【摘要】隨著時代的發(fā)展，建筑技術(shù)水平的提高，各種不同風(fēng)格、不同功能的建筑拔地而起。但建筑安全問題也時有發(fā)生，給人們的財產(chǎn)和人生安全在成了極大的損失。其中由地震帶來的危害又顯得尤為突出。本文通過介紹抗震設(shè)計的含義、原則、措施三個方面使大家進一步了解建筑設(shè)計的抗震理念，加強對抗震設(shè)計在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用的重視程度，旨在采取最合理的措施建造出更安全的建筑。
　　
　　【關(guān)鍵詞】抗震理念，建筑設(shè)計，設(shè)計原則，抗震措施
　　
　　引言
　　為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震可靠性而對建筑工程結(jié)構(gòu)做的概念設(shè)計主要考慮了以下因素場地條件和場地土的穩(wěn)定性;建筑物的平、立面布置及其外形尺寸;抗震結(jié)構(gòu)體系的選取、抗側(cè)力構(gòu)件的布置以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的分布;非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系及其兩者之間的錨拉;隔震和消能減震的措施設(shè)計;結(jié)構(gòu)材料與施工質(zhì)量等。本文僅簡單的介紹基于抗震理念建筑設(shè)計。
　　一、抗震概念設(shè)計的含義
　　抗震設(shè)計是通過地震作用的取值和抗震措施共同實現(xiàn)的，通過總結(jié)歷次地震災(zāi)害后發(fā)現(xiàn)，對于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計來說，“概念設(shè)計”比“數(shù)值計算”更為重要。結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素是良好的“概念設(shè)計”，也就是說，“概念設(shè)計”是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的首要問題。所謂“概念設(shè)計”是指在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，既要著眼于結(jié)構(gòu)的整體地震反應(yīng)，又按照結(jié)構(gòu)的破壞機制和過程，靈活運用抗震設(shè)計準(zhǔn)則；既要把握整體布置的大原則，又兼顧了關(guān)鍵部位的細節(jié)，從根本上解決了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的問題，有效地提高了結(jié)構(gòu)自身的整體抗震能力。
　　
　　二、抗震設(shè)計的一般原則
　　2.1場地和地基
　　建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞情況有四種：
　　2.1.1地震時，在水平和豎向振動作用下，建筑物的內(nèi)力和變形驟增，甚至結(jié)構(gòu)的受力形式發(fā)生改變，最終導(dǎo)致建筑物承載力不足甚至于喪失或者變形過大而破壞。
　　2.1.2地震作用下，由于節(jié)點強度不足、延性不夠、錨固失效，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件缺乏可靠的連接，建筑物喪失整體性而遭破壞。
　　2.1.3地震作用下，由于地基承載力下降或地基土液化，使得地基部分失效甚至于完全失效，最終導(dǎo)致建筑物傾斜、倒塌。
　　2.1.4由地震引發(fā)的次生災(zāi)害如火山、洪水、滑坡、泥石流等造成建筑物的嚴(yán)重破壞。所以場地的選擇是建筑抗震設(shè)計成功的第一步，從選址工作開始就應(yīng)該選擇對抗震有利的地段，盡量避開不利的地段，避不開時應(yīng)采取有效措施確保地基的穩(wěn)定性；任何情況下均不考慮在抗震危險地段建造建筑物。
　　2.2規(guī)則性建筑
　　在建筑的方案設(shè)計階段就應(yīng)該盡量采用規(guī)則建筑方案，即建筑平、立、剖應(yīng)規(guī)則、簡單、對稱；結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度、材料強度和質(zhì)量的分布應(yīng)均勻、連續(xù)，無突變，因為不規(guī)則的建筑在水平地震作用下也會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，進而破壞。
　　2.3合理的結(jié)構(gòu)體系
　　一個合理的結(jié)構(gòu)體系，首先應(yīng)有明確的計算簡圖和合理、簡潔的傳力途徑，對于不規(guī)則建筑，應(yīng)采用空間計算模型計算地震力，考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)影響，使其更接近實際工況。不在同一結(jié)構(gòu)單元混用受力體系，優(yōu)先選用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，在多層砌體房屋中優(yōu)先采用橫墻承重的結(jié)構(gòu)體系，在底層框架抗震墻砌體房屋中，優(yōu)先采用混凝土抗震墻。體型復(fù)雜的建筑，設(shè)置合理的抗震縫將上部結(jié)構(gòu)分割成相互獨立、相對規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。
