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摘要:我国地震等自然灾害频繁发生,随着人们安全意识的不断加强,对建筑工程的抗震功能有了越来越多的期望,促使建筑工程领域对建筑物的建筑结构抗震性能的设计工作不断完善、加强。随着科技的不断进步,建筑物的建筑结构抗震性能设计工作越来越完善,总结归纳了很多建筑结构抗震设计的方法。但是,怎样从地震环境与社会发展的实际情况中去不断完善建筑结构的抗震设计,依然是建筑工程领域发展路上的一大任务。
关键词:建筑;结构设计;抗震设计
引言:随着最近今年地质灾害不断发生,人们对于建筑结构设计的抗震性能要求越来越高,国家相关部门也制定了详细的建筑结构抗震设计标准和规范,建筑企业应该在这样的背景下,积极开展抗震结构设计工作。文章从这个角度出发,积极探析建筑结构设计中的抗震设计问题。
一、结构抗震概念设计的重要性
概念设计是解决地震不确定性的好方法。我们对地震破坏机理还不十分清楚,对地震的破坏现象也只是停留在感性认识阶段,建筑物抗震计算的原理只是一种近似方法,却不能代表建筑本身在地震中的真实反应。概念设计的思想不妨是个解决这个问题的好方法。地震是一种随机振动,有着难以把握的复杂性和不确定性,要准确地预测建筑物遭遇地震的特性和参数,尚难以做到。在建筑抗震理论未达到科学严密的今天,单靠计算很难使建筑具备良好的抗震能力。因此,结构工程师必须重视建筑总体抗震能力的概念设计。
概念设计是工程师进行结构设计创新的原则和方法。概念设计是展现先进设计思想的关键,一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为,概念设计做得好的结构工程师,随着他的不懈追求,其结构概念将随年龄与实践的增长而越来越丰富,设计成果也越来越创新、完善。
二、建筑结构设计的阶段
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。
方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为:(一)荷载的计算。荷载包括外部荷载(如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载等等)和内部荷载(如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)。上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同情况下的组合计算。(二)构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。(三)内力的计算,根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力、拉力等等。四:构件的校核。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制(如,轴压比,剪跨比,跨高比,裂缝和挠度等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
施工图设计阶段的内容为:根据上述计算结果,来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
三、建筑结构抗震设计方法
在对建筑物进行抗震设计的时候,应该充分的考虑抗震的概念设计,主要从以下的几个方面进行考虑:
1.房屋的强度以及刚度一定要匀称。像一些多层建筑,应该在进行抗震设计的时候将其各个层面之间的刚度和强度保持一致。每个多层建筑都存在薄弱的楼层,这些薄弱的楼层就会成为地震力作用下的变形集中部位,在地震中,建筑物首先就会从薄弱的楼层开始破坏,然后扩散到整个楼层[2]。例如:一些底商住宅设计,底商住宅的底层是框架,上部为砖混的住宅。底层框架的抗侧移刚度与上层住宅抗侧移刚度相比,要小的多,因此,在这些底商住宅中,底层成为抗震的最为薄弱的环节。在对底商住宅进行抗震概念的设计的时候,需要加强底部侧移的刚度,从纵横方向按照相关的规范要求进行设置剪力墙,所以,底层框架住宅正确的设计应该是底层框架剪力墙结构。
2.建筑结构体系的合理选择。结构体系应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应具有必要的赘余度和内力重分配的功能,即使地震中部分构件退出工作,其余构件仍能将竖向荷载承担下来,避免整体结构失效或失稳。另外,结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。在这过程中,竖向构件的布置,应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀;楼屋盖梁系的布置,应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去;转换结构的布置,应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。与此同时,整体抗侧力结构体系也必须明确,抗侧力结构一般由框架、剪力墙、简体、支撑等组成,它们宜尽量贯通连续,若它们沿竖向要有变化,则变化要缓慢均匀。
3.选择有利的抗震场地。人们常常看到在具有不同工程地质条件的场地上,建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。于是人们自然就想到既然在不同场地条件下建筑物所受的破坏作用是不同的,那么,选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设,就能大大地减轻地震灾害。另一方面,由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制,除了极不利和有严重危险性的场地以外,往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类,以便按照不同场地特点采取抗震措施。
4.在进行建筑物抗震概念设计的时候,应该提倡采用强柱弱梁的框架。在地震中为了避免框架的倒塌,应该采用强柱弱梁的框架结构能够有效的避免强梁弱柱。像一些建筑物的框架结构是单一的,从而导致框架就成为在地震中唯一的抗侧力的构件,从而容易在地震中被破坏。如果采用强柱弱梁型延性的框架,能够在水平地震力的作用下,梁的屈服能够早于柱的屈服,那么,我们就可以充分的利用梁的变形从而消耗在地震中的能量,进而使建筑物的框架柱成为抗震的第二条防线。
四、结束语
我们在建筑设计中,建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标,我们要从可靠安全性和功能技术方面等内容考虑,要设计建造出具有更加完整,安全系数高以及更加优质美观的建筑,避免地震灾害给人类造成灾难和损失。建筑结构设计中的抗震设计关系重大,国家相关部门应该强化立法,执法,促进建筑结构抗震设计监督体系的构建;建筑企业应该树立高度的责任感,积极开展建筑结构抗震设计工作;建筑结构设计人员应该不断学习理论的实践经验,调整抗震设计方法,切实的将抗震设计工作做到实处。在多方面行为主体的努力下,建筑结构设计的抗震设计质量和效果将不断提高。
参考文献:
[1]李智建,石延明.浅谈建筑结构设计中的抗震设计[J].科技资讯.2014(12);
[2]刘程彦.建筑结构的抗震设计探讨[J].四川建材.2015(01);
[3]王亚勇,戴国莹,建筑抗震设计规范疑问解答[M].北京:中国建筑工业出版社,2011;
[4]张文银,高莉.建筑结构抗震设计[J].山西建筑.2016第32期。