建筑结构抗震性能分析

2015-04-16刘红玉

建材与装饰 2015年37期

关键词：抗震性延性塑性

刘红玉

（克孜勒苏柯尔克孜自治州第一建筑安装工程有限责任公司 845350）

建筑结构抗震性能分析

刘红玉

（克孜勒苏柯尔克孜自治州第一建筑安装工程有限责任公司 845350）

一直以来，地震都严重威胁着人们的生命财产安全，而地震中的建筑倒塌损毁有90%以上的几率对人员造成巨大伤亡。因而，要确保地震中的人员伤亡最大限度降低，就一定要做好建筑结构的抗地震倒塌性能设计。本文主要基于地震破坏原理，对建筑结构的抗地震倒塌能力影响因素分析，探讨其设计思路方法，以期对建筑抗震性设计提供有益建议。

建筑结构；抗地震倒塌能力；设计

地震灾害的发生使得因地震而倒塌的建筑物很容易成为对人造成二次伤害。因为人们的防震意识在不断加强，如何提高建筑结果抗地震倒塌能力逐步受到重视。要想减少地震的房屋倒塌，就需要遵循严格的设计理念及规范的设计方法，提高建筑物抗震质量，从而有效防范地震带来的二次伤害。

1 地震破坏原理

我们都知道地震只能防范而不能避免。尽管地震时间短，但其危害却极大，既能严重损坏建筑物，又会给人的生命造成严重的二次伤害。而且如今的建筑正朝着高层化方向发展，人们的建筑质量意识也越来越高，故而建筑结构的安全性、稳定性、抗震性成为了人们重点关注的内容。在地震发生的瞬间，建筑物遭受极为强烈的冲击，底层出现振动，该作用力随后延伸到建筑结构中，让建筑慢慢变得不平衡，甚至让建筑直接倒塌。[1]所以，这会对人身财产安全造成严重影响，故而提高建筑结构的抗震性有着非常现实的意义。

2 建筑结构抗震倒塌能力影响因素

2.1 原材料

建筑结构的安全性直接体现在材料上，因而设计建筑结构的抗地震倒塌能力时，需要选择高质量、抗震性好、延性好的材料，如果能有效避免地震破坏则更好。所以，必须高度重视建筑结构的原材料选择。事实上，建筑结构施工中，墙体、建筑围护结构所需的材料一定要有很高的抗震性、安全性、稳定性，这样建筑结构对地震破坏才能很好地承受。

2.2 场地位置

建筑设计中，项目场地位置很关键。建筑场地选择对建筑结构质量的影响很大。当下，不少建筑企业在施工前没有充分考虑项目位置的地理环境、地质地貌状况。在了解勘查中也考虑不周到，这让建筑场地位置存在一定问题。对建筑场地位置的选择没有充分考虑，则会降低建筑安全性，甚至有可能因为原地形的变化发生地质灾害。特别是在一些地震多的地方，这会导致地震二次伤害，对人们的人身财产安全是很不利的。

2.3 施工质量

建筑结构施工的终极目标就是保证施工质量，这密切关系到建筑结构的抗地震倒塌能力。但是，目前建筑受到工程工期和进度、施工技术和工程造价控制等的影响，在建筑经济效益第一的原则下，建筑结构施工质量并不是很有保证，最终也降低了建筑结构的抗地震倒塌能力。

3 抗震场地选择

我们都知道建筑的基础是地基，地基沉降会破坏建筑结构，降低建筑结构的抗地震倒塌能力。所以，设计建筑结构的地基时，需要科学地考虑建筑结构中地基对其抗地震倒塌能力的影响。设计过程中，需要先全面勘查项目施工场地，不要选择位置不利的地方，以避免地基强度被降低。要是能选择坚硬地段作为场地就更好了，这会很好地增强建筑地基的抗地震强度。地基的埋置深度应科学，让建筑水平作用所产生的滑移和倾覆抵抗能力更高，强化自身的稳定性能。与此同时，建筑场地选择设计中，应该有科学而全面的规划理念、方案，对场地的具体位置、周围环境要求有清楚的了解，确保建筑项目和周边环境条件协调存在，并兼顾社会公共利益。[2]还有就是要根据区域土地利用、周边设施功能、区域风貌特点、传统文化选择和设计。

4 根据结构设计强化建筑物抗地震倒塌能力

建筑项目场地选择合适以后，就要根据建筑结构设计来加强其抗地震倒塌能力，即必须遵循建筑结构的整体性、规则性、延展性、刚度要求，按照设计流程确保建筑结构的抗地震倒塌能力。在设计完成之初，应针对设计方案中的结构和构件能量分布、变形问题进行初步估算，然后再次修改完善，等计算准确以后再敲定设计方案，并对设计进行必要的补充。

