【摘要】本文对建筑结构抗震概念设计与抗震技术进行系统的归纳与总结,为建筑工程技术人员提供一定的理论参考。
【关键词】建筑结构;抗震技术
1 建筑结构抗震概念设计
结构抗震的基本目的是赋予建筑特定的抗震功能,要达到这个目的,应做到如下几点:第一,合理选择与利用建筑场地。第二,控制建筑结构平、立面布置的规则性。第三,采用合理的结构形式。第四,采用合理的抗震构造措施。
1.1 合理选择与利用建筑场地
建筑抗震性能的发挥首先取决于建筑场地的抗震性能。地震发生后,场地的震动会直接对建筑该场地的建筑结构产生相应的破坏力,并且产生一系列的间接破坏,如砂土化、滑坡、地基沉降等危害。而选择合理的适当的建筑场地,不仅可以赋予建筑更强的抗震性能,还能有效地降低投资成本,促进经济效益的提升。有利地段地震破坏作用相对较小,建筑抗震需要的物资投入相对较少;不利地段,地震破坏作用相对较大,建筑抗震需要的物资投入相对较大。选择与利用建筑场地的总体原则是:利用有利地段,避开不利地段,杜绝利用危险地段。
理想的情况是选择抗震有利地段,避开不利抗震地段。而在工程实践中,由于土地的权属关系,对任何一个建筑投资或建设者而言,建设用地不可能自由选择,只能根据所得建设用地的具体情况建设与之适应的建筑,或者采用满足设计、施工需要的场地改造后建设需要建筑。在建设之前,建设方需委托地勘单位对拟建场地进行满足设计、施工需要的地质勘察与勘探,同时综合评价场地是抗震有利地段还是抗震不利地段,目的是让参建各方正确、充分、全面地认识与了解建筑场地的地质状况、地势地貌以及地震活动状况。
建设场地有地震不利的地段时,应该尽量的避开不利地段布置建筑;当这些地段无法避开时,应该有效的具体措施进行解决,如场地改造或采用与之适应的建筑结构形式与结构构造。对于用地范围较广的大型建筑群项目,规划阶段应尽可能将主要的、体量大的、规则性较差的建筑布置在最有利地段,其余次要建筑布置在欠佳的有利地段或不利地段。场地属于危险地段时,例如地震活动相对频繁、活跃以及生态比较脆弱的区域,根据相关规定禁止建造建筑,以有效的规避因地震导致的滑坡、泥石流等自然灾害给建筑物带来的威胁。对建设方而言,当所得用地属于危险地段时,或属于无力避让且无力改造的不利地段时,需与政府工地部门协商,另求合适的建设用地。
1.2控制建筑结构平、立面布置的规则性
据相关地震调查研究可知,地震灾害通常发生于建筑结构的突变处。若刚度中心与质量中心发生较大的偏离,则很容易造成结构发生扭转或者平移的现象,从而导致严重地震破坏的发生。在建筑不具备较高的整体性,传力途径受到阻碍的情况下,结构的抗震性能就会受到很大的影响。
规则的结构,传力路径明确,计算分析时容易准确估计地震作用的大小与抗震不利部位,设计时有可靠度较高的依据。而不规则的建筑结构,传力路径相对复杂,计算分析时不容易准确估计地震作用的大小以及容易破坏的部位,设计依据不是很明确,结构安全存在一定的隐患。若结构设计方案缺乏科学性以及合理性,不仅会导致资源的浪费,还会给结构的安全性带来较大的隐患。
因此,在方案阶段设计平立面时,应该重视对称和规则,为提高结构抗震性能奠定良好的基础,有利于建筑在地震灾害中有效规避可能受损的情况。在抗震设计时,应尽量避免不规则的结构设计。若建筑方案设计不得已采用了不规则的结构布置,则需应利用空间结构计算模型进行合理、仔细的计算与分析,在设计时对结构对薄弱部位进行强化设计,提高结构的延性、抗压能力、抗倾覆能力、抗倒塌能力等抗震性能。对于某些重要的、不规整建筑,需结合震动台模拟实验结果、理论计算结果,综合考虑薄弱部位及相应破坏力的大小,为加强和深化结构薄弱部位、应力复杂部位的设计提供可靠度较高的依据。