　　2.4計算結(jié)果的校核
　　一般來說，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常采用計算軟件進行抗震分析，這就要求設(shè)計人員對所用軟件的適用范圍、技術(shù)條件、計算模型等均有深刻的認(rèn)識和充分的掌握，對所有計算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)認(rèn)真分析校核，只有經(jīng)分析判斷結(jié)果合理、有效后，方可用于工程實際。
　　
　　三、建筑抗震設(shè)計措施
　　對結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用多道設(shè)防，嚴(yán)格按規(guī)范要求保證“強柱弱梁”，“強剪弱彎”，“強節(jié)點弱構(gòu)件”，加強節(jié)點連接，加強梁、柱端頭箍筋加密區(qū)的箍筋量。所用材料等級不低于規(guī)范要求的最低等級，從而有效減小材料的脆性，計算中還應(yīng)嚴(yán)格控制梁的相對受壓區(qū)高度。砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱等，有效約束砌體，提高砌體的延性和整體性。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件比如框架填充墻兩端應(yīng)與柱有效拉結(jié)，附屬構(gòu)件女兒墻、雨篷、挑檐等除保證自身整體性能外，還應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠連接和錨固。
　　3.1建筑結(jié)構(gòu)隔震
　　使用隔震技術(shù)不僅達到了減輕地震對上部結(jié)構(gòu)造成損壞的目的，而且建筑裝修及室內(nèi)設(shè)備也得到有效保護。隔震建筑的結(jié)構(gòu)體系一般由下部結(jié)構(gòu)、隔震裝置、上部結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)隔震層設(shè)置的位置不同，可分為以下幾種：
　　3.1.1地基隔震
　　地基隔震即隔震層設(shè)在基礎(chǔ)以下的地基中。歷史上曾采用糯米墊層或砂墊層隔震，也能取得～定效果。還有的用一層軟粘土一層砂土，其間加入一層土工布，使地震波在地基中被多次反射吸收達到衰減的效果。但由于土的性狀較難由人來控制，它常隨自然條件而變更，因此效果不穩(wěn)定。杭州市抗震辦曾組織研制了一種改性瀝青阻尼隔震墊，達到了良好的交蜾。
　　3.1.2基礎(chǔ)隔震．
　　基礎(chǔ)隔震是在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置，減小地震動往上部結(jié)構(gòu)傳遞，降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。該種隔震方法適用于體形規(guī)則的低層或多層建筑結(jié)構(gòu)，用于高層建筑結(jié)構(gòu)的效果較差(隔震結(jié)構(gòu)延長了結(jié)構(gòu)的自振周期)。基礎(chǔ)隔震包括粘彈性隔震、滾軸(珠)滑移隔震、摩擦擺隔震、摩擦滑移隔震等多種形式，隔震裝置有夾層橡膠墊隔震裝置、基底滑移隔震裝置、混合隔震裝置等等，其減震效果可達8％～60%
　　3.1.3層間隔震
　　層間隔震是結(jié)構(gòu)隔震與抗震相結(jié)合的一種方法，它是在原結(jié)構(gòu)上安裝由質(zhì)量和隔震支座組成的耗能減震裝置，地震時，耗能減震機構(gòu)吸收并消耗地震能委，減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。該方法適用于舊房加層、抗震加固，減震效果～般在10％～40％之間。雖然層間隔震的效果不如基礎(chǔ)隔震，但它可利用結(jié)構(gòu)的加層或原結(jié)構(gòu)的隔熱層，做適當(dāng)?shù)母慕ǘ�達到減震的目的，簡單易行，隔震裝置采用橡膠支座。在上海，幾棟高層建筑用此方法控制結(jié)構(gòu)的第二振型反應(yīng)，收到很好的效果。
　　3.1.4懸掛隔震
　　懸掛隔震是將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來，使地面運動傳遞不到主體質(zhì)量，產(chǎn)生不了慣性力，從而起到隔震作用。它最具有代表性的是巨型剛框架懸掛體系，其結(jié)構(gòu)分為主框架和子結(jié)構(gòu)：主框架同—般框架結(jié)構(gòu)：子結(jié)構(gòu)采用索或吊桿懸掛，分布有主要質(zhì)量，此體系可以有數(shù)地隔離主框架和子結(jié)構(gòu)，減少地震作用的傳遞，控制結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。因此，目前已經(jīng)廣泛被很多國家采用該方法在橋梁、火電廠鍋爐架中應(yīng)用廣泛。著名的香港匯豐銀行新大樓(43層)即采用此種方法隔震。