4.1 提升建筑结构规则性

频繁的地震发生让人们明白了规则、对称的建筑不容易受到地震的破坏，有着较高的抗震能力。相反，要是建筑物的平面凸出凹进，结构不规则，那么则很容易遭受地震的破坏。对于结构规则的的建筑来说，对地震反应、地震作用传递路线的计算也更精确，也可以更好地做好细部处理，甚至运用别的抗震构造方法。所以，建筑平立面应该规则、对称地布置，这是确保建筑结构抗地震倒塌能力有保障的基本原则。并且也要注意结构质量、刚度变化均衡，不能发生楼层错层的问题。

4.1.1 建筑形状应规则对称

建筑的平立面最好不要是凸角结构，如果必须这样修建，那么建筑平面的突出位置的长度应该小于该方向总长度的30%，而且不能超过建筑总宽度。不考虑部分突出的楼或者电梯间，其它结构平面长宽不能太大，房屋平面的总体长度不能太长。

4.1.2 建筑结构最好对称均匀

为了提高建筑结构的抗地震倒塌能力，就应该遵循结构对称均匀的原则，这是十分重要的。如果建筑结构不能对称，那么发生地震的时候，强力的扭转作用就会对不对称结构造成严重破坏。要是周边构件强度、刚度不对称，那么在布置过程中，要在整体上让刚度偏心减少一点，在计算之时也应该针对构件内力、变形、薄弱侧位移进行全面考虑。要是建筑外形对称而抗侧力结构不对称，那么就可以运用抗震缝将结构变成规则、简单的单元。

4.1.3 建筑竖向一定要有均匀性

要是建筑竖向布置没有均匀，其刚度和强度则很容易发生突变，这样一来，竖向应力会出现或者造成集中变形，一旦发生地震，其损坏就很严重，甚至倒塌。一般来说，建筑的柔性底层构件应力变形会十分严重，在设计其抗震性时要运用韧性很高的、好的构件，从而能够承受大的侧移。抗震墙设计之中，应该全面考虑连续抗震墙的间距，并对上下层的刚度进行合理限制。在框架里的填充墙设置时，要分开墙柱，利用轻质墙连接框架柱。在建筑门、窗、管道等地方开洞时，应该整齐开设，从而规避应力集中的潜在问题。

4.2 增强建筑物的刚度及整体性

建筑的纵横向承重构件、楼盖形成了建筑物的结构体系，因而从整体上来说需要有很好的刚度与稳定性。提高结构构件刚度，能够让构件在面对地震时延迟屈服，让构件延性要求降低。另外，抗侧力构件布置、结构质量分布也是需要十分注意的问题。刚性楼盖可以使不同的抗侧力构件根据自身的侧移刚度对地震作用进行有效的分配。运用现浇钢筋混凝土楼板和屋盖可以有效增强其抗震性，因为这种构件的整体性优异、水平刚度较大，能够有效应对地震中的散落、滑移问题，它还能够让平面上的墙体对齐要求得以适当降低，对层间变形有很好的控制作用。如果楼板与屋盖的水平刚度很强，那么对荷载就能有效传递，特别是上下墙体平面不整齐时，可以较好地传递水平作用力，现浇楼板与屋盖能够较好地约束墙体。由此来看，要加强建筑结构空间的刚度及整体稳定性能，运用现浇楼与屋盖，对房屋的抗地震倒塌性能提升比较理想。

4.3 确保结构延性能力

面对震级较大的地震时，要想让建筑物的抗震能力更高，可以破坏部分结构构件以来延性耗散地震能力，最终让地震能量对建筑的整体不造成过大的承受力。比如，对构件间的承载力的相对大小进行科学调整，达到较好的屈服的目的。地震作用中的非弹性变形可以被结构延性有效抵抗，它之于结构的抗震性能的作用可以和结构的强度麓美。要想让结构在地震过程中有一定的延性，那么就需要在具有延性的结构上承受更多的塑性变形力。具体来说，可以运用如下三种方式提高建筑结构延性：

4.3.1 选择强柱弱梁

选择合适的塑性变形结构，就是我们常常讲的“强柱弱梁”。它根据人为作用来增强柱的抗弯能力。地震过程中，钢筋混凝土框架的梁端塑性铰会较早出现，而柱端塑性铰则恰好相反，当非线性位移达到最大值时，梁端塑性铰的塑性转动大，柱端铰的塑性则很小真实根木不会有塑性铰问题，如此一来框架的塑性耗能能力就会得到有效的保障。

4.3.2 增强构件抗剪切能力

要防止因为大地震对结构延性的剪切破坏，需要强化不同构件的抗剪切能力，即强剪弱弯，把梁端、柱端、节点位置的组合剪力值增大，防止构件出现剪切破坏。可以把一跨梁梁端截面的组合弯矩值乘以增大系数，然后根据平衡关系算出梁端的剪力。

4.3.3 保证塑性铰位置的塑性转动、耗能能力

利用建筑抗震构造方法让塑性铰位置的塑性转动、耗能能力足够大。“梁柱塑性铰机构”是我国当前用得最多的一种耗能构件模式。箍筋的增加能够让构件在面对剪切破坏时有更好的延性。