建筑結構抗震設計的探討

賀高凱

建筑結構抗震設計的探討

賀高凱

Jian zhu jie gou kang zhen she ji de tan tao

隨著我國新城鎮(zhèn)化發(fā)展程度的提高，中西部中小城鎮(zhèn)的建設規(guī)模越來越大，中西部除貴州省外的大多數(shù)地區(qū)屬于抗震設防烈度6度及以上的地區(qū)，部分地區(qū)還屬于地震較高烈度和高烈度地區(qū)，自2008年以來，幾次強震均發(fā)生在西部地區(qū)，本人參與了汶川地震的抗震救災和恢復重建工作，深刻認識到建筑抗震設計的重要性、緊迫性，同時中西部中小城鎮(zhèn)建設又有地域廣、范圍大、單體面積相對小和參與中西部中小城鎮(zhèn)中小項目設計單位的技術條件不夠強的特點，本文就建筑結構抗震設計的基本規(guī)定、設計重點、性能設計等進行了初步的簡要分析，希望能對提高中西部中小城鎮(zhèn)中小項目建設中的建筑抗震設計工作能夠有所幫助。

近年來，汶川、玉樹、魯?shù)榈任鞑康貐^(qū)連續(xù)發(fā)生過大型地震，給地震災區(qū)人民的生命、財產(chǎn)造成了巨大損失。所以，建筑結構抗震設計變得尤為重要，建筑結構的抗震性能直接影響著地震災害發(fā)生后既有建筑的破壞程度，如果建筑物的抗震性能不好，則建筑物的損壞程度和倒塌狀況就會更加嚴重。為了減少地震地區(qū)人民生命、財產(chǎn)的損失，建筑結構的抗震設計必須進一步加強，房屋建筑工程的抗震性能必須進一步提高。只有深入分析影響建筑結構抗震效果的因素，掌握抗震設計的規(guī)定、重點和抗震性能要求，才能更好地保證房屋建筑抗震設計性能預期目標的實現(xiàn)。

一、建筑結構抗震設計基本規(guī)定

1.建筑結構抗震設計范圍

我國《建筑抗震設計規(guī)范》及《高層建筑混凝土技術規(guī)程》（本文后分別簡稱《抗規(guī)》及《高規(guī)》）規(guī)定在抗震設防烈度為6度及以上的地區(qū)，必須進行抗震設計，并且《中華人民共和國建筑法》、《中華人民共和國防震減災法》、國務院《建設工程質量管理條例》、《建設工程勘察設計管理條例》等法律、法規(guī)也做出明確規(guī)定和要求。即在抗震設防烈度為6度及以上的地區(qū)，新建、改建、擴建的房屋建筑工程必須進行抗震設計。

2.建筑結構抗震設防分類

根據(jù)《建筑工程抗震分類標準》的規(guī)定，按建筑破壞造成的人員傷亡、經(jīng)濟損失、社會影響，建筑所在城鎮(zhèn)或企業(yè)規(guī)模，建筑功能失效后影響范圍、對抗震救災的影響、恢復難易程度，建筑的不同區(qū)段，不同行業(yè)的建筑等五個方面的因素，劃分為特殊設防類（簡稱甲類）、重點設防類（簡稱乙類）、標準設防類（簡稱丙類）和適度設防類（簡稱丁類）四個抗震設防類別，一般來講絕大多數(shù)建筑工程的抗震設防類別都為丙類，防災救災建筑、重要行業(yè)、生命線建筑、建筑規(guī)模大、人員密集、使用人員自救能力相對差的建筑抗震設防類別為乙類，需要明確的是抗震設防類別為特殊設防類（甲類）的建筑是需經(jīng)有關主管部門批準，補充進行場地的地震安全性評價，并需專門研究制定單項工程的抗震設計標準。

3.建筑結構抗震設計基本內容

根據(jù)《抗規(guī)》及《高規(guī)》的規(guī)定，建筑工程抗震設計主要內容有場地抗震地段劃分、場地類別、抗震設防烈度、地震動參數(shù)、地震分組、特征周期、建筑結構適用高度、抗震等級、地震計算分析、抗震概念設計、抗震性能設計、抗震措施、抗震構造等基本內容；《高規(guī)》又將鋼筋混凝土構造建筑結構分為A級高度和B級高度，并根據(jù)不同的場地及地震條件規(guī)定了各類結構體系不同的最大適用高度、抗震等級、抗震措施及抗震構造要求；這里需要強調的是部分因場地地質條件差（如Ⅲ、Ⅳ場地）、抗震設防烈度高（如設防烈度為7度的地區(qū)、設計基本地震加速度為0.15g的場地，設防烈度為8度的地區(qū)、設計基本地震加速度為0.3g的場地）的建筑在抗震等級、抗震措施和抗震構造等方面都有明確的提高要求。

