抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討

【關(guān)鍵詞】山地建筑結(jié)構(gòu)； 抗震設(shè)計(jì)；抗震分析；概念設(shè)計(jì)  

　　1 引言 

　　雖然國內(nèi)外不乏山地城市，但缺乏對(duì)山地建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)特殊問題的認(rèn)識(shí)及相關(guān)震害的調(diào)查和分析，有針對(duì)性的研究還較為少見。目前基本投有開展山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特殊問題方面的系統(tǒng)研究，缺乏對(duì)山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義的研究成果，更談不上相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)程或規(guī)范，理論研究明顯滯后于工程實(shí)踐的需要。設(shè)計(jì)人員只能按一般結(jié)構(gòu)和根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)．當(dāng)遇到山地建筑結(jié)構(gòu)特殊問題時(shí)經(jīng)常無所適從，可能存在安全隱患。但不幸的是山地建筑結(jié)構(gòu)的特殊性和由此帶來的問題還沒有引起足夠的重視。因此，迫切需要根據(jù)山地建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，歸納、梳理和總結(jié)其特殊阿題，并開展研究和提出對(duì)策及解決辦法[1,2]。下面將對(duì)山地建筑結(jié)構(gòu)的類型界定、建筑震害、設(shè)計(jì)誤區(qū)、特殊問題等分別進(jìn)行歸納和梳理。 

　　2 山地建筑結(jié)構(gòu)類型及設(shè)計(jì)誤區(qū)分析 

　　山地建筑結(jié)構(gòu)是指山地建筑特有的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)山地建筑特點(diǎn)，我們將山地建筑結(jié)構(gòu)歸納為懸挑、吊腳、掉層、錯(cuò)層、連鏖、附崖等,或由這些形式組合而成。 

　　由于目前現(xiàn)行規(guī)范對(duì)山地建筑結(jié)構(gòu)沒有給出明確的設(shè)計(jì)方法和指導(dǎo)措施，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)中常常存在一些設(shè)計(jì)誤區(qū)。下面通過5.12汶川地震中．典型山地建筑結(jié)構(gòu)房屋的震害，來說明山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的誤區(qū)及需要注意的問題。 

　　2.1 山地建筑結(jié)構(gòu)架空層易形成柔弱底層，對(duì)于不等高柱架空，容易形成短柱，建議從概念設(shè)計(jì)上考慮和采取必要的抗震構(gòu)造措施，盡量避免短柱和上剛下柔。 

　　2.2 山地建筑架空層常會(huì)為了設(shè)計(jì)和施工方便，直接把樁基礎(chǔ)伸出地面當(dāng)柱使用，由于其抗彎和抗剪都較弱，容易在出地面樁身發(fā)生破壞，建議設(shè)計(jì)時(shí)勿用樁代替柱。 

　　2.3 錯(cuò)層式山地建筑結(jié)構(gòu)房屋在錈層部位樓梯柱(短柱)及梯段板麓害尤其嚴(yán)重，建議采取必要的抗震構(gòu)造措施，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行必要的抗震驗(yàn)算。 

　　2.4 對(duì)于無法避免在陡坎附近建山地建筑，建議在設(shè)計(jì)時(shí)考慮局部場(chǎng)地的影響及陡坎邊坡穩(wěn)定問題。 

　　2.5 由于山地建筑結(jié)構(gòu)豎向剛度不規(guī)則，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，建議設(shè)計(jì)時(shí)底部加強(qiáng)。 

　　2.6 從上述山地建筑結(jié)構(gòu)震害可以看出，山地建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法及山地建筑結(jié)構(gòu)地震動(dòng)輸入問題有待進(jìn)一步研究。 

　　3 山地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特殊問題 

　　3.1 概念設(shè)計(jì) 

　　建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分為概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和抗震構(gòu)造措施三個(gè)層次。概念設(shè)計(jì)是對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能的總體把握，通常采用結(jié)構(gòu)總高度限定、結(jié)構(gòu)高寬比限定、結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)控制等指標(biāo)來體現(xiàn)。由于山地建筑結(jié)構(gòu)接地方式的復(fù)雜性，則將這些指標(biāo)的應(yīng)用存在兩個(gè)問題：一是指標(biāo)的適用性；二是指標(biāo)如何計(jì)算。概念設(shè)計(jì)中的指標(biāo)是綜合結(jié)構(gòu)受力性能、經(jīng)濟(jì)性等在大量的工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的，但沒有考慮到山地建筑的特殊性，因此其在山地建筑結(jié)構(gòu)中的合理性有待驗(yàn)證�，F(xiàn)行規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度、結(jié)構(gòu)高寬比、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)控制等指標(biāo)都規(guī)定了計(jì)算方法，但山地建筑結(jié)構(gòu)中如何確定則有待分析，如吊腳、掉層、錯(cuò)層、連崖、附崖等結(jié)構(gòu)的高度起算點(diǎn)如何定，取最高接地點(diǎn)還是最低接地點(diǎn)；這些結(jié)構(gòu)的高寬比如何計(jì)算，也就是高寬比中高度和寬度如何取值等問題。 

　　山地建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)體現(xiàn)可以有兩種思路，一是根據(jù)概念設(shè)計(jì)的目的和山地建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出新的控制指標(biāo)；二是以現(xiàn)有的概念設(shè)計(jì)指標(biāo)為依據(jù)，考慮山地建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加以修正。這兩種思路均應(yīng)以大量的算例分析為依據(jù)，但相對(duì)而言，第二種思路更具有操作性。 

