提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法

史麗娟

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責任公司 845350）

提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法

史麗娟

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責任公司 845350）

隨著我國建筑行業的迅速發展，各類建筑如雨后春筍般出現。但是近年來，全國各地相繼頻頻發生特大地震，特別是在繼5.12汶川大地震、2.12于田大地震后，建筑結構抗地震倒塌能力設計已經受到社會各界的廣泛關注，本文筆者就對如何提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想和方法進行了簡單探討。

建筑結構；抗地震；設計思想；方法

當前，地震已經成為威脅人類生存的重大自然災害之一，其因為突發性強、損害嚴重等特點嚴重影響社會的正常生活和生產。當地震發生后容易引起建筑物的倒塌，進而擴大災害程度，歸根結底是建筑結構缺乏抗地震倒塌能力引起的，因此研究提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法具有重大意義。

1 建筑結構抗地震倒塌能力設計的必要性

早在1970年左右，結構工程師在經歷了多次地震災害后逐漸意識到了從抗震角度認為傳統的“概念設計”比“數值設計”更為重要，從那以后人們開始將目光轉向了概念設計。抗地震倒塌概念的設計思想主要指的是設計師最初在設計建筑結構時，對建筑結構抗地震倒塌有了基本的理解并運用各種手段和措施去處理設計中遇到的問題，如：構件的剛度、構件的延展性以及建筑物體系等，然后再借助必要的信息技術和構造措施來減少建筑結構中的薄弱環節，達到抗地震防倒塌的要求[1]。

2 建筑結構抗震抗倒塌設計影響因素

2.1 原材料

建筑結構要達到抗地震防倒塌的要求使用質地較好的原材料，其主要是因為好的原材料不僅能夠提高建筑結構抗地震倒塌的性能，還能降低地震對建筑結構產生的破壞性，鑒于原材料在建筑結構抗地震倒塌中發揮的重要性能，在建筑結構的中柱、梁以及墻等重要構件方面應該選擇抗震性能較好的材料，從而提高建筑結構抗地震倒塌的能力。

2.2 施工質量

施工作為建筑施工的重要環節，較高的施工質量能夠保證建筑物結構抗地震倒塌的能力，但是當前一些建筑物在施工時為了提高經濟效益，私自節省工期，忽視了施工質量，嚴重影響建筑結構抗地震倒塌能力[2]。

2.3 建筑場地所在位置

由于建筑場所的位置差異決定了其地質結構必然存在差異，適合建造的房屋也不同，但是個別建設項目在工程建設前期選址時由于缺乏對建筑物所在位置的地震地質情況進行全面、深入的考察和分析，存在選址不當的行為，如：在河岸滑坡等地方修建房屋其承擔的工程風險也將加大，另外還降低了建筑物的抗地震倒塌能力。

3 我國建筑結構抗地震倒塌存在的問題

3.1 在材料選擇上存在的問題

針對處于地震發生頻率較高地區的建筑結構來說，設計人員應該將設計重點放在使用怎樣的建筑材料和結構體系。但是當前我國建筑結構來看，當建筑物高度超過450m時，主要采用的框架支撐、筒中筒以及框—筒三種結構體系，但是從發達國家來看，在抗地震倒塌設計方面都以鋼鐵結構為主，而我國則是以鋼筋混凝土結構為主。

3.2 在高度設計方面存在的問題

我國明確規定了混凝土結構建筑僅僅適用于一定的高度，這個高度不僅跟建筑行業的研究水平、經濟實力、施工方案、施工質量有關，還能土木建設體系有關。但是從目前我國建筑結構的實際情況來看，其實很多鋼筋混凝土建筑都超過了這個高度。而對于這部分超過最大高度規定的建筑物來說，如果沒有全面深入的研究、論證以及必要的模型振動臺來測試，一旦發生地震，則很可能導致建筑物的外觀出現明顯變化[3]。

3.3 在抗地震倒塌方面存在的問題

雖然我國的建筑行業發展迅速，施工質量和施工技術都有了明顯的提高，但是大部分建筑結構的安全度依然無法滿足我國的基本國情。甚至還有專家指出我國的建筑安全度跟世界其他國家相比處理中低水平，因此首先需提高我國建筑結構設計安全度水平；另外，我國建筑結構抗地震防倒塌的標準也跟其他國家也存在很大差距。

4 提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想分析

當前我國對建筑結構系統科學的相關概念我們發現，在建筑結構中，為了進一步提高建筑的進度，通常需要將整個建筑結構劃分成多個獨立構件，而建筑構件會對整個建筑結構系統產生很大的影響，要實現建筑結構系統的功能，則需要這些獨立的構件相互之間發揮協同作用，一旦少了其中一個構件，不僅會影響建筑結構的作用，還會進一步對整個建筑系統功能造成影響，因此要重視各個建筑構件之間的相互協調。

由于地震的發生往往具有復雜性和不確定性，因此即使在對建筑結構抗震設計中，僅僅根據當地地質情況和相關資料來對地震強度進行演算是不行的，如果發生了超過該設計強度的地震則可能造成嚴重后果。因此在建筑結構抗地震倒塌設計時，還應該充分考慮到整體建筑結構各個方面的因素，掌握設計的方向，根據建筑物所處位置制定出最科學和最合理的設計方案。