4.建筑結構抗震性能化設計簡述

建筑結構應根據(jù)實際需要和可能，綜合考慮其抗震設防分類、設防烈度、場地條件、結構類型、結構〝超限〞情況（如建筑結構高度、平面及豎向規(guī)則、建筑結構復雜程度等超過有關規(guī)范、規(guī)程的相關規(guī)定）、建筑使用功能要求、投資大小、震害損失和震后修復難易程度等因素，對選定的建筑結構抗震性能目標進行技術、經(jīng)濟可行性綜合分析、評價及論證。建筑結構的抗震性能化設計具有較強的針對性，建筑結構抗震性能化設計可以分別針對整個結構、結構的局部部位或關鍵構件、結構的關鍵構件、重要構件、次要構件以及建筑構配件和水電設備支座、連接件。簡單說，同一建筑結構單元可以設定同一個抗震性能目標，也可以就同一建筑結構單元的不同部位、不同構件、不同專業(yè)分別設置抗震性能目標。建筑結構抗震性能目標確定后再分別選定建筑結構抗震設計的地震動水準、性能目標、性能設計指標。

通常大多數(shù)符合現(xiàn)行《抗規(guī)》及《高規(guī)》規(guī)定和要求（如設計使用年限、最大適用高度、規(guī)則性、復雜程度等）的建筑結構無需進行抗震性能化設計，建筑結構抗震性能化設計通常是根據(jù)建筑結構具體的〝超限〞情況，對建筑結構的不同部位、不同構件提出不同的抗震性能目標，對建筑結構的重要部位（底部加強部位、上部結構軟弱層、上部結構薄弱層等）、關鍵構件（抗震墻、框架柱、轉換構件、大跨構件、長懸挑構件等）提出高于抗震設防標準的性能目標，但建筑結構的非重要部位、非關鍵構件抗震性能不得低于抗震設防標準的性能目標。

二、建筑結構抗震設計的重點

1.建筑場地的選擇原則

為了保證建筑結構的抗震功能更加有效，工程建設場地的選擇是首要的，選擇建筑工程建設的場地時，要注意盡量避開對建筑抗震不利的場地，務必不能在屬于建筑抗震危險地段的場地建造房屋。場地的選擇，在很大程度上直接決定了建筑結構抗震設計的難易和成本。地震會造成場地的地表錯動與開裂、場地及地基的不均勻沉陷、滑坡和粉土、砂土的液化。所以，場地的選取對建筑結構的抗震設計非常關鍵，必須避讓建筑抗震危險地段的場地，對于建筑抗震不利地段的場地，如軟弱場地、易液化土、分布明顯不均勻等地段的場地，在抗震設計中一定要加強抗震措施保證其地震作用下的穩(wěn)定性，建筑抗震不利地段的特殊場地（部分山嘴、山丘、陡坡、河岸、邊坡邊緣等）尚應估計對設計地震動參數(shù)的放大注意，其水平地震影響系數(shù)最大值應根據(jù)有關規(guī)定放大1.1～1.6倍。

2.建筑抗震不利地段場地土的處理

根據(jù)具體的實際情況采取相應的抗震措施，對于地基液化沉陷的地段，要加強地基和上部結構整體性和剛度、并采取部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。在故河道以及臨近河岸、海岸和邊坡等有液化側向擴展或流滑的地段不宜建設永久性建筑，否則應進行抗滑移驗算并采取防土體滑移措施或結構抗裂措施。而對于軟弱粘性土層、新近填土和嚴重不均勻土層時，可以采取樁基、地基加固、加強基礎和上部結構設計等處理措施，并且采取相應的地基穩(wěn)定措施避免可能導致滑移或者地裂的現(xiàn)象。總而言之，建筑場地應優(yōu)先選擇建筑抗震有利地段、一般地段的場地，杜絕建筑抗震危險地段的場地，對于建造在建筑抗震不利地段場地上的建筑應根據(jù)具體情況對場地、地基、基礎及上部結構采取相應加強措施。

3.建筑結構體系的合理選擇

建筑結構體系的合理選擇在建筑結構抗震設計中也是一個非常關鍵的問題，其在很大程度上決定著建筑結構抗震的安全性和經(jīng)濟性。建筑結構抗震設計中首先要選擇具備一定的贅余度和內力重分配的能力建筑結構體系（即優(yōu)先選擇〝超靜定〞結構），如果某一局部部位、個別構件或節(jié)點的某一功能（約束）失效而其他部位或某一功能（約束）失效構件、節(jié)點的其他功能（約束）仍然可以正常發(fā)揮作用且整體結構仍具有很好的承載負荷能力，防止建筑結構整體失效或者失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生，從而保證建筑結構整體的抗震能力。

