建筑物抗震設計

梁雄偉

摘 要：地震災害是建筑物的常見災害，每年都因震害造成大量的人員傷忙和財產損失。文章介紹了各種預防設施包括傳統的抗震設計、隔震設計、耗能減震設計。

關鍵詞：建筑物；震害；抗震設計

抗震設計包括傳統抗震設計、隔震設計和耗能減震設計。隨著社會經濟的發展和科學技術的進步，高層建筑從建筑功能、建筑材料到結構形式、高度等方面都在不斷地發展變化。在高層建筑中，僅靠傳統的抗震設計不法滿足抗震規范要求，必須在同一建筑物中綜合運用各種抗震設計方法才會得到滿意的結果。目前，隔震和耗能減震技術已逐漸成熟，在工程中已得到廣泛應用。

1 傳統抗震設計

傳統結構抗震是通過增強結構本身的抗震性能（強度、剛度、延性）來抵御地震作用的，即由結構本身儲存和消耗地震能量，這是被動消極的抗震對策，它允許構件的一部分破壞，但不致于倒塌，在構件破壞過程中吸收了地震傳來的能量。

1.1 選用合理的結構形式及其構造措施

不同的鋼筋混凝土結構類型，其抗震性能是有差別的.根據使用功能需要、場地以及設計地震情況，選用合理的結構形式十分重要。結構平面布置力求規則、對稱，盡可能不設置凸出或凹進部分，樓梯間也盡量對稱布置；立面上應避免剛度驟變、高低錯層和沿高度方向的不規則布置；設計中應加強基礎剛度，減小差異沉降，其中主、附樓之間盡量采用后澆帶而不設沉降縫，對高層建筑的地下室頂板應予以加強。

1.2 合理地設計多道抗震防線和結構破壞機制

為防止因地震作用而使結構出現過大變形和倒塌事故，對結構常需設置第二道抗震防線。例如，在框架-抗震墻結構中，抗震墻既是主要抗側力構件又是第一道防線，設計時應取足夠的數量以使其承受的結構底部地震彎矩不小于底部總地震彎矩的50%；同時，為使其承受抗震墻開裂后重分配的地震作用而構成第二道防線，任一層框架部分按框架和墻協同工作分析的地震剪力，不應小于結構底部總地震剪力的20%與框架部分各層按協同工作分析的地震剪力最大值的1.5倍兩者的較小值。

為使鋼筋混凝土結構具有良好的塑性內力重分布能力，以較充分地發揮吸收和消耗地震能量的作用，設計中應力求主要抗側力構件的極限破壞以構件彎曲時主筋受拉屈服破壞為主，避免變形能力差的混凝土首先壓碎或剪切破壞、鋼筋錨固和粘結失效等，按《抗震規范》提出的地震作用效應調整方法進行計算分析，以在最大可能的程度上實現“強柱弱梁”，“強節點弱構件”、“強剪弱彎”的概念設計要求。

2 隔震設計

隔震技術是近代地震工程科技工作者為抵御大震而找到的一種有效措施，已經過理論分析、試驗研究、工程試點、經濟分析，其有效性與傳統的抗震結構相比日益顯著，有廣闊的發展前景。

隔震設計與傳統抗震方法不同，它是通過調整或改變結構的動力性能，以明顯衰減結構的地震反應。其中比較成熟的是夾層橡膠墊基礎隔震技術，它主要是通過在房屋底部和基礎頂面間設置水平剛度遠小于上部結構層間剛度的夾層橡膠墊隔震支座，使得整個結構體系自振周期變長，過濾掉地震波中破壞作用較大的中高頻成分，降低上部結構地震反應，確保地震時房屋結構和生命財產安全。

我國最早的隔震建筑是汕頭隔震住宅樓和河南安陽綜合樓，采用的是高阻尼橡膠支座和鉛芯橡膠支座。目前，隔震建筑已應用于我國16個省市，覆蓋了我國大部分地震設防區，已完成的隔震房屋建筑面積已超過200萬m2。

隔震原理：傳統的抗震技術主要采用“硬抗”、“硬碰硬”（即提高結構本身的強度和剛度來抵御地震作用）的方法來抵御地震作用。由于地震對結構物的作用力可能很大，往往依靠結構和構件的塑性變形來耗散地震輸入結構的能量。但是塑性變形對于結構來講其實是一種損傷。一直以來，工程研究人員追求一種既經濟又可靠的抗震措施，還要使結構不受損傷或減小損傷，隔震技術就正好滿足了這種要求。隔震技術是限制地震能量進入上部結構的方法，通過某種裝置將地震動與結構隔開，減弱或改變地震動對結構作用的強度和方式，以達到減小結構振動的目的。

在地震作用下，結構的運動微分方程（以單自由度體系為例）為：

其中：m—質點質量；C—阻力系數；K—剛度系數；、、分別為質點相對于地面的加速度、速度和位移；—地面加速度。

對于隔震技術而言，就是通過隔震裝置，使剛性結構體系轉化為柔性結構體系。這樣，結構的自振周期大大增加，明顯減小結構的地震反應。

3 耗能減震設計

傳統的抗震設計方法是依靠主體結構本身的非彈性變形來耗散輸入結構的地震能量的。而耗能減震是通過采取一定的措施，在地震作用或風荷載作用下主要通過耗能部件來耗散輸入結構的能量，以減輕結構的動力反應，從而更好地保護主體結構的安全，是一種有效、安全、經濟且日漸成熟的工程減震技術，從而達到減震的目的。

目前研究開發的耗能裝置和阻尼器種類較多，歸納起來主要有（1）金屬阻尼器；（2）摩擦阻尼器；（3）粘滯阻尼器；（4）粘彈性阻尼器；（5）復合型阻尼器。

耗能減震（振）裝置適用于高度較大、水平剛度較大、水平位移較明顯的多層（15層以上）、高層、超高層建筑，大距度橋梁、管線、塔架、高聳結構等，結構越高越柔，減震消能效果越顯著。復合磨擦型消能支撐首次應用于廣州市28層中房大廈工程。2003年11月落成的臺北101大樓，為一地上101層、地下5層的建筑物，總高度508米，為世界第一高樓，安裝了重達800噸懸浮阻尼球，防撞環上另有8個對稱布置的黏性緩沖器，可防止阻尼球進一步擺蕩。

4 結語

我們必須意識到地震破壞的嚴重性與災難性，采取合理有效的措施，抗震是一個龐大且偉大的工程，它需要結構設計人員設計的建筑物有抗震的能力，政府對震害有管理的能力，和群眾有自救及重建的能力。

參考文獻

[1] 石慧民.高層建筑物結構的抗震設計[J].四川水泥，2015 （09）：155.

[2] 任鳳秋.建筑抗震性能化設計探討[J].科技促進發展，2012（s1）：161-162.