建筑结构抗震设计的问题及改良探讨

2015-04-16林辉煌

建材与装饰 2015年27期

关键词：抗震受力建筑物

林辉煌

（福建省漳浦县建筑设计院）

建筑结构抗震设计的问题及改良探讨

林辉煌

（福建省漳浦县建筑设计院）

随着建筑行业的繁荣，人们对建筑结构抗震设计的要求也越来越高。但由于对抗震结构的设计在我国的起步尚晚，因此在建筑结构抗震设计中存在一定的问题。本文针对抗震因素结合实际案例进行分析。

建筑结构；抗震设计；问题改良

随着近年来自然灾害的频繁发生，人们对地震灾害带来的影响十分关注，对建筑结构抗震性能的要求越来越高，建筑结构抗震设计对建筑结构抗震性能有着重要的影响。目前我国的建筑结构抗震设计还存在一些问题，还需要不断改良，保证建筑结构的抗震性能。

1　对抗震因素的考虑

1.1合理的制定抗震标准

对抗震标准进行设计时，需要结合当地的实际情况及建筑要求具体设定。①对建筑结构形式进行设计：为了保证建筑物具有一定的抗震能力，在国家最新版的设计规范中，砖混内框架结构已经被严格禁止[1]。砖混内框架的造价较低，但是其抗震性能还有所欠缺。目前最常采用的是剪力墙结构、框架结构等抗震性能较好的建筑结构。②抗震措施的考虑因素：这个主要是根据建筑物对抗震要求来设定的，对于地震的易发地带，如四川，就需要增强建筑的设防烈度。对于地震的少发地带，设置基本烈度设防便可。在掌握建筑物等级和场地类型的基础上，在设计中融入先进的抗震理念，对建筑物的抗震条件起到改善作用，令建筑物的抗震效果保持在一定的水平之上。

1.2结合实际的情况，合理的选择建筑的结构类型

随着建筑行业的不断发展进步，建筑结构的形式也呈现出多种多样的发展趋势，主要有钢筋混凝土结构、砖混结构为主。由于各个地区地质条件存在差异性，对抗震的要求也会有所不同，因此，对建筑结构的类型选择也会有所区别。要保证建筑具有一定的抗震性，必须要根据建筑施工地区的实际情况科学、合理的选择建筑的结构类型。通常情况下，钢筋混凝土结构因具有较高的负荷承载力及抗震力，被作为是高层建筑的首选。随着高层建筑的高度不断增加，会导致建筑结构的抗侧移刚度也逐渐加强，所以除了考虑建筑的纵向荷载力外，还需考虑高层建筑在水平移位上受到的压力。

1.3提高抗震设计的质量

地震发生时，会对房屋建筑造成很大的破坏，因此，对房屋进行抗震设计是十分必要的[2]。目前，我国建筑结构的整体设计水平相较国外发达国家还存在一定的差距，建筑结构的抗震性能还无法达到期望水平，很多建筑单位在进行建筑结构设计的时候没有制定合理的设计方案，导致在进行建筑施工的过程中无法合理的控制工程造价成本，对建筑结构的荷载力无法控制，降低建筑结构的抗震性能，使地震灾害带来的风险增加。因此，为了保证建筑结构设计的合理性和科学性，必须要遵守抗震设计的原则，如结构的承载能力、刚度及延性能力等。

2　实例分析

本文以某名胜古迹的一处古代城楼为案例来分析建筑结构抗震设计存在的问题及改良的措施，其楼盖的面积约为6300m2，其长约47m，宽约16.7m，每层的层高标准为3.6m，首层楼高为6.5m，总建筑面积约为6300m2。地基承载力标准为fk=220kPa，采用的是井字梁布置的楼盖为主要楼盖。其高度可达103.2m。该建筑要求抗六级地震，混凝土的等级强度为C30。

3　结构设计存在的问题

3.1采用交梁设计的弊端

若采用主次梁传递内力，由于盖楼的荷载较大，会导致半跨度和梁跨度增大，使用的截面尺寸也相应变大，就需要使用更多的配筋[3]，不利于建筑工程的施工成本控制。针对这个问题，施工人员通常会使用密肋梁，来减小梁跨度，再将相关构建的尺寸增大，从而解决受力问题，但是这种方法对建筑结构的美观造成一定的影响。在交梁楼盖受力的传播路径为板到次梁到框梁再到柱子，在传递过程中，次梁的受力过于集中，会造成框梁弯矩增大且分布不均匀，导致构件受力不均匀难以正常发挥材料的受力性能，同时为了避免正截面和斜截面的承载力过高而超过规定范围，必须要使用更多的钢筋和较大的梁截面。

