林輝煌

（福建省漳浦縣建筑設(shè)計(jì)院）

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的問(wèn)題及改良探討

林輝煌

（福建省漳浦縣建筑設(shè)計(jì)院）

隨著建筑行業(yè)的繁榮，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。但由于對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在我國(guó)的起步尚晚，因此在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在一定的問(wèn)題。本文針對(duì)抗震因素結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行分析。

建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；問(wèn)題改良

隨著近年來(lái)自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，人們對(duì)地震災(zāi)害帶來(lái)的影響十分關(guān)注，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的要求越來(lái)越高，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能有著重要的影響。目前我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)還存在一些問(wèn)題，還需要不斷改良，保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1　對(duì)抗震因素的考慮

1.1合理的制定抗震標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)抗震標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況及建筑要求具體設(shè)定。①對(duì)建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)：為了保證建筑物具有一定的抗震能力，在國(guó)家最新版的設(shè)計(jì)規(guī)范中，磚混內(nèi)框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)被嚴(yán)格禁止[1]。磚混內(nèi)框架的造價(jià)較低，但是其抗震性能還有所欠缺。目前最常采用的是剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等抗震性能較好的建筑結(jié)構(gòu)。②抗震措施的考慮因素：這個(gè)主要是根據(jù)建筑物對(duì)抗震要求來(lái)設(shè)定的，對(duì)于地震的易發(fā)地帶，如四川，就需要增強(qiáng)建筑的設(shè)防烈度。對(duì)于地震的少發(fā)地帶，設(shè)置基本烈度設(shè)防便可。在掌握建筑物等級(jí)和場(chǎng)地類型的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)中融入先進(jìn)的抗震理念，對(duì)建筑物的抗震條件起到改善作用，令建筑物的抗震效果保持在一定的水平之上。

1.2結(jié)合實(shí)際的情況，合理的選擇建筑的結(jié)構(gòu)類型

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)的形式也呈現(xiàn)出多種多樣的發(fā)展趨勢(shì)，主要有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)為主。由于各個(gè)地區(qū)地質(zhì)條件存在差異性，對(duì)抗震的要求也會(huì)有所不同，因此，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的類型選擇也會(huì)有所區(qū)別。要保證建筑具有一定的抗震性，必須要根據(jù)建筑施工地區(qū)的實(shí)際情況科學(xué)、合理的選擇建筑的結(jié)構(gòu)類型。通常情況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因具有較高的負(fù)荷承載力及抗震力，被作為是高層建筑的首選。隨著高層建筑的高度不斷增加，會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度也逐漸加強(qiáng)，所以除了考慮建筑的縱向荷載力外，還需考慮高層建筑在水平移位上受到的壓力。

1.3提高抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量

地震發(fā)生時(shí)，會(huì)對(duì)房屋建筑造成很大的破壞，因此，對(duì)房屋進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是十分必要的[2]。目前，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)水平相較國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能還無(wú)法達(dá)到期望水平，很多建筑單位在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候沒(méi)有制定合理的設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致在進(jìn)行建筑施工的過(guò)程中無(wú)法合理的控制工程造價(jià)成本，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的荷載力無(wú)法控制，降低建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，使地震災(zāi)害帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，為了保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，必須要遵守抗震設(shè)計(jì)的原則，如結(jié)構(gòu)的承載能力、剛度及延性能力等。

2　實(shí)例分析

本文以某名勝古跡的一處古代城樓為案例來(lái)分析建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及改良的措施，其樓蓋的面積約為6300m2，其長(zhǎng)約47m，寬約16.7m，每層的層高標(biāo)準(zhǔn)為3.6m，首層樓高為6.5m，總建筑面積約為6300m2。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)為fk=220kPa，采用的是井字梁布置的樓蓋為主要樓蓋。其高度可達(dá)103.2m。該建筑要求抗六級(jí)地震，混凝土的等級(jí)強(qiáng)度為C30。

