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专题
建筑抗震设计
发布时间:2017-11-30 13:16:48   点击:次   来源:   

众所周知地震给人们带来的损失是无法估量的,我国是一个多地震的国家,而建筑的结构设计与抗震能力密切相关,因此,搞好建筑物的结构设计是提高建筑抗震能力的基础,也是保障人民生命财产安全的重要措施。可见建筑的抗震能力和建筑设计是相辅相承的,只有将建筑抗震设计与建筑设计融合在一起才能达到预期的抗震效果。在建筑设计中融合建筑抗震设计是一项严谨而复杂的工作,需要设计者采取科学合理的方法,全面考虑建筑的结构、地基、高度、承载能力以及各部分的布局和性能特点,在保证实用性和观赏性的前提下提高房屋的建筑质量,进而达到抗震的性能要求[1]

我国地震的特点
 
基于构造地震的活动特点,和特殊的自然条件和地形、社会条件以及历史因素,我国的地震灾害主要有以下特点:①地震的频率较高。我国地处世界两大地震带- 环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇处,有非常明显的地震活动性,光记录在案七级以上的地震就有十多起,5 级以下的地震一年发生上千起;②灾情较为严重。我国大陆的地震震源一般都比较浅,大都在地壳内部10 ~ 25km,破坏力可想而知。超过五级的地震,在我国就会造成大量的房屋倒塌和人员的伤亡;③伴有很严重的次生灾害。我国地势西高东低,呈阶梯状分布,地势复杂多样,丘陵、山地、平原、盆地、高原均有分布。地震的直接灾害,常常会引起火灾、水灾、滑坡、泥石流、台风、海啸,由于震后人员的安置比较集中,密度较大,加之震后医疗设备的不齐全,卫生环境跟不上,很容易导致大规模疫情的传播,给人们身体和心理上造成多重的伤害,远比地震的直接损害要更为严重;④成灾面积广,地震波及范围大,发生一次规模较大的地震,它有可能波及震中周围几百或者上千公里之内的地界。如我国2008 年5 月12 号发生的汶川地震,除了黑龙江和辽宁,其他省份均有明显的震感,最远波及到了3000km 之外的曼谷,可想而知它的威力之大、范围之广;⑤地震灾害呈一定的周期,目前我国处于地震高发时期,可能会维持到下个世纪初,因此一定要提前做好预防,加强建筑的抗震能力[2]

建筑抗震设计是建筑设计中一个最基础的要素,只有充分的重视建筑抗震设计才能有效的提高建筑的抗震能力,使人们的生命安全和人生财产免受地震的倾袭,然而现阶段在我国的建筑抗震设计方面还存在有一定的缺陷,从而影响了我国建筑的整体抗震水平。

现阶段我国建筑抗震设计存在的问题
 
1.在建筑抗震设计科学的理论指导相对比较缺乏
现阶段尽管我国已经加大了对地质地震的研究,但是对造成地震的原因,地震的预测以及地震的防治方面的研究还不够深入,导致我国无法准确的预测地震并且做出科学的防范,因此在我国的建筑抗震设计上就缺乏相对科学的理论指导,导致建筑抗震设计出现不合理的现象。

2.没有立足于实际情况进行建筑抗震设计
现阶段在我国的建筑具体的抗震设计中,很多时候都是以固定的参数进行建筑抗震设计,而没有结合实际的情况,这种完全依靠计算来进行的抗震设计难免会存在一些误差,导致建筑抗震设计无法很好的发挥出抗震作用。例如,在我国现阶段的地震研究中,会对地震的降级系数进行统一规定成2. 81,这样就会给很小的地震赋予固定的统计意义。然而在实际的情况中,相对比较小的地震更多的会运用于实际的结构设计中,而建筑结构中变形的检验以及横截面的具体承载能力是要根据实际的情况来进行设计的。在建筑设计中如果只是依靠统一的计算设计,没有深入的考虑到建筑结构的层次以及顺序,很难使建筑抗震结构发挥出重要的意义[3]

抗震设计过程中的重点问题
 
1. 合理选择抗震建筑物地理位置
地震时建筑物所处的地势条件是影响建筑物破坏程度的重要因素,避开明显有不安全因素的区域,如无任何加固措施的山体、危险区域的河流、软弱土、液化土、河岸和边坡边缘、易发生山体滑坡、易受自然灾害影响、距离废弃的危险物较近等,这些区域都应慎重考察,同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上,也不宜部分采用天然地基,部分用桩基,当地基有不均匀土层时宜加强基础整体性和刚度。

2. 合理选择抗震建筑物的结构体系
(1)结构体系应有必备的承载能力,这是建筑抗震设计中的基础,良好的变形能力和消耗地震能量的能力能够充分减少地震带来的破坏,从而从根本上减弱地震伤害。
(2)结构体系应具有抵抗因为部分结构或构件破坏而导致整个结构毁坏的能力,抗震设计的一个重要原则就是减缓能量并且合理分配重力,从而抵抗结构失效或失稳。
(3)结构体系应具有合理的强度和刚度。建筑的平、立面布置宜规正、对称,建筑的质量分布和刚度变化宜均匀,抗震设计要求建筑物的抗压强度和建筑或者构件抵抗变形的能力强则可以抵抗过大的应力集中,从而抵抗住地震带来的巨大破坏力,在短暂的地震中支撑下来。
(4)建筑物具有消能抗震结构,设计完成的结构体系应具有符合数据计算图纸和地震受力缓解途径,例如在房屋建筑的一些重要和关键部位安装一些消能原件或阻尼装置,这些效能装置能在巨大的冲击力中通过滞回变形的方式有效吸收地震大部分的能量,这样一来就极大地降低了建筑物本身水平和垂直方向上的地震压力,从而对高层建筑有很好的保护效果。