5 提高高層建筑結構抗地震倒塌能力的設計方法

5.1 選擇合適的地基，設置多道抗地震防線

由于在建筑結構中，地基的沉降引起結構破壞最終導致建筑結構倒塌的主要原，因此要想提高高層建筑結構的抗地震倒塌能力首先應該重視對地基抗震的設計工作，根據建筑物的具體特性選擇最合理的地理。另外，設計建筑結構時還應該重視前期的現場勘察工作，從而避免不利的地震地段，例如：泥石流、滑坡易發地帶或者山崖巖崩頻發地段等修建建筑物，將建筑物的地基最好選擇在土質堅硬的地段，從而有效降低地震的破壞程度。除此之外，還應該對埋置的深度進行合理設置，主要是為了讓建筑物在水平作用下產生滑移和傾覆產生抵抗作用，全面提高建筑結構的穩定性。

另外，在建筑結構設計工作中，還應該通過設計多道地震防線的方式來避免因為建筑結構中的個別構件或者局部結構被破壞而引起的建筑結構體系風荷載和重力荷載的承受能力、承受地震的能力喪失。例如：設計人員在設計框架——剪力墻的結構時，應該讓剪力墻連梁的屈服先于墻肢的屈服，將剪力墻連梁跟框架作為第二道和第三道防線。與此同時在建筑結構抗地震倒塌設計時，剪力墻連梁最好在梁端性屈服，從而讓建筑結構擁有足夠的變形能力，另外在設計墻肢時應稍短，最好是連肢墻；最后，在剪力墻結構體系中，可以適當配置一些縱筋，也可以通過降低梁剛度等方法來讓梁先屈服[4]。

5.2 提高建筑結構延性和規則性設計

所謂結構延性主要指的是當建筑結構受到地震屈服后，其具有的塑性變性能力。結構延性主要是運用自身塑性變形對地震產生的能量進行消耗的特點。在建筑結構設計時合理采用延性設計能夠提高建筑結構的承載能力，當建筑結構發生塑性變形時，就能夠成功避免因為脆性突出或者塑性變形過量等問題。

簡而言之就是通過對建筑結構實施延性設計，能夠有效提高建筑結構的極限彈性和抗震能力，從而提高整個建筑結構的抗地震抗倒塌的性能，具體來說可以從以下幾個方面出發：①通過加強墻體、圈梁跟構造柱之間的結構設計來形成塑性區域，提高建筑墻體的極限彈性，當建筑結構遭遇地震時，通過發揮自身塑性變形功能，最大程度降低地震對建筑物產生的破壞性；②對于建筑結構的鋼筋混凝土結構同樣也需要采用延性結構，并根據建筑結構自身特點，合理設計配筋和柱節點等位置，進一步強化梁和柱的結構延性；③在結構設計時堅決不能采用不規則的結構設計方案，因為這種方案通常會降低建筑結構的抗地震效果。

值得注意的是在建筑結構設計中，要確保結構平面和立面的布置盡可能對稱和規則，并且保證剛度的變化要均勻，避免建筑在重心偏移。從最近幾年我國發生的地震災害來看，保證建筑結構設計的規則性，從而保證建筑結構剛度和質量分布均勻，有效抵抗地震災害產生的破壞。

5.3 優化設計結構構件，提升建筑結構性能

由于發生地震時，地震產生的橫波和混合波均會對建筑結構產生很強的破壞性，因此在建筑結構設計時，設計人員應該重視建筑結構局部和組成構件的設計工作，從而保證建筑結構的主體結構跟其他組成構件之間連接的可靠性、有效性、穩定性，另外還應該重視對建筑結構的后砌墻之間的連接設計和框架設計。如：在對建筑框架性設計時，要嚴格按照“弱梁強柱”和“鋼梁柔柱”的設計原則，進一步提高受力構件的安全性，全面提高建筑結構抗地震倒塌的能力。

6 結語

綜上所述，鑒于影響建筑結構抗地震抗倒塌設計的影響因素是多方面的，再加上當前我國在建筑結構設計方面還存在很多問題，因此要提高建筑結構抗地震倒塌的能力就應該充分運用科學的方法對各個影響因素進行全面綜合地考慮，并嚴格按照國家對建筑設計的具體規范和要求開展實際，提高建筑結構的安全性，提高其抗地震倒塌的能力，從而避免類似5.12汶川地震悲劇再次上演。

[1]施煒，陸新征，葉列平.塞于一致倒塌風險的建筑抗震評價方法研究[J].建筑結構學報，2012，33（6）：1～7.

[2]陳新，韓卓銘.建筑上程抗震加固施工的方法選擇[J].城市建筑，2013 （10）：55～56.

[3]蔣洪洋.建筑結構基于性能抗震設計的幾個問題[J].城市建筑，2013 （10）：22～23.

[4]李俊.提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法[J].中華民居，2014（6）：79～80.

TU973.31

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1673-0038（2015）37-0040-02

2015-8-26