建筑抗震結構設計探索

王曉琳 東芳

（1、北京市弘都城市規劃建筑設計院，北京 100045；2、中國核電工程有限公司，北京 100840）

分析已發生震害表明，許多平面形狀復雜，如平面上的外凸和凹進、側翼的過多伸懸、不對稱的側翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。因此在建筑體型的設計中，應盡可能地使平面和空間的形狀簡潔、規則；盡可能少做外凸和內凹的體型，盡可能少做不對稱的側翼和過長的伸翼。

1 抗震結構設計的規定

避免或減輕砌體結構的震害，主要是加強房屋的整體性和空間剛度，提高墻體的抗震受剪承載能力，加強構件的相互連接。在具體設計時，應遵循以下各項規定。

1.1 應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。

1.2 縱橫墻的布置宜均勻對稱，沿平面內宜對齊，沿豎向應上下連續；同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。

1.3 樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處。

1.4 房屋有下列情況之一時宜設置防震縫，縫兩側均應設置墻體，縫寬應根據烈度和房屋高度確定，可采用50～100mm:房屋立面高差在6m以上；房屋有錯層，且樓板高差較大；各部分結構剛度、質量截然不同；煙道、風道、垃圾道等不應削弱墻體；當墻體被削弱時，應對墻體采取加強措施；不宜采用無豎向配筋的附墻煙囪及出屋面的煙囪。

1.5 不應采用無錨固的鋼筋混凝土預制挑檐。

2 建筑設計和建筑結構的規則性

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。體型復雜、平立面特別不規則的建筑結構，可按實際需要在適當部位設置防震縫，形成多個較規則的結構單元。

3 結構體系的選擇

結構體系應根據建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經技術、經濟和使用條件綜合比較確定。

結構體系應符合下列各項要求:應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載力；應具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力；對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

結構體系應符合下列各項要求:

宜有多道抗震防線。多道抗震防線是指:一個抗震結構，應由若干延性較好的分體系組成，通過構件的連接協同作用，有意識地在結構內部、外部建立一系列分布的屈服區，使結構在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防線”得以保存，便于結構的修復。

例如，在有填充墻的框架結構中，填充墻為第一道防線，框架為第二道防線；此時填充墻本身應有一定的剛度和承載能力，并均勻、對稱地布置在框架結構中。在強烈地震的沖擊下，第一道防線遭受破壞后，結構的動力特性(如自振周期等)得以改變，可使第二道防線承受的地展作用得以緩解和受到保護。

在高層鋼筋混凝土房屋中，應用較多的另一種結構形式是框架一剪力墻體系 (在抗震設計中，剪力墻也稱為抗震墻)。剪力墻是第一道防線，框架為第二道防線。

在一般情況下，應優先選擇不承受重力荷載的構件，如上述的框架填充墻、軸壓比不太大的鋼筋混凝土剪力墻或柱間支撐、豎向支撐等作為第一道防線。

宜具有合理的剛度和承載力分布。建筑物承受的靜力荷載是基本穩定的(如自重、樓面活荷載等)，而地震時所受的地震作用大小則與結構的動力特性密切相關:建筑物的側移剛度越大，則自振周期越短，地震作用也越大，要求結構構件具有較高的承載力。提高結構的側移剛度，往往以提高造價和降低結構變形能力為代價，因此在確定結構體系時，需要在剛度、承載力之間尋求較好的匹配關系。

結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。此時，結構在兩個主軸方向的地震反應相當，不致造成一個方向過強、一個方向過弱的現象。

根據房屋高度選擇合理的結構體系。從技術經濟指標而言，各種結構體系都有其最佳適用高度。

4 對結構構件的規定

結構構件應符合下列要求:應合理選擇混凝土結構構件的截面尺寸，配置縱向受力鋼筋和箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固粘結破壞先于構件破壞；砌體結構應按規定設置鋼筋混凝土圈梁和構造柱、芯柱，或采用配筋砌體等；預應力混凝土的抗側力構件，應配有足夠的非預應力鋼筋；鋼結構構件應合理控制尺寸，避免局部失穩或整個構件失穩。

結構構件的連接，應符合下列要求:構件節點的破壞，不應先于其連接的構件；預埋件的錨固破壞，不應先于連接件；裝配式結構構件的連接，應能保證結構的整體性；預應力混凝土構件的預應力鋼筋，宜在節點核心區以外錨固。

5 建筑抗震結構體系設計需要注意的問題

5.1 建筑平面布置設計問題

建筑物的平面布置在建筑設計中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內墻的布置、空間活動面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數量和布置等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來。有的建筑平面布置上，經常出現內隔墻不對齊或中斷，使剛度發生突變和地震力傳遞受阻，對抗震也帶來不利，客易引起結構的局部破壞。建筑平面布置設計對建筑抗震關系很大，從概念上要解決的一個核心問題是：建筑平面布置設計上要盡可能做到使結構的質量和剛度分布均勻，對稱協調，避免突變，防止產生扭轉效應。在建筑平面布置的總體設計上要盡可能為結構抗側力構件的合理布置創造條件，使建筑使用功能要求與建筑結構抗震要求融合成一體，充分發揮建筑設計在建筑抗震中的作用。

5.2 建筑豎向布置設計問題

建筑的豎向布置設計問題在建筑設計中主要反映在建筑沿高度(樓層)結構的質量和剛度分布設計上。無論是單層或多層，還是高層建筑或超高建筑，這個問題是比較突出的。存在的這個主要問題是，由于建筑使用功能的不同要求，如底層或下面幾層是商場、購物中心，建筑上要求是大柱距、大空間；而上面的樓層則是開間較大的寫字樓或布置多樣化的公寓樓，低層設柱、墻很少，而上面則是以墻為主，柱很少。有的建筑在布置上還設有面積很大的公用天井大廳，在不同樓層上設有大會議廳、展廳、報告廳等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的質量和剛度的嚴重不均勻、不協調。

結語

建筑抗震結構設計對建筑抗震起著重要的基礎作用。一個優良的建筑抗震設計，必須是在建筑設計與結構設計相互配合協作共同考慮抗震的設計基礎上完成。為此，要充分重視結構設計在建筑抗震設計中的重要性，在建筑抗震設計中更好地發揮建筑設計應有的作用。

[1] 熊丹安.建筑抗震設計簡明教程[M].華南理工大學出版社，2006.

[2] 李宏男.建筑抗震設計原理[M].中國建筑工業出版社，1997.

[3] 豐定國.工程結構抗震[M].地震出版社，2002.