　　3.2 分析方法與地震作用 

　　分析方法是指采用什么方法進(jìn)行山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析�，F(xiàn)行的抗震分析方法是基于基礎(chǔ)固端且各固端輸入相同進(jìn)行的地震分析，分析方法主要為反應(yīng)譜法和時(shí)程方法。但懸挑、吊腳、掉層、錯(cuò)層、連崖、附崖等形式的山地建筑結(jié)構(gòu)由于接地方式的復(fù)雜性，地基相連點(diǎn)間有高差，受局部地形影響明顯。現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震分析方法在山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析的適用性有待研究。考慮地基-結(jié)構(gòu)相互作用的精細(xì)抗震分析模裂是進(jìn)行山地建筑結(jié)構(gòu)抗震分析的理想模型，但由于地基影響范圍、計(jì)算量等影響，難以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用，但可以作為山地建筑結(jié)構(gòu)抗震分析方法研究的基礎(chǔ)和依據(jù)。在現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震分析方法基礎(chǔ)上的修正方法不失為一種好的方法，但必須以大量的研究為前提。 

　　地震作用計(jì)算是以抗震分析方法相對(duì)應(yīng)的，不同的地抗震分析方法采取的地震作用計(jì)算方法不相同。當(dāng)山地建筑結(jié)構(gòu)仍采用反應(yīng)譜法分析時(shí)，由于局部地形對(duì)地震動(dòng)譜特性的影響，則地震作用計(jì)算還有待調(diào)整。 

　　3.3 結(jié)構(gòu)抗震分析與計(jì)算 

　　山地建筑結(jié)構(gòu)分為懸挑、吊腳、掉層、錯(cuò)層、連崖、附崖等形式，應(yīng)對(duì)這些結(jié)構(gòu)的抗震性能加以分析，包括其受力特點(diǎn)、變形特點(diǎn)、薄弱部位等。在此基礎(chǔ)上提出不同結(jié)構(gòu)的適應(yīng)條件和相應(yīng)的構(gòu)造措施。 

　　另外，山地建筑結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)一些特殊部位，如山地建筑的吊腳架空結(jié)構(gòu)、地下室、山地建筑轉(zhuǎn)換層、掉層位置等，應(yīng)對(duì)這些特殊部位加以分析。 

　　山地建筑由于地形環(huán)境的影響容易形成一側(cè)嵌入、兩側(cè)嵌入或三側(cè)嵌入的地下室，這種地下室在地震作用下的性能特點(diǎn)和抗震性能有待研究。如掉層形式的山地建筑結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)出現(xiàn)在不同高度，目前沒有相應(yīng)的抗傾覆驗(yàn)算方法，有必要在分析的基礎(chǔ)上提出合適的山地建筑抗傾覆驗(yàn)算方法。 

　　3.4 抗震構(gòu)造措施 

　　抗震構(gòu)造措施是結(jié)構(gòu)抗震性能的重要保障。山地建筑結(jié)構(gòu)除了一般建筑結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施外還有特殊部位的抗震構(gòu)造措施，主要涉及吊腳、掉層、錯(cuò)層等結(jié)構(gòu)接地部分的抗震構(gòu)造措施；吊腳和掉層結(jié)構(gòu)最高接地點(diǎn)處平臺(tái)的抗震構(gòu)造措施：錯(cuò)層部位豎向構(gòu)造的抗震構(gòu)造措施；連崖結(jié)構(gòu)的連崖構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施；以及附崖結(jié)構(gòu)的附崖構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施等。 

　　對(duì)吊腳、掉層、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的接地構(gòu)件是重要的受力構(gòu)件，也是結(jié)構(gòu)的薄弱位置之一，其受力復(fù)雜，應(yīng)在該類結(jié)構(gòu)抗震分析基礎(chǔ)上，分析其抗震特性，提出合理的抗震構(gòu)造措施以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。吊腳和掉層結(jié)構(gòu)最高接地點(diǎn)處平臺(tái)類似是結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層，是將上部結(jié)構(gòu)的荷載合理地傳至下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，除從抗震計(jì)算進(jìn)行合理的抗震設(shè)計(jì)外，還應(yīng)給出合理的抗震構(gòu)造措施使該部位具有足夠的抗震性能。 

　　錯(cuò)層結(jié)構(gòu)錯(cuò)層處豎向構(gòu)造受力復(fù)雜，往往形成短柱或受力復(fù)雜的剪力墻，是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件之一，應(yīng)給出合理的抗震構(gòu)造措施滿足該構(gòu)件的抗震性能。 

　　連崖結(jié)構(gòu)的連崖構(gòu)件和附崖結(jié)構(gòu)的附崖構(gòu)件的可靠性是這兩類結(jié)構(gòu)抗震性能的重要保障，因此應(yīng)提出相應(yīng)的構(gòu)造措施保證其地震作用下的安全性。 

　　4 結(jié)語 

　　隨著城市化的發(fā)展山地建筑越來越多。與一般的建筑結(jié)構(gòu)相比，山地建筑結(jié)構(gòu)具有若干特殊的抗震設(shè)計(jì)問題，但目前山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震問題沒有得到足夠的重視，應(yīng)該對(duì)山地建筑結(jié)構(gòu)的特殊問題應(yīng)引起重視，在積累了一定研究成果的條件下應(yīng)編制有關(guān)山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)程。 

　　參考文獻(xiàn) 

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　　[2] 王麗萍, 李英民, 鄭妮娜. 5·12汶川地震典型山地建筑結(jié)構(gòu)房屋震害調(diào)查[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2009,41(6).