1.3 采用合理的结构形式
不同的结构形式,抗震性能不同,适用范围不同,在建筑方案设计阶段,对单体建筑或大型建筑内部独立的结构单元,应结合建筑的使用功能、体量及地震作用的大小,选择相适应的结构形式。比如,框架结构适用于商业、办公、学校、车库、医院等房间开间、进深尺寸较大的建筑;而异形柱、剪力墙结构适用于墙体分割较多、房间开间尺寸较小的普通住宅建筑;框架核心筒、筒中筒结构适用于超高层商业建筑;别墅建筑常用异形柱框架结构、高层住宅常用剪力墙结构、多层住常采用短肢剪力墙结构;相对于剪力墙结构,框架结构(巨型框架除外)适用的建筑总高度较低,而筒体结构适用的建筑总高度较高。
2建筑结构的抗震技术
2.1主动控制技术
主动控制是指应用现代的控制技术,实时跟踪和预测输入地震动和结构的反应,在作动器的作用下对结构施加一定的控制力从而实现结构系统特性的改变,使结构和系统性能在一定条件下可以满足优化准则,进而使结构地震反应显著减小。主动控制大多分为开环控制和闭环控制两种,开环控制的方法是指对系统的扰动输入进行科学的测量,根据系统扰动输入的情况进行综合的处理。其中开环控制的在线计算较小,对系统元件的精度要求也相对较高,不具备良好的抗干扰能力。而闭环控制方法则是通过适当的系统状态反馈和输出反馈,从而起到一定的控制作用,进而控制结构的振动。相对来说,闭环控制方法的在线计算较大,抗干扰能力也相对较强,对控制元件的精度要求不高,可以对较高的控制效果进行持续监测。
2.2被动控制技术
被动控制技术即指在结构的某个部位附加一个子系统,或是对结构的自身构件进行一定程度上的构造处理,从而改变其结构体系的动力特性。被动控制技术主要包括吸振技术和耗能技术两种。由于被动控制技术的结构相对简单,造价相对比较低,其易于维护,无需外界能源的持续供应等优势,逐渐成为了建筑结构抗震技术中的重点研究对象,在实际应用中使用相对比较广泛。
2.3混合控制技术
混合控制技术是将主动控制技术与被动控制技术相结合作用在相同的结构上,从而实现结构震动控制的形式。根据两种控制技术的组合方式混合控制技术可以分为主从组合和并列组合两种形式。其中主从组合方式是将某一控制作为主要的控制部件,在以主要部件为主体实现其他部件的结构控制。并列方式是使两种控制技术独立工作,在长时间的实践过程中,大多以被动控制为主要控制方式,而主动控制则为辅助的主从结合,通过两种控制技术的结合,扬长避短,在确保建筑结构抗震安全性的同时提高建筑的风震舒适性。在被动控制中引入主动控制可以明显提高系统的控制效果,提高系统的可靠性。而在主动控制中引入被动控制则可以对控制力度进行适当的调节,提高系统的稳定性。因此,相对而言混合控制技术具有较大的优势,在建筑系统中应用混合控制技术对提高建筑物的安全性和稳定性有着重要作用。
3.小结
随着建筑行业的不断发展,抗震设计在建筑物结构设计中已经成为了不可或缺的关键环节,通过合理的概念设计,采用合理的抗震技术,可有效提高建筑结构抗震性能。在设计抗震结构时应充分结合建筑的实际情况,设计出科学合理的抗震结构,避免建筑物在使用过程中出现安全隐患。
【参考文献】
[1]代梅叶.结构抗震技术设计及施工要点分析[J].民营科技,2014,(2):201.
[2]覃彬.高层建筑结构抗震技术的分析与探讨[J].现代物业,2013,(5):24-25.
[3]郑小榕.结构抗震技术及施工要点分析[J].新材料新装饰,2014,(8):363-363.