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浅析工业与民用建筑结构抗震设计的必要性

2020-07-16 1690 上传者：管理员

摘要：作为随机性很强的地理现象之一,地震的繁杂度与非确定性相当强,想要充分地感知、预测准确的地震参数非常困难。所以,在设计工民建结构的环节,应从地震强度出发,做好抗震设计方面的内容。而在设计建筑结构环节,抗震设计的意义深远,与人们的人身财产及安全息息相关。基于此,从工业与民用类型的建筑出发,探讨了结构抗震方面的设计,为同类型建筑结构抗震设计提供参考。

关键词：
工业与民用
建筑工程
建筑抗震设计
建筑结构
抗震设计
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国内频发地震灾害，而在地震灾害出现时，往往会严重影响工民建的整体结构，甚至危及到民众的人身财产及安全。所以，在设计工民建的基本结构时，应着重注意抗震设计方面，以确保抗震性能足够强。现阶段，国内针对工民建的基本结构，实施抗震设计的过程中，一般采用刚柔性抗震、局部抗震的设计。所以，有关设计单位在具体的抗震设计过程中，应综合利用以上抗震设计方式，并科学地优化设计环节，以更好地满足建筑的整体抗震设计要求。

1、建筑结构抗震概述

1.1 地震危害

作为破坏性巨大的一种自然灾害，地震直接影响着人们的人身财产及安全。其中发生的剧烈振动，极易带动建筑物也一起进行剧烈的振动，以致出现建筑倒塌问题。伴随现代城市人口的日益集中化，抗震结构设计也显得越来越重要。

1.2 建筑抗震设计

结构抗震设计环节指的是针对发生地震的过程中建筑结构发生的破坏，从建筑结构长期实践经验出发，形成的一套基本设计手段及思想。这也属于设计建筑、布置整体结构、改善细部构造的过程之一。从理论角度来讲，地震属于随机性振动之一，具备很难掌控的复杂度、随机性质、非确定性。为了精准预测地震基本性质和相应的参数，提出更理想的办法，在设计建筑结构内部的抗震性时，因为无法周全地考量建筑结构的整体空间效果、建筑基本结构性质、所用材料、现场外界变化等各种影响因素，所以具有不确定性。

同时，在设计抗震环节，要求始终本着一定程度的抗震设计方面的要求：(1）避免在滑坡、山丘、软土等环境中进行工程建设，而且尽可能匀称化、规则化建筑的平立面等；(2）从构建楼层等元件的具体延展性出发，创设较多防线，以尽可能地控制好建筑的整体稳固性；(3）建筑的整体抗震性能直接关系到四周的自然环境，所以，在设计环节，需周全考量四周自然环境影响建筑整体抗震结构的方面。

1.3 在结构设计中抗震设计的现实意义

在工民建结构的设计环节，抗震设计拥有极为关键的现实意义，具体应从数据、设计基础理论出发计算数据信息。针对在施工环节不能算出的构件，应从既有的经验，又或数据计算出发，来更好地掌握建筑结构中的各项数据。同时，结合建筑结构的逐步演化建立设计结构抗震性的有关方案。此外，不可太过依靠计算机或者软件的运算，而应根据以前的设计习惯基础，沿袭建筑结构方面的经验。在设计建筑结构的过程中，相应的抗震设计基本原则及观念，属于预防地震灾害、有效控制非确定性。

在设计建筑结构时，应从现场地震、抗震基础参数、结构分析出发，综合考量结构空间的基础作用、建筑的整体结构，并结合建筑材料的基本弹性、结构的整体阻尼更改等各种因素完善设计。与此同时，抗震不可太过依赖于计算数据的工作，而应从建筑结构出发，根据结构在分散地震能量方面的作用，发现敏感结构出现衰减抗震能力方面的缺陷，并通过试验，测试各式各样的抗震设计手段。为确保建筑结构拥有更强的抗震能力，设计师需从宏观角度出发，有效控制整体的抗震性能。应以行之有效的措施，严格控制地基的整体稳定性，防止地基直接发生变形。

1.4 在结构设计中抗震结构的有效应用

针对建筑中的基本结构设计单元，应基于各种性质地基的设计，选用相应的基础模式。为了充分利用地基固有的稳定结构，充分规范建筑结构中的整体设计，则应针对对称、质量的更改，实现均匀、对称性的受力过程，避免地震影响建筑结构，进而引发扭转力的更改。在制订建筑结构环节，应适当优化整个结构设计环节，并均匀、对称化地控制抗震构件力，积极采取抗震措施防止结构有薄弱的地方发生，使整个结构不均匀受力，而最终损害结构。在设计房屋结构环节，应可靠地连接构件。通过强化结构的基本强度，严格控制建筑结构的整体抗震性能。在设计结构环节，应尽可能地减小房屋结构的整体自重，避免建筑结构施加给地基太多压力，而减小传输到建筑结构的实际地震力。

2、工民建结构的整体抗震设计手段

2.1 参考建筑规划、施工场地

在建筑场地上，稳定性属于控制建筑稳定的一大基本要求。因此，针对工民建，进行结构方面的有关抗震设计过程中，也必须综合考量建筑场地的整体稳定性。在设计建设整体外部结构的过程中，应科学地设计，严格规划好建筑的整体距离、空间结构、外观外形等。而场地以内的障碍物，势必也会与建筑的整体抗震性能息息相关。尤其是位于建筑物各个出入口的一些障碍物，势必会严重影响到发生地震时疏散人员的实际速度。因此，针对建筑物出入口存在的障碍物，必须及时清理干净，并且适当提升出入口的整体高度及宽度，以便及时疏散人员。