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

3.1采用交梁設(shè)計(jì)的弊端

若采用主次梁傳遞內(nèi)力，由于蓋樓的荷載較大，會(huì)導(dǎo)致半跨度和梁跨度增大，使用的截面尺寸也相應(yīng)變大，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。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，施工人員通常會(huì)使用密肋梁，來(lái)減小梁跨度，再將相關(guān)構(gòu)建的尺寸增大，從而解決受力問(wèn)題，但是這種方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的美觀造成一定的影響。在交梁樓蓋受力的傳播路徑為板到次梁到框梁再到柱子，在傳遞過(guò)程中，次梁的受力過(guò)于集中，會(huì)造成框梁彎矩增大且分布不均勻，導(dǎo)致構(gòu)件受力不均勻難以正常發(fā)揮材料的受力性能，同時(shí)為了避免正截面和斜截面的承載力過(guò)高而超過(guò)規(guī)定范圍，必須要使用更多的鋼筋和較大的梁截面。

梁框受力過(guò)于集中，會(huì)導(dǎo)致截面和高度增大，而且該建筑物頂樓減少了2根柱子，使建筑物的剛度降低，建筑物頂樓周邊的柱子需要承受更多的力，按受力同剛度成正比原則，在截面固定不變的情況下，增加梁框的剛度，增強(qiáng)荷載能力，那梁柱截點(diǎn)會(huì)成為受力薄弱點(diǎn)，最先遭到損壞，有悖于“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的抗震原理。受力集中會(huì)造成建筑的功能性和經(jīng)濟(jì)性下降，因?yàn)榻涣涸O(shè)計(jì)導(dǎo)致的構(gòu)件截面較大，也不方便日后功能修改，降低了功能的可變更性，減少靈活性[4]。

3.2混凝土取代木構(gòu)件存在的問(wèn)題

近年來(lái)由于木材的稀缺和環(huán)保方面的考量，很多仿古建筑都改用混凝土結(jié)構(gòu)取代木構(gòu)件，取代后在抗震性上存在如下問(wèn)題：①頭重腳輕，在屋板的側(cè)梁用混凝土進(jìn)行澆筑后，會(huì)導(dǎo)致建筑物上層的負(fù)載加大，該建筑物樓層過(guò)高，被拆掉兩個(gè)柱子后，導(dǎo)致建筑物缺乏足夠的支撐，抗側(cè)剛度不夠強(qiáng)。②節(jié)點(diǎn)間缺乏有力的連接，建筑物為達(dá)到仿古的效果，在梁祝間的構(gòu)件都采用構(gòu)建的方法，用錨筋進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接，造成梁祝節(jié)點(diǎn)之間的連接不夠，無(wú)法達(dá)到相關(guān)的抗震要求。③雙檐柱之間的距離較短：中間還設(shè)置層間梁及斗拱等構(gòu)件，會(huì)縮短雙層檐間柱子的長(zhǎng)度，對(duì)抗震情況更加不利。

4　改進(jìn)措施

4.1改進(jìn)頭重腳輕的問(wèn)題

從增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度入手，在規(guī)定的標(biāo)高范圍內(nèi)設(shè)一道拉梁。在2.5m高臺(tái)基周邊堆砌一定厚度的土磚墻，其厚度約為550mm左右。在建筑物的頂部設(shè)計(jì)圈梁，并延長(zhǎng)主體拉梁向外延伸的長(zhǎng)度，保證擋土墻同墻上的梁圈能夠相互的給予拉力。要想形成能夠相互交錯(cuò)的平面拉網(wǎng)，需要同梁下的主體短柱之間構(gòu)成符合力度標(biāo)準(zhǔn)的骨架，之后對(duì)內(nèi)部進(jìn)行分層填土，夯實(shí)加固，形成建筑的穩(wěn)固臺(tái)基。同時(shí)在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上增設(shè)一排框架柱，將標(biāo)高設(shè)為10.523m。增加框架抗側(cè)的剛強(qiáng)度，從而分解柱軸的壓力，增加建筑的抗震能力[5]。

