。

3.6做好建筑空间布局设计

对建筑空间布局进行合理设计对提高建筑结构的抗震性有着十分重要的促进作用,因此,在对建筑空间布局进行设计的过程中,设计人员可以从以下几方面入手:①考虑空间结构的均衡性。在地震灾害中,建筑不仅会受到来自地面的作用,还会受到空气冲击的作用,因此,在其抗震设计中应当考虑到来自各个方向的作用力,从平面主轴出发,使其具有足够的刚度和稳定性,且刚度越好,稳定性就越高,能够承受水平力的性能就越好。②考虑空间结构的简单性。建筑结构越复杂,在设计的过程中就需要考虑更多方面,在计算相关参数的过程中也会更加繁琐。因此,设计人员在抗震设计时应当尽可能简化设计内容,减少可能会影响建筑抗震能力的因素,同时通过计算机技术全面加强抗震设计,保证建筑的安全性。③考虑空间结构的整体性。抗震设计是一项整体性较强的工作,并不是对建筑的部分构件加强抗震性能,因此,设计人员应当将楼盖、建筑内部以及相应的底层结构有效结合到一起,使其在地震灾害的冲击下能够以整体的方式对抗地震作用,这样能够避免单一结构抗震性能低下而造成建筑整体崩塌的现象,在提高各部分抗震性能的同时,提高了建筑整体的安全性。

3.7采用适当的抗震构造措施

混凝土构件应避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋与混凝土粘结破坏先于构件自身破坏。也就是“强剪弱弯”、“避免超筋”、“强连接”的抗震概念。而抗震措施也是至关重要,为保证抗震概念的实施和计算模型的实现,抗震构造措施也是层出不穷,具体的做法有:设置箍筋加密区、控制最大配筋率、确保钢筋最小锚固长度。砌体构件应按规范设置好构造柱和圈梁,以保证砌体结构的承载力和延性。钢构件应避免失稳破坏,以确保钢结构的承载力和变形能力。

结论

由上可知,在不可抗力的地震灾害面前,建筑无法规避地震的发生,但是可以提高建筑的抗震性能来保证建筑在地震作用下的安全性。设计人员应当在做好建筑选址的前提下,对抗震参数进行精确设计,并在设置多种抗震防线的基础上,做好建筑空间布局设计,以提高建筑整体的安全稳定性能。建筑设计在建筑抗震设计中越来越重要。随着现在生活的不断提高,很多建筑的出现也是顺应现代社会的发展,抗震设计有效保证广大居民的生命财产安全,最大限度的排除一切地震给人们带来的伤害,维护了我们共有的和谐家园。

参考文献

[1]叶思睿.建筑结构设计中的抗震设计分析[J].江西建材,2016(10):39+43.

[2]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.

[3]靳永恒.建筑结构设计中抗震设计分析[J].山西建筑,2017,43(20):44~45.

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