2.2 按建筑结构基本功能设计结构抗震性

在地震发生时，建筑存在着极强的安全度。这属于抗震设计的最终目标，所以，在设计建筑结构中的抗震方面时，应将建筑物建设施工范围内极易会发生的大地震方面的烈度，纳入设计环节的基本规范，并且还需要根据没有破坏建筑及其内部结构的最终目标，进一步提出建筑结构的整体抗震性能指标。在建筑结构上，部分并不是下部抗震结构及整体建筑基础构造的部位，也要求有一定程度的抗震能力，并且在发生大地震的过程中，基本上维持建筑构造在可承受的地震弹性区域。

3、工民建结构的整体抗震设计措施

3.1 选择合适的抗震结构体系

(1）针对工民建结构的基本构造特性，采取相应的重建措施，并在发生地震灾害时，有效避免因为破坏结构或构件而导致建筑的整体构造不再具备抗震能力。针对实际的重力，在设计工民建的基本构造时，应始终遵循以下设计原则：在工民建的基本结构拥有必要的力度，以及中肯的变形能力时，而在发生地震的过程中，可充分发挥优异的抗震能力。即便有些构件不再作业，余下的构件也可继续承载压力，以防工民建的整体结构不再具有平衡性。

(2）在工民建的整体结构体系中，还需要拥有清楚、明晰的结构计算简图，其中也有涉及科学、合理的传播地震渠道，以及地震作用下的科学的传输渠道。

(3）在工民建的基础结构、整个体系中，均需具备科学、合适的强度、刚度，以及合理、均匀化的布设。在具体抗震的过程中，为保证在抗震环节出现的变形或削弱不会大幅破坏整个工民建，则在设计工民建的整个过程中，应周全考量一切薄弱部位，通过行之有效的专业技术手段，在一定程度上增强抗震的总体能力。

3.2 科学地选择工民建场地

在设计工民建的整体抗震性时，应积极引进抗震设防方面的规范要求，为抗震设防的顺利实施提供一定的供应设施。因此，在设计工民建的整体抗震性能时，应全面评估选址地点的基本地质构造、周围交通条件、基本的地理构造等，才能切实合理化地选择科学的建筑物地址。与此同时，所选择的地址位置需避免淤泥土、软弱土、软粘土等不良的地基地带，否则地基土会逐步侵蚀有关的基础构造，从而引发不规则的基础变形或者不均匀的沉降等，以致严重丧失基础防护综合能力。即便能充分展现结构延性，也会导致工程结构发生延性极限以上的变形而出现倾斜工程或倾覆等现象。

3.3 优化抗侧力体型

针对一般性能的高楼结构，柔性没有刚性好，通过刚性方案打造的高楼，除了较少破坏主体构造外，由于发生地震时具有较小的构造变形，则会在一定程度上保护非结构部件，如隔墙、围护墙等，而缓解破坏现象。通过大幅提升结构的整体超静定次数，控制在地震时形成的较多塑性铰，以更多地耗散地震能量，相应的结构也就更能承受强地震而不塌陷。通过改善结构屈服机制，在破坏结构的过程中，根据整体屈服方面的机制进行，而不是按照楼层屈服方面的机制进行。在构造设计中，应本着强节、强柱、强剪、强压、弱杆、弱梁、弱弯、弱拉的基本原则。而在设计结构的过程中，应选择构件中轴力较小的水平杆件做重要的耗能杆件，并尽量避免弯曲耗能，促使整个构件形成较大的延性、能耗等。

3.4 合理布设工民建结构

通过分析工民建结构沿着楼层质量及相应的刚度分布，可找出工民建结构在竖向布置方面的设计问题。不管单层或多层的建筑，在竖直方向均存在非常明显的规划设计问题。以上问题的关键是工民建各自的作用特殊，如部分建筑的下面有多层超市或巨大的餐厅，则需要在设计工民建的过程中严格控制各支柱所间隔的距离、预留出空间。而工民建中的高层，往往是工业办公楼，或美丽精致的公寓楼。在低楼层则较少布设支柱及墙体，但高楼层却多墙体、少支柱。在布设部分工民用建筑时，还需设计好空间超大的天井公共大厅。由于工民用建筑的功能往往不尽相同，故常常造成工民用建筑在分布楼层方向出现无法协调质量及刚度的现象。其中最明显的问题是相邻2层的实际质量及刚度间存在明显的不同，以致极易出现突变问题。

3.5 做好隔震措施

在设计建筑结构的过程中，应具体问题具体分析，并选用合适的隔震支座，并综合考量风力带给建筑的负荷。针对隔震、消能建筑构件，应尽可能选用延性理想的材料，并避免地震力破坏建筑物。在设计建筑抗震的过程中，需综合考量多道抗震防线的设置。如果建筑有多道优质的抗震防线，则在遭遇到强烈地震时，破坏首道防线以后，会立即启动第2～4道防线，以继续抵挡地震产生的冲击力。如此便能在很大程度上控制建筑的整体稳定及安全性，以防建筑物发生坍塌。针对纯框架基础结构，首先要选用“强柱弱梁”基础结构，以梁、柱分别充当第1道、第2道防线。双重抗侧力系统在抵抗地震方面存在2道防线：框架、墙体或支撑。

4、结束语

综上所述，在工民建中，整体结构的具体抗震性能与国家及群众的人身财产安全息息相关，而抗震设计属于系统化的高度复杂工程。要想严格控制工民用建筑的整体抗震能力，则在设计工民用建筑整体结构抗震性的过程中，需选用有效的设计手段，并积极加以强化，以促进工民建结构抗震综合能力的提升，加快我国建筑事业健康发展的步伐。

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