請(qǐng)問建筑結(jié)構(gòu)抗震理念設(shè)計(jì)有哪些?

【專家解說】：一、關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的概述 我國(guó)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算、容許應(yīng)力法、破損階段計(jì)算、極限狀態(tài)計(jì)算,到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段?，F(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的原則。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理,但該法在運(yùn)算過程中還帶有一定程度近似,只能視作近似概率法,并且僅憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估算建筑物的真正承載力。事實(shí)上,建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu),各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作,并非是脫離結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。 地震具有隨機(jī)性、不確定性和復(fù)雜性,要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù),目前是很難做到的。而建筑物本身又是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng),在遭受地震作用后其破壞機(jī)理和破壞過程十分復(fù)雜。且在結(jié)構(gòu)分析方面,由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素,也存在著不確定性。因此,結(jié)構(gòu)工程抗震問題不能完全依賴計(jì)算設(shè)計(jì)解決。應(yīng)立足于工程抗震基本理論及長(zhǎng)期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念,從概念設(shè)計(jì)的角度著眼于結(jié)構(gòu)的總體地震反應(yīng),按照結(jié)構(gòu)的破壞過程,靈活運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,全面合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本問題,既注意總體布置上的大原則,又顧及到關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)構(gòu)造,從根本上提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。 二、抗震概念設(shè)計(jì)的基本原則與要求 1.選擇有利場(chǎng)地。造成建筑物震害的原因是多方面的,場(chǎng)地條件是其中之一。由于場(chǎng)地因素引起的震害往往特別嚴(yán)重,而且有些情況僅僅依靠工程措施來彌補(bǔ)是很困難的。因此,選擇工程場(chǎng)址時(shí),應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)勘察,搞清地形、地質(zhì)情況,挑選對(duì)建筑抗震有利的地段,盡可能避開對(duì)建筑抗震不利的地段,任何情況下均不得在抗震危險(xiǎn)地段上建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑物。 對(duì)建筑抗震有利的地段,一般是指位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻中硬場(chǎng)地土。建造于這類場(chǎng)地上的建筑一般不會(huì)發(fā)生由于地基失效導(dǎo)致的震害,從而可從根本上減輕地震對(duì)建筑物的影響。對(duì)建筑抗震不利的地段,就地形而言,一般是指條狀突出的山嘴、孤立的山包和山梁的頂部、高差較大的臺(tái)地邊緣、非巖質(zhì)的陡坡、河岸和邊坡的邊緣;就場(chǎng)地土質(zhì)而言,一般是指軟弱土、易液化土、故河道、斷層破碎帶、暗埋塘浜溝谷或半挖半填地基等,以及在平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的地段。 2.采用合理的建筑平立面。建筑物的動(dòng)力性能基本上取決于其建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡(jiǎn)單合理,結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則,就能從根本上保證房屋具有良好的抗震性能。 經(jīng)驗(yàn)表明,簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱的建筑抗震能力強(qiáng),在地震時(shí)不易破壞;反之,如果房屋體形不規(guī)則,平面上凸出凹進(jìn),立面上高低錯(cuò)落,在地震時(shí)容易產(chǎn)生震害。而且,簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱結(jié)構(gòu)容易準(zhǔn)確計(jì)算其地震反應(yīng),可以保證地震作用具有明確直接的傳遞途徑,容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。 3.選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題。按結(jié)構(gòu)材料分類,目前主要應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系有砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)等;按結(jié)構(gòu)形式分類,目前常見的有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)體系的確定受到抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件以及建筑材料、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等諸多因素影響,是一個(gè)綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題,需進(jìn)行周密考慮確定。 抗震規(guī)范對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系主要有以下規(guī)定:①結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑;②結(jié)構(gòu)體系宜具有多道抗震防線,應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力;③結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有必要的抗震承載力,良好的變形能力和耗能能力;④結(jié)構(gòu)體系宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部削弱或突變形成薄弱部位,產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中,對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高抗震能力;⑤結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近,在結(jié)構(gòu)布置時(shí),應(yīng)遵循平面布置對(duì)稱、立面布置均勻的原則,以避免質(zhì)心和剛心不重合而造成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和產(chǎn)生薄弱層。 4.提高結(jié)構(gòu)的延性。結(jié)構(gòu)的延性可定義為結(jié)構(gòu)在承載力無明顯降低的前提下發(fā)生非彈性變形的能力。結(jié)構(gòu)的延性反映了結(jié)構(gòu)的變形能力,是防止在地震作用下倒塌的關(guān)鍵因素之一。 結(jié)構(gòu)良好的延性有助于減小地震作用,吸收與耗散地震能量,避免結(jié)構(gòu)倒塌。而結(jié)構(gòu)延性和耗能的大小,取決于構(gòu)件的破壞形態(tài)及其塑化過程,彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件,構(gòu)件彎曲屈服直至破壞所消耗的地震輸入能量,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于構(gòu)件剪切破壞所消耗的能量。因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求避免構(gòu)件的剪切破壞,爭(zhēng)取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。始終遵循強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)煎弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱錨固原則。構(gòu)件的破壞和退出工作,使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過渡到另外一種穩(wěn)定體系,致使結(jié)構(gòu)的周期發(fā)生變化,以避免地震卓越周期長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用引起的共振效應(yīng)。 5.確保結(jié)構(gòu)的整體性。結(jié)構(gòu)是由許多構(gòu)件連接組合而成的一個(gè)整體,并通過各個(gè)構(gòu)件的協(xié)調(diào)工作來有效地抵抗地震作用。若結(jié)構(gòu)在地震作用下喪失了整體性,則結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗震能力不能充分發(fā)揮,這樣容易使結(jié)構(gòu)成為機(jī)動(dòng)體而倒塌。因此,結(jié)構(gòu)的整體性是保證結(jié)構(gòu)各個(gè)部分在地震作用下協(xié)調(diào)工作的重要條件,確保結(jié)構(gòu)的整體性是抗震概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。 為了充分發(fā)揮各構(gòu)件的抗震能力,確保結(jié)構(gòu)的整體性,在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)遵循以下原則:①結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性。結(jié)構(gòu)的連續(xù)性是使結(jié)構(gòu)在地震作用時(shí)能夠保持整體的重要手段之一。②保證構(gòu)件間的可靠連接。提高建筑物的抗震性能,保證各個(gè)構(gòu)件充分發(fā)揮承載力,關(guān)鍵的是加強(qiáng)構(gòu)件間的連接,使之能滿足傳遞地震力時(shí)的強(qiáng)度要求和適應(yīng)地震時(shí)大變形的延性要求。③增強(qiáng)房屋的豎向剛度。在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使結(jié)構(gòu)沿縱、橫2個(gè)方向具有足夠的整體豎向剛度,并使房屋基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的整體性,以抵抗地震時(shí)可能發(fā)生的地基不均勻沉降及地面裂隙穿過房屋時(shí)所造成的危害。