梁框受力过于集中，会导致截面和高度增大，而且该建筑物顶楼减少了2根柱子，使建筑物的刚度降低，建筑物顶楼周边的柱子需要承受更多的力，按受力同刚度成正比原则，在截面固定不变的情况下，增加梁框的刚度，增强荷载能力，那梁柱截点会成为受力薄弱点，最先遭到损坏，有悖于“强柱弱梁”和“强节点弱杆件”的抗震原理。受力集中会造成建筑的功能性和经济性下降，因为交梁设计导致的构件截面较大，也不方便日后功能修改，降低了功能的可变更性，减少灵活性[4]。

3.2混凝土取代木构件存在的问题

近年来由于木材的稀缺和环保方面的考量，很多仿古建筑都改用混凝土结构取代木构件，取代后在抗震性上存在如下问题：①头重脚轻，在屋板的侧梁用混凝土进行浇筑后，会导致建筑物上层的负载加大，该建筑物楼层过高，被拆掉两个柱子后，导致建筑物缺乏足够的支撑，抗侧刚度不够强。②节点间缺乏有力的连接，建筑物为达到仿古的效果，在梁祝间的构件都采用构建的方法，用锚筋进行简单的连接，造成梁祝节点之间的连接不够，无法达到相关的抗震要求。③双檐柱之间的距离较短：中间还设置层间梁及斗拱等构件，会缩短双层檐间柱子的长度，对抗震情况更加不利。

4　改进措施

4.1改进头重脚轻的问题

从增强结构的抗侧刚度入手，在规定的标高范围内设一道拉梁。在2.5m高台基周边堆砌一定厚度的土砖墙，其厚度约为550mm左右。在建筑物的顶部设计圈梁，并延长主体拉梁向外延伸的长度，保证挡土墙同墙上的梁圈能够相互的给予拉力。要想形成能够相互交错的平面拉网，需要同梁下的主体短柱之间构成符合力度标准的骨架，之后对内部进行分层填土，夯实加固，形成建筑的稳固台基。同时在结构的设计上增设一排框架柱，将标高设为10.523m。增加框架抗侧的刚强度，从而分解柱轴的压力，增加建筑的抗震能力[5]。

4.2增加节点的连接力度

为了增加节点之间的连接力度，本建筑用厚度为200mm的十字交叉混凝土墙片取代预制构建。利用抹灰对斗拱造型的结构进行加固，如果小斗不在同一平面，可以对其进行加工，形成预购件，在建筑结构接头处预留锚筋，对其进行构建连接。在每个柱头之间都需要利用相应的斗拱进行连接，该连接段被称为平身科。设计的方法同柱头科类似[6]。同时在建筑的结构上添加墙片设计，不仅能够增强建筑的刚度，同时也会加大悬挑梁的断面，加大节点的连接强度，保证房屋的稳定性。

4.3解决双檐柱之间的距离较短的问题

针对上述的这个问题，在进行建筑结构设计的时候不对上下檐间的柱子进行加密，以抗震标准中对短柱配箍的要求为依据进行设计。此外，可将十字交叉墙片安置于大短柱的断面，从而改善节点的受力能力。在安装支模的时候，可以利用小块钢丝水泥椽望板为材料取代模板，保证施工过程的稳定性。

4.4采用井字梁代替交梁设计

井字梁盖楼性能比交梁盖楼更为优越，井字梁楼盖两个方向的梁没有主次之分，互相交叉成井格形，它们通过相互协作来承受板上传来的压力，类似一块高跨度的双向板，有较强的受力能力，且自身具有一定的建筑美感。通常该梁的长宽的结构设计在1.5之内，若超过这个比例，井字梁会出现单边受力的倾向，整体受力的协作性就会降低，削弱其的受力优越性[7]。

该建筑中采用的是大井字梁套小井字梁的结构模式，将与柱子相连的井字梁设计成大的井字梁，将其他的井字梁镶嵌在里面，形成大小井字梁分隔结构。受力传播方式为小井字梁-大井字梁-柱子，在这种方法中大井字梁可以将受到的力均匀的传向两边，相应的减少短向井字梁的承受压力，降低了对井字梁周边框梁的抗扭刚度要求，减轻整体结构的自身承重力，降低配筋的使用，同时节省小井字梁截面的取值，增强整体的结构的稳定性和协作受力能力，提高建筑的经济适用性。若在井字梁设计中采用避开柱子的方法，则井字梁的长宽之比会超过1.5，出现单向板受力倾向，且短向边框梁受力增大，为了满足平均受力原则，需要添加井字梁的短向配筋用量，就会造成建筑工程造价成本的增加。