建筑结构抗震设计研究

2018-07-03何国

建材与装饰 2018年30期

何国

（广西五鸿建设集团有限公司广西宜州 546300）

如今，城市建设快速发展，城市居民的生活水平不断提高，许多不同用途的建筑纷纷兴建，这也加重了建筑受地震的影响与危害。因此，在这一局势下，应提高对建筑结构抗震设计的重视度，保证抗震设计质量。

1 建筑高度与层数限值

现行规范通过对现有震害的分析总结，并结合我国基本国情，确定在各种设防烈度条件下的建筑高度与层数限值。在抗震设计过程中，建筑高度与层数限值必须同时满足，这是因为楼盖的重量可以建筑总重50%，对可使用底部剪力法对各楼层水平方向上地震作用进行计算的建筑，在高度相同时，每多一层楼盖，地震作用将增加至少半层楼。特别是底部采用框架结构，上部采用砖混结构的建筑，如果多一层楼盖，则不仅会增大底部水平方向上的地震剪力，而且还会增大倾覆力矩，受到中强地震作用后，由于倾覆力矩相对较大，会使框架边柱出现一定附加轴力，导致底部的承载能力明显降低，致使边柱被拉断，加重震害。想要突破规范要求的建筑高度与层数限值，可使用新结构体系[1]。

2 建筑的平、立面布置

对于平、立面的布置必须保证规则与简洁，且结构刚度与质量的布置应保持均匀。如果平面布置较为复杂，则会使刚心和质心无法重合，受到地震作用后，会产生扭转振动效应，使地震破坏明显加重。将砖墙体体系的抗震强度系数视作抗力指标，分析结构体系的易损性，经分析发现当建筑的部分平面为不规则时，部分墙段抗震强度系数将减小至少20%，受地震作用后，会产生较为严重的破坏，无法满足基本设防要求。在抗震设计过程中，结构平面布置应确保刚心与质心保持一致，减小扭转振动效应，如果建筑的平面布置为不规则形式，则应在设计中密切注意相关验算，比如框架柱结构的承载能力。在建筑立面上，不得“头重脚轻”，降低重心，对于水箱间和女儿墙等部分，因其根部和下部结构之间的连接较为薄弱，容易发生刚度突变现象，产生较为严重的受鞭梢效应，受地震作用后，会率先发生破坏与倾倒；除此之外，地震作用经屋面不断向下传递，若屋面刚度较低，则突出屋面下部将产生集中破坏[2]。在进行抗震设计时，出屋面建筑总高不宜太高，以此减小因地震作用产生的影响。

3 结构薄弱层

中强地震条件下，结构处在弹塑性实际状态，薄弱层会产生集中的变形现象，具体变形值数远大于其它楼层，对于薄弱楼层，其变形程度对结构破坏状态有决定性作用。基于此，应改善或提高薄弱楼层自身抗震能力[3]。受水平地震作用后，楼层强弱程度主要根据屈服强度系数予以判断。对于屈服强度系数，它指的是楼层受剪极限承载力和弹性反应地震剪力的比值，可表示为：

式（1）中，ξ（i）表示楼层 i的屈服强度系数；表示楼层 i的受剪极限承载力；）表示楼层i的弹性地震剪力，计算公式为：

式（2）中，n表示总结构层数表示楼层k的弹性地震作用标准值。对于砖混结构，且建筑高度与层数不同，薄弱层位置也不同。对于不超过4层的建筑，其薄弱楼层多处于底层；对于超过5层的建筑，其底部2层墙体有相近的抗力，而部分底层墙体，其抗力比2层墙体大，薄弱楼层所处位置因此上移[4]。由此可以看出，在设计过程中仅增大底部墙体横截面积，或使用较高等级的砂浆，其提高抗震能力的效果十分有限。基于此，对超过5层的建筑进行抗震设计时，需要对底部1～3层的墙体进行面积增大，并使用高等级砂浆，同时于变化位置进行抗震盐酸。当建筑底部采用框架结构，上部采用砖混结构时，框架结构的耗能、承载与变形能力均较强，以延性破坏为主；而砖混结构虽然也有良好承载能力，但耗能与变形能力则很差，以脆性破坏为主。对于过渡楼层，它除了要对上部地震剪力进行传递，还承担底板因倾覆力矩造成的层间位移增大，实际受力情况十分复杂。另外，基于竖向均布荷载情况，过渡楼层的墙板主要处在拉剪应力或者是压剪应力的实际状态。通过试验可知，墙体水平方向上的承载力减小20%左右[5]。因此，应重视并加强过渡楼层结果抗震能力。在过渡楼层中，所有开间都应设置圈梁与构造柱，以此形成一个弱框架结构体系，这一体系除了能增强剪力传递能力，还能保证耗能能力与延性。钢筋混凝土框架填充墙结构底部大多设置车库与商场，为切实达到预期的使用要求，处在底部的填充墙，其数量较少，且间距相对较大；同样，上部填充墙的数量也很多，且分布范围广。受地震作用后，框架结构将和上部填充墙同时参与工作，在这种情况下，即便填充墙先产生开裂，而且在开裂以后其刚度明显降低，但因墙体用量较大，且分布广泛，所以在达到塑性状态后，依然有良好耗能能力。与此同时，竖向上的框架柱截面，并未发生太大的变化，底部的屈服强度系数比上部小，形成薄弱层。受中强地震作用后，会造底部产生变形集中。除此之外，填充墙还会增大侧移刚度，导致上部刚度和底部刚度存在较大差异，无法满足现行规范的相关要求。对此类结构进行抗震设计时，宜在底部采用剪力墙来补充刚度和强度，防止底部产生变形集中[6]。

4 结构空间刚度

建筑是由横、纵两个方向上的承重构件及楼盖构成的结构体系，具有空间刚度，抗震能力由空间刚度及稳定性直接决定。刚性楼盖是使所有竖向构件实现共同受力的重要基础，宜为现浇形式的楼屋盖，而且在砖混体系当中，采用这种楼屋盖除了能避免散落与滑移，保证整体性及刚度，还能适当放宽对墙体对齐提出的要求，所以对以剪切变形作为核心的砖混体系，可以对其层间变形进行有效控制，楼屋盖当水平刚度较强时，能为荷载传递创造良好条件，如果平面上的墙体未能对齐，则采用这种楼屋盖，还能对墙体予以约束。在砖混结构建筑中，常会用到纵墙或者是横强来承重，因其另外一个方向上的具有约束作用的墙体数量较少，且间距较大，所以建筑另外一个方向上的刚度相对较弱，无论是空间刚度还是整体性，都难以满足要求，导致抗震能力无法达到要求，受中强地震作用后，墙体因平面外发生失稳而率先产生破坏，最终导致整个建筑倒塌。当在两个方向上同时布置纵墙或横墙时，因它能减小纵墙发生的侧向变形，提高空间刚度，保证整体性，无论是对双向地震作用，还是抗剪与抗弯，均十分有利，具有良好的抗震性能[7]。除此之外，在对墙体进行布置时，应优先考虑纵墙贯通模式。如果纵墙无法实现贯通布置，则应在连接部位采用合理可行的加强措施，比如在交接部位使用由钢筋混凝土制成的构造柱，同时对构造配筋予以适当的加强处理，和构造柱直接相连的墙体，需要同时进行砌筑施工，放坡留搓，在必要的情况下，按照一定间隔增设水平钢筋，用于提高结构体系的整体性，避免纵横墙之间的交接部位被拉开。