抗震分析與設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】抗震；概念設(shè)計(jì)；問題；必要性

　　（一）建筑抗震設(shè)計(jì)的簡述

　　地震是一種突發(fā)的自然災(zāi)害，是由地下某處薄弱巖層破裂或地球板塊互相擠壓、沖撞引起振動(dòng)，并以波的形式傳至地表引起的地面運(yùn)動(dòng)。在歷史上我國就是世界上的地震多發(fā)國家之一，1976年7月28日發(fā)生的唐山地震帶給人民的災(zāi)難極為慘重，死亡達(dá)24萬多人，地震之所以造成人民生命財(cái)產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重的損失，直接原因有三：一是地震引起滑坡、地裂、斷層等嚴(yán)重的地面變形，直接損害結(jié)構(gòu)物；二是地震引起結(jié)構(gòu)物地基的震陷、砂土液化，使地基失效；三是結(jié)構(gòu)物在劇烈的振動(dòng)中因承載力不足、變形過大、連接接頭破壞、構(gòu)件失穩(wěn)甚至整體傾覆而破壞。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)主要針對(duì)后一種情況而言，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011(以下簡稱抗震規(guī)范)規(guī)定：對(duì)位于抗震設(shè)防區(qū)的建筑物必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，以預(yù)防為主，使建筑經(jīng)抗震設(shè)防后，減輕地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)踐證明，若想防控建筑工程質(zhì)量出現(xiàn)問題，工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量是第一道關(guān)口。由于在設(shè)計(jì)上出現(xiàn)的問題，會(huì)給工程施工階段與交付使用等方面帶來很多安全質(zhì)量隱患，所以一定要嚴(yán)格的管理建筑的抗震設(shè)計(jì)，20世紀(jì)以來,中國共發(fā)生6級(jí)以上地震近千次。最近100里,中國死于地震的人數(shù)高達(dá)55萬之多,占全球地震死亡人數(shù)的53%。所以城市中的地震災(zāi)害主要是由建筑物的倒塌、破壞直接或間接造成的，因而提高各類工程的抗震能力就成為減輕城市震害的重要對(duì)策之一�？茖W(xué)地確定抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，認(rèn)真按照抗震設(shè)計(jì)施工和監(jiān)理，工程就會(huì)具有較強(qiáng)的抗震能力，強(qiáng)震發(fā)生時(shí)才能有效減輕震害。

　�。ǘ�）建筑設(shè)計(jì)在抗震中的問題

　　我國地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣,是一個(gè)地震多發(fā)國家。地震是一種多發(fā)性的隨機(jī)震動(dòng),其復(fù)雜性和不確定性很難把握,要準(zhǔn)確預(yù)測建筑物震害的特性和參數(shù),目前還很難做到�？拐鹂�念的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào),在工程設(shè)計(jì)一開始,就應(yīng)把握好場地條件和場地土的穩(wěn)定性、能量輸入、建筑物的平、立面布置及其體形、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、抗側(cè)力構(gòu)件的布置、構(gòu)件延性;材料與施工質(zhì)量等幾個(gè)主要方面，其中主要的問題有以下幾點(diǎn)：

　　1．設(shè)計(jì)人員“思想保守”與過于“開放”

　　“思想保守”體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面比較多，例如：現(xiàn)在很多高層住宅，剪力墻過多過厚，由于剛度過大，導(dǎo)致相對(duì)側(cè)移值過小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范的規(guī)定值，一來不利于建筑物抗震，二來不經(jīng)濟(jì)。

　　2．專業(yè)技術(shù)知識(shí)不扎實(shí)，專業(yè)之間配合不到位

　　有些設(shè)計(jì)人員沒有扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，自然設(shè)計(jì)出的建筑圖紙會(huì)出現(xiàn)很多問題，給施工帶來難度。不具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，在施工過程中出現(xiàn)的臨時(shí)性問題更是難以應(yīng)付，有的甚至對(duì)施工工藝都不太了解。

　　3．平面布局的剛度不均�？拐鹪O(shè)計(jì)要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對(duì)稱，建筑的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻，否則應(yīng)考慮其不利影響。但有的平面設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的不對(duì)稱：一邊進(jìn)深大，一邊進(jìn)深小；一邊設(shè)計(jì)大開間，一邊為小房間；一邊墻落地承重，一邊又為柱承重。平面形狀采用L、π形不規(guī)則平面等，造成了縱向剛度不均，而底層作為汽車庫的住宅，一側(cè)為進(jìn)出車需要，取消全部外縱墻，另一側(cè)不需進(jìn)出車輛，因而墻直接落地，造成橫向剛度不均。這些都對(duì)抗震極為不利。

　　4．抗震構(gòu)造柱布置不當(dāng)。如外墻轉(zhuǎn)角處，大廳四角未設(shè)構(gòu)造柱或構(gòu)造柱不成對(duì)設(shè)置；以構(gòu)造柱代替磚墻承重；山墻與縱墻交接處不設(shè)抗震構(gòu)造柱；過多設(shè)置抗震構(gòu)造柱等。