3. 规范建筑物的平面布局
建筑物的动力性能基本上取决于它的平面布局,建筑物的布局应严格遵守抗震的综合设计原则,重点审查不规范的设计方案,保障建筑物抗震减灾能力的实现,避免因为平面布局的不规范、设计的不科学、操作的不严谨引发出安全隐患。

4. 收集完整的前期勘察资料
有的建筑设计部门在建筑设计阶段缺乏岩土工程勘查资料或者相关资料不完整,在设计会审后就直接进入了施工图设计阶段,因为缺乏完整的岩土工程勘查资料,在设计时缺乏了重要的设计依据,在同一结构单元内平面形状和刚度不均匀、不对称,平面设计出现了极大的不合理性等,最终导致建筑抗震结构设计的整体失败。

5. 合理选择建筑体系用料
我国地域辽阔,有不少区域位于地震多发带,这就极大增加了危险性,因此,对建筑物抗震能力的要求也十分高,采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国的建筑结构主要以钢筋混凝土为核心,建筑的核心则应以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。因为钢筋混凝土具有弯曲变形侧移较大的特性,就不能用刚度很小的钢框架协同工作,这加大了钢结构的负担,而且起不到抗震的效果,只有提高混凝土的刚度才能符合规范侧移限值。

6. 抗震设计防线多样化
一场强震之后往往伴随着多次不确定的余震,若建筑物只有单一的抗震设计,即使在一次较大强度的地震中支撑下来,在未来的余震中也会因为单一抗震设计的损坏而坍塌。因此,一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成,建筑物抗震结构体系应有最大可能性的一系列耗能部件和布局,有意识地建立一系列分布的屈服区,从而保障结构的抗震及延性,这样可以有效地减少次生灾害带来的不必要的损伤。

7. 强化建筑设计中的薄弱部位
建筑的设计不能只重视整体的抗震能力和图纸计算的理论值,整体和局部的抗震性相互影响,建筑整体的抗震能力在一定的弹性受力范围内保持相对稳定的变化,一旦建筑物结构中的某一薄弱部位因为受力不均或人为因素等造成受力的突变,则建筑整体的抗震能力便会大打折扣,从而不符合设计图纸计算的理论值。

8. 建筑结构性能的完善和未来的维护
由于历史原因,我国尚存在数量相当庞大的七八十年代的房屋,这些房屋在建设初期的设计过程中就未能妥善考虑建筑抗震的设计,所以抗震能力微乎其微,即使近些年来我国对于一些年代较长的房屋和危险建筑进行了保护处理,但是其抗震能力远远达不到如今的抗震标准,甚至会威胁到周边的现代化建筑。如今高楼林立,现代化的建筑已经遍地开花,抗震能力增强,但是建筑抗震构件及相关耗能部件存在老化和损坏的现象,因此,后期的维护就显得非常重要了。在当前我国已经通过试点的方式对一些工程进行了相应的设计,并且起到了很好的作用,近些年来的试点设计建筑在地震中得到了很好的验证,这些都充分体现了新型抗震设计方案已进入了实践阶段。相信在未来的建筑设计中,建筑结构的设计维护和相关性能的完善会被更加广泛考虑进最初的图纸设计之中。

9. 设立适宜的抗震设计防烈度
根据我国颁布的建筑物地震设防规范,当区域地震烈度在6 度及以上时,建筑物地震设防的地震烈度应当比地震烈度大一级。近几年许多专家提出,现行的建筑结构设计已不能适应国情的需要,而且我国现行抗震设防标准是比较低的,中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为10% 的地震烈度,较低的抗震设防烈度放松了建筑的抗震要求。我国各个区域所处的地理环境不同,自然建筑的抗震能力要求不一样,例如我国的台湾位于地震多发带,就应该有较高的抗震防烈度。总体来说,我国目前的抗震设防烈度较低,考虑国情的需要并及时修正是未来建筑行业的目标[4]


人类对于居住条件的要求不仅体现在舒适性方面,同时也对安全性提出了更高的要求。面对地震等自然灾害有时候我们无能为力,但是我们可以通过建筑抗震设计来提高建筑物的抗震水平以保证人民的生命财产安全,设计者必须运用自身的专业知识,在深入了解和分析建筑设计的结构特点同时使房屋建筑的抗震性能得到大幅提升,从而减小地震造成的危害。
 
 
参考文献:
[1]贺玉磊等.房屋建筑抗震设计研究.民营科技,2017(5):177
[2]黎静.高层建筑抗震设计研究.工程技术研究,2017(5):220-221
[3]周伟敬等.建筑设计在建筑抗震设计中的作用探析.江西建材,2017(3):58
[4]张玲.建筑抗震设计的若干问题.中外企业家,2017(6):219-226