4.2增加節(jié)點(diǎn)的連接力度

為了增加節(jié)點(diǎn)之間的連接力度，本建筑用厚度為200mm的十字交叉混凝土墻片取代預(yù)制構(gòu)建。利用抹灰對(duì)斗拱造型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，如果小斗不在同一平面，可以對(duì)其進(jìn)行加工，形成預(yù)購(gòu)件，在建筑結(jié)構(gòu)接頭處預(yù)留錨筋，對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建連接。在每個(gè)柱頭之間都需要利用相應(yīng)的斗拱進(jìn)行連接，該連接段被稱為平身科。設(shè)計(jì)的方法同柱頭科類似[6]。同時(shí)在建筑的結(jié)構(gòu)上添加墻片設(shè)計(jì)，不僅能夠增強(qiáng)建筑的剛度，同時(shí)也會(huì)加大懸挑梁的斷面，加大節(jié)點(diǎn)的連接強(qiáng)度，保證房屋的穩(wěn)定性。

4.3解決雙檐柱之間的距離較短的問(wèn)題

針對(duì)上述的這個(gè)問(wèn)題，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候不對(duì)上下檐間的柱子進(jìn)行加密，以抗震標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)短柱配箍的要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，可將十字交叉墻片安置于大短柱的斷面，從而改善節(jié)點(diǎn)的受力能力。在安裝支模的時(shí)候，可以利用小塊鋼絲水泥椽望板為材料取代模板，保證施工過(guò)程的穩(wěn)定性。

4.4采用井字梁代替交梁設(shè)計(jì)

井字梁蓋樓性能比交梁蓋樓更為優(yōu)越，井字梁樓蓋兩個(gè)方向的梁沒(méi)有主次之分，互相交叉成井格形，它們通過(guò)相互協(xié)作來(lái)承受板上傳來(lái)的壓力，類似一塊高跨度的雙向板，有較強(qiáng)的受力能力，且自身具有一定的建筑美感。通常該梁的長(zhǎng)寬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在1.5之內(nèi)，若超過(guò)這個(gè)比例，井字梁會(huì)出現(xiàn)單邊受力的傾向，整體受力的協(xié)作性就會(huì)降低，削弱其的受力優(yōu)越性[7]。

該建筑中采用的是大井字梁套小井字梁的結(jié)構(gòu)模式，將與柱子相連的井字梁設(shè)計(jì)成大的井字梁，將其他的井字梁鑲嵌在里面，形成大小井字梁分隔結(jié)構(gòu)。受力傳播方式為小井字梁-大井字梁-柱子，在這種方法中大井字梁可以將受到的力均勻的傳向兩邊，相應(yīng)的減少短向井字梁的承受壓力，降低了對(duì)井字梁周邊框梁的抗扭剛度要求，減輕整體結(jié)構(gòu)的自身承重力，降低配筋的使用，同時(shí)節(jié)省小井字梁截面的取值，增強(qiáng)整體的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和協(xié)作受力能力，提高建筑的經(jīng)濟(jì)適用性。若在井字梁設(shè)計(jì)中采用避開(kāi)柱子的方法，則井字梁的長(zhǎng)寬之比會(huì)超過(guò)1.5，出現(xiàn)單向板受力傾向，且短向邊框梁受力增大，為了滿足平均受力原則，需要添加井字梁的短向配筋用量，就會(huì)造成建筑工程造價(jià)成本的增加。

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，要降低地震對(duì)建筑物帶來(lái)的損害，就要從建筑的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能需求，科學(xué)合理的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而保證使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全。

[1]鄭文英.新疆高校少數(shù)民族學(xué)生學(xué)習(xí)《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)初探[J].城市建筑，2014（14）：117，127.

[2]方小丹，魏璉.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的討論[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011，32（12）：46～51.

[3]蔡龍，杜宏彪，金仁和，等.應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].中國(guó)西部科技，2013，12（6）：111～112.

[4]徐美清.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的討論[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014，102 （34）：84～85.

[5]路順.關(guān)于現(xiàn)有城市建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的討論[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014，99（33）：178～179.

[6]葛雄宗.淺談當(dāng)代房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].建材與裝飾，2015，72（1）：3～4.

[7]劉慶.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及提高抗震能力措施的探究[J].建材與裝飾，2014，53（50）：19～20.

TU352

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1673-0038（2015）27-0046-02

2015-6-19