　　3.2消能減震技術(shù)
　　消能減震技術(shù)主要通過提高結(jié)構(gòu)的附加阻尼來減少結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。其應(yīng)用十分廣泛：不僅可用于新建結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計，也可用于現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗震加固：適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，更適合鋼結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)；一般應(yīng)用于上部結(jié)構(gòu)，也可應(yīng)用于基礎(chǔ)隔震建筑中的隔震層。消能減振技術(shù)是用特別設(shè)置的機構(gòu)和元件將地震動的能量加以吸收耗散，以保護主體結(jié)構(gòu)的安全。這比傳統(tǒng)的依靠結(jié)構(gòu)本身及其節(jié)點的延性耗散地震能量相比顯然是前進了—步。但是消能元件往往與主體結(jié)構(gòu)是不能分離的，而且常常是主體結(jié)構(gòu)的一個組成部分，也不能完全避免主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彈塑性變形，因此它還不能完全脫離延性結(jié)構(gòu)的概念。從另一方面考慮，減振消能也可以看作是增加結(jié)構(gòu)阻尼的方法。消能減震技術(shù)的實際應(yīng)用效果與所選用的消能裝置關(guān)系較大，消能裝置的種類繁多，主要有摩擦阻尼器、塑性肖能器、粘滯阻尼器、磁流變阻尼器、形狀記憶合金阻尼器等。從阻尼器的工作原理方面可分為滯回型和粘滯型兩類，亦可稱為位移相關(guān)型和速度相關(guān)型。
　　3.3機敏減震
　　支撐體系無粘結(jié)鋼支撐體系是一種機敏的減震支撐體系。在內(nèi)核鋼支撐和外包鋼管之間不粘結(jié)，或者在內(nèi)核鋼支撐和外包鋼筋混凝土或鋼管混凝土之間涂無粘結(jié)漆形成滑移界面。在支撐中段設(shè)置外包層，在支撐兩端適當(dāng)部位露出內(nèi)核鋼支撐，再用高強度螺栓與框架結(jié)構(gòu)連接，以保證壓力和拉力都只由內(nèi)核鋼支撐承受。滑移界面的材料和幾何尺寸需要精心設(shè)計和施工，以允許內(nèi)核鋼和外包層之間相對滑動，同時約束內(nèi)核鋼支撐的橫向變形，防止內(nèi)核鋼支撐在壓力作用下發(fā)生整體屈曲和局部屈曲。
　　3.4蹺動振動控制減震設(shè)計
　　蹺動減震設(shè)計有兩種方法：一種是整個上部結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)在豎向不緊固；另一種是結(jié)構(gòu)中地震力較大的柱、豎向連續(xù)墻、支撐等部分構(gòu)件與下部基礎(chǔ)不緊固。前—種方法適用于高寬較大的建筑物在強烈地震作用下會產(chǎn)生很大豎向拔力的情形。
　　3.5地震震向與建筑物走向
　　汶川大地震導(dǎo)致的房屋倒塌無數(shù)，同時也有不少的房屋屹立不倒。經(jīng)過專家的現(xiàn)場勘察，房屋例塌和震向密切相關(guān)。所謂的震向，即地震發(fā)生以后，導(dǎo)致房屋震動的方向。此次汶川大地震，震向為東北一西南走向，房子如果和它同向，隨它一起搖晃，則受損嚴(yán)重，而房屋走向和震向垂直的話，損傷明顯小得多。以板式結(jié)構(gòu)為例，板式方向與斷裂帶走向垂直的話，其抗震能力至少可以提高3度。“我們雖然不能精確預(yù)報地震發(fā)生的時間和地震的強度，但是，知道了斷裂帶的走向以后，一旦發(fā)生地震，地震波的傳遞方向所導(dǎo)致房屋晃動的方向，還是有規(guī)律的。”同濟大學(xué)規(guī)劃設(shè)計專家吳志強如是說。“今后，在重建規(guī)劃中，一定要考慮這個因素。房屋走向和震向交叉，其抗震能力可提高3度。”
　　結(jié)束語
　　建筑設(shè)計人員在日常設(shè)計工作中，必須學(xué)會熟練運用概念設(shè)計，并使這一理念貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的整個過程當(dāng)中，既要嚴(yán)格把握好設(shè)計的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設(shè)計的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，為社會創(chuàng)造更多精品工程。
　　
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