試論建筑結構設計的抗震措施

陳澤鵬

摘 要：建筑物的抗震問題是目前建筑結構設計界討論比較多的話題之一，也是涉及到人類生命財產安全的重要問題。從場址的選擇到建筑物的結構設計，抗震設計貫穿了整個過程。設計的合理與否直接影響到人們的生命財產安全。本文就建筑結構設計的抗震措施進行分析。

關鍵詞：建筑結構；抗震設計；方法；措施

一、抗震概念設計的基本原則

1、選擇有利場地

造成建筑物震害的原因是多方面的，場地條件是其中之一。由于場地因素引起的震害往往特別嚴重，而且有些情況僅僅依靠工程措施來彌補是很困難的。因此，選擇工程場址時，應進行詳細勘察，搞清地形、地質情況，挑選對建筑抗震有利的地段，盡可能避開對建筑抗震不利的地段，任何情況下均不得在抗震危險地段上建造可能引起人員傷亡或較大經濟損失的建筑物。

對建筑抗震有利的地段，一般是指位于開闊平坦地帶的堅硬場地土或密實均勻中硬場地土。建造于這類場地上的建筑一般不會發生由于地基失效導致的震害，從而可從根本上減輕地震對建筑物的影響。對建筑抗震不利的地段，就地形而言，一般是指條狀突出的山嘴、孤立的山包和山梁的頂部、高差較大的臺地邊緣、非巖質的陡坡、河岸和邊坡的邊緣；就場地土質而言，一般是指軟弱土、易液化土、故河道、斷層破碎帶、暗埋塘浜溝谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、巖性、狀態明顯不均勻的地段。

2、采用合理的建筑平立面

建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理，結構布置符合抗震原則，就能從根本上保證房屋具有良好的抗震性能。經驗表明，簡單、規則、對稱的建筑抗震能力強，在地震時不易破壞；反之，如果房屋體形不規則，平面上凸出凹進，立面上高低錯落，在地震時容易產生震害。而且，簡單、規則、對稱結構容易準確計算其地震反應，可以保證地震作用具有明確直接的傳遞途徑，容易采取抗震構造措施和進行細部處理。

3、提高結構的延性

結構的延性可定義為結構在承載力無明顯降低的前提下發生非彈性變形的能力。結構的延性反映了結構的變形能力，是防止在地震作用下倒塌的關鍵因素之一。

4、結構材料的選擇

單從抗震角度考慮，作為一種結構材料應輕質、高強、材質均勻；構件間的連接應有良好的整體性、連續性及延性，且能發揮材料的全強度。按照這一原則，不同材料結構的抗震性能優劣排序是： 鋼結構；型鋼混凝土結構；混凝土- 鋼混合結構；現澆鋼筋混凝土結構；預應力混凝土結構；裝配式鋼筋混凝土結構；配筋砌體結構。

（1）鋼結構：鋼結構最符合抗震材料的要求，從已有的地震震害實例來看，鋼結構的表現均很好；但它當前的造價及維護費用較高。

（2）現澆鋼筋混凝土結構：該結構整體性好，造價低廉，有較大的抗側移剛度，并且經良好的設計可保證結構具有良好的延性。但該材料也存在難以克服的弱點：當地震持時較長時，在周期性往復水平荷載作用下，構件剛度因裂縫的開展而遞減，且塑性鉸區會產生反向斜裂縫，將混凝土擠碎， 產生永久性的“剪切滑移”。

（3）預應力混凝土結構在非開裂狀態下能承受較大的變形， 因而在烈度不高時結構破壞較輕，相應地其所貯藏的彈性變形能要比鋼筋混凝土高，但預應力混凝土結構的滯回曲線比鋼筋混凝土狹窄，所能耗散的滯后能量要少一些，且由于預應力構件受壓區配筋一般相對較少，一旦混凝土開始壓碎，承載能力就會急劇下降， 因此在高烈度地區，必須采取措施提高延性，方能使用預應力混凝土結構。實踐證明，通過合理控制預應力筋的含量（Q≤0.5%） 可以實現這個目的。

二、建筑結構設計的抗震措施

1、建筑場地的選址和地基與基礎設計

（1）建筑物的抗震能力與場地的選擇有緊密的聯系，實踐證明，由于建筑的場地的不同雖然是同種建筑物，但是破壞的程度大有不同，建筑場地選址時應盡量選擇平原地帶，沒有斷層通過或是斷層交匯的地帶。

（2）地基與基礎設計在防震結構設計中起著重要的作用，由于是基礎工程，它設計的質量直接影響著整個設計的流程進行，要想是建筑順利進行，就要處理好地基沉降及承載力的問題，要調節好不均勻的沉降基礎，盡量減少影響地基沉降的因素，使其在承載力或是整體結構上達到規范性的要求

2、建筑結構抗震體系的合理選擇

（1）建筑結構體系應當避免因部分結構或構件的破壞而導致整個建筑結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。建筑結構抗震設計的一個重要原則就是結構應當具有必要的贅余度、良好的變形能力和內力重分配的功能，地震中，即使一部分構件退出工作，其余部分構件仍能承擔起豎向荷載，避免整體建筑結構失穩。

（2）建筑結構體系應當具有清晰明確的計算簡圖和恰當合理的地震作用傳遞路徑。在這過程中，豎向建筑構件的布置，應盡量使豎向建筑構件在垂直重力荷載作用下的壓應力水平接近均勻；樓屋蓋梁體系的布置，應盡量使垂直重力荷載以最短的路徑傳遞到豎向構件墻、柱上去；轉換結構體系的布置，應盡量做到使上部結構豎向構件傳遞來的垂直重力荷載通過轉換層一次至多二次轉換。另外，建筑的整體抗側力結構體系也必須明確，抗側力結構一般由框架、簡體、剪力墻、支撐等組成，它們宜盡量連續貫通。

3、剛度、承載力和延性的匹配

當結構具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低；反之， 較低的抗力需要較高的延性要求相配合。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關，具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結構的抗側剛度，往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結構中的所有構件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿件的延性是比較經濟有效的辦法。因此，在確定建筑結構體系時， 需要在結構剛度、承載力及延性之間尋找一種較好的匹配關系。

4、多道抗震防線的設置

抗震建筑結構體系應根據建筑物的重要性、設防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎、材料和施工等因素，經過技術、經濟條件比較綜合確定。首先宜有多道抗震防線，應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構體系喪失抗震能力或對重力荷載的承裁能力。所謂多道抗震防線，是指在一個抗震結構體系中，一部分延性好的構件在地震作用下，首先達到屈服，充分發揮其吸收和耗散地震能量的作用，即擔負起第一道抗震防線的作用，其他構件則在第一道抗震防線屈服后才依次屈服，從而形成第二、第三或更多道抗震防線，這樣的結構體系對保證結構的抗震安全性是非常有效的。同時底框建筑底層高度不宜太高，應控制在4.5m 以下。高度加大，底層剛度減小，重心提高，使框架柱的長細比增大，更容易產生失穩現象。而且由于高度較大，很多建筑房間被業主一層改成了兩層，造成了較大的安全隱患。宜具有合理的剛度和強度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位。產生過大的應力集中或塑性變形集中；可能出現的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

結語：為確保社會和諧穩定發展，需要加強建筑結構的防震設計，并采取一定的措施提高抗震能力。對于抗震的關鍵設計點是要選取科學有效的抗震措施，應用合理的設計方法，在最大程度上保證社會的安定。

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