　　上述這些問題的存在，倘若不能得到改正，勢必對(duì)建筑物的安全帶來隱患。上述這些問題的存在，倘若不能得到改正，勢必對(duì)建筑物的安全帶來隱患。上述這些問題的原因是多方面的，有認(rèn)識(shí)方面的原因有計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化過程中出現(xiàn)的原因，有設(shè)計(jì)人員忽視了抗震概念設(shè)計(jì)方面的原因(未能從整體、全局上把握好)，有法律建設(shè)方面的原因(在工程抗震設(shè)防管理方面缺乏國家政府法律依據(jù)，特別是處罰方面)，通過這些問題來研究中短柱的問題，并且根據(jù)實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)及其在強(qiáng)震作用下的破壞過程是很復(fù)雜的，目前難以對(duì)此進(jìn)行較為精確而可靠的計(jì)算。因此，20世紀(jì)70年代以來，各國標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了工程技術(shù)人員必須重視“結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)”，即根據(jù)地震災(zāi)害調(diào)查、科學(xué)研究和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本原則和設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的總體布局并確定細(xì)部構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)理念將有助于明確結(jié)構(gòu)抗震思想，不但有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，而且也為有關(guān)抗震計(jì)算創(chuàng)造有利條件，使計(jì)算分析結(jié)果更能反映今后地震時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際地震反應(yīng)。

　　（三）建筑設(shè)計(jì)在抗震方面的必要性

　　近幾十年來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的研究與進(jìn)展,尤其是各國歷次大地震對(duì)人類造成嚴(yán)重災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),使世界各國地震工程學(xué)者及工程抗震設(shè)計(jì)人員逐步取得了較為一致的認(rèn)識(shí)。用形象語言來概括,即遵循“小震不壞,大震不倒”的設(shè)計(jì)原則。這已成為當(dāng)今世界各國公認(rèn)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,并開始在各國規(guī)范中有所體現(xiàn)，根據(jù)城市和經(jīng)濟(jì)高速穩(wěn)步發(fā)展，對(duì)抗震設(shè)防提出了更高要求，也打造了良好的物質(zhì)平臺(tái)。有效提高工程抗震能力，越來越成為社會(huì)共識(shí)。建筑抗震可歸納為：1、慎重選擇場地；2、科學(xué)確定工程的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，特殊工程要進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)；3、不同類型建筑要采用適合的結(jié)構(gòu)形式；4、合理布置，平面立面要規(guī)則些，底層層高跨度不宜過大；5、盡量采用隔震減震技術(shù)；6、注重施工質(zhì)量；地震是地殼運(yùn)動(dòng)在某些階段發(fā)生急劇變化時(shí)的一種自然現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年發(fā)生的地震約達(dá)500萬次，其中絕大多數(shù)地震由于發(fā)生在地球深處或者它所釋放的能量小而人們難以感覺到；而人們感覺到的地震，也即有感地震，僅占總量的1%左右；能造成災(zāi)害的強(qiáng)烈地震則為數(shù)更少，平均每年十幾起。然而，就是這些每年為數(shù)不多的地震，卻給人們帶來了無可挽回的巨大經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失和觸目驚心的人身傷亡事故。據(jù)有關(guān)方面對(duì)世界上130次傷亡巨大的地震震害資料所做的統(tǒng)計(jì)表明，95%以上的傷亡是因?yàn)闊o抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。典型的例子如，日本是個(gè)多地震國家，政府一貫重視建筑物抗震設(shè)計(jì)，其防震設(shè)施和技術(shù)相當(dāng)先進(jìn)，建筑物通常具備了抗御7～8級(jí)地震的能力；而阿爾及利亞當(dāng)?shù)胤课萁ㄖ�質(zhì)量普遍低劣，抗震性能差，地震時(shí)易坍塌。由此可見，對(duì)建筑物進(jìn)行有效的抗震設(shè)計(jì)是減輕地震災(zāi)情最有效、最根本的措施。

　�。ㄋ模┛偨Y(jié)：

　　地震是一種突發(fā)式的自然災(zāi)害現(xiàn)象，從世界各國減輕地震災(zāi)害所采取的措施來看，主要有三條：一是加強(qiáng)地震預(yù)報(bào)，力爭在地震發(fā)生前采取行動(dòng)以減少損失；二是在設(shè)計(jì)和施工方面提高各類建筑物對(duì)地震的抵抗能力，包括對(duì)已建建筑進(jìn)行抗震能力鑒定及加固；三是加強(qiáng)地震時(shí)應(yīng)急指揮和救援工作�？傊�，從各個(gè)環(huán)節(jié)上重視和把關(guān)，把地震災(zāi)害盡量降到最小、最輕。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]現(xiàn)行建筑設(shè)計(jì)規(guī)范大全[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

　　[2]王崇杰，崔艷秋.建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

　　[3]王則毅，楊盛和.房屋結(jié)構(gòu)抗震[M].重慶:重慶大學(xué)出版社，2009.

　　[4]閻興華，韓淼.工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M].北京:北京計(jì)量出版社，2010.