根據(jù)建筑高度及功能的要求，結合地區(qū)抗震設防烈度和場地地震條件等因素，合理選擇建筑結構體系，最大限度滿足建筑使用功能要求是建筑結構設計的前提，在滿足建筑使用功能的前提下，合理選擇建筑結構體系是建筑結構設計重要內容，應在各類建筑結構體系適用高度中進行建筑結構體系選擇，特別需要提出的是在選定的某一類建筑結構體系設計中應合理確定結構的抗側力體系設計，避免因建筑結構的抗側力剛度不足，使得整體建筑結構難以滿足建筑正常使用極限狀態(tài)的要求，同時也要指出選擇過大的抗側力剛度的建筑結構體系也會產(chǎn)生相應較大的地震作用。總而言之，建筑結構體系選擇的基本原則是保證安全、滿足功能、經(jīng)濟合理。

建筑結構體系應具有明確的計算簡圖和直接、合理的地震作用傳遞途徑。建筑結構抗震設計過程中，各類豎向承重構件布置時，應盡可能做到均勻、對稱，同類豎向構件應力水平接近均勻；樓屋蓋主梁（框架梁）布置時，應保證能以最短途徑、最直接的方式傳遞到豎向承重構件上；轉換結構設計時，上部結構的豎向構件的作用宜優(yōu)先通過一次轉換到轉換層下部豎向構件，最多通過兩次轉換到轉換層下部豎向構件，避免采用兩次以上轉換的轉換結構。同時需要專門提出的是中西部廣大中小城鎮(zhèn)要慎用底部框架上部砌體建筑結構體系，杜絕上部砌體承重墻放置在底部框架懸挑梁端部的連梁上。

整個建筑結構的抗測力結構體系也必須有一個合理的選擇，尤其要注意建筑結構抗側力體系設計的沿豎向要有〝下大上小〞和均勻、緩慢變化的設計原則，避免結構突變和鞭梢效應（即剛度、作用、承載力的突變），防止建筑結構突變（局部削弱）形成結構體系的軟弱部位或薄弱部位。同時建筑結構設計應滿足承載能力和正常使用的兩個極限狀態(tài)設計原則，建筑結構體系抗震設計必須具備足夠的承載能力和良好的變形能力，實現(xiàn)建筑抗震設計的預期功能。

三、提高建筑結構抗震設計水平的建議

1.加大抗震設計的監(jiān)督和管理

根據(jù)《中華人民共和國建筑法》、《中華人民共和國防震減災法》、國務院《建設工程質量管理條例》、《建設工程勘察設計管理條例》等法律法規(guī)的規(guī)定，各級建設行政主管部門對工程建設、防震減災負有監(jiān)督管理職責，各級建設行政主管部門應按規(guī)定權限和職責，加大對中西部抗震設防地區(qū)中小城鎮(zhèn)中小建設工程項目的抗震設計的監(jiān)督和管理。

2.提高設計人員的法律意識

根據(jù)我國現(xiàn)行的法律、法規(guī)及有關工程建設標準強制性規(guī)定，凡在抗震設防烈度為6度及以上地區(qū)的新建、改建、擴建的房屋建筑工程必須按有關規(guī)定和要求進行抗震設計，未按規(guī)定進行抗震設計或抗震設計為滿足現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的要求，設計單位及人員就涉嫌違反有關法律、法規(guī)和工程建設標準強制性的相關規(guī)定（技術法規(guī)），屬于違法行為，情節(jié)惡劣、后果嚴重的將承擔相應的法律責任。

3.加強施工圖設計文件的審查

根據(jù)我國現(xiàn)行的法律、法規(guī)、規(guī)章的規(guī)定，新建、改建、擴建房屋建筑工程建設項目實行施工圖設計文件（含勘察成果）審查制度，建設單位將勘察設計單位完成的施工圖階段的設計文件交由第三方審查（審查機構），施工圖設計文件（含勘察成果）的審查分為政策性審查和技術性審查。政策性審查主要內容是場地地質、地震、水文災害評估和規(guī)劃許可；技術性審查主要內容是抗震設防分類、抗震設防標準、抗震設計（如作用、措施、構造）、地基及主體結構安全。

施工圖設計文件（含勘察成果）未經(jīng)審查或審查不合格的施工圖設計文件（含勘察成果）不得使用。

四、結語

總之，在地震多發(fā)地區(qū)的中西部中小城鎮(zhèn)中小項目的建設中更加迫切地需要合格的建筑結構抗震設計成果。所以，我們應該更加重視上述地區(qū)、項目的建筑結構抗震設計，建筑結構抗震設計的質量是保證房屋建筑抗震性能的前提，只有保證房屋建筑結構抗震設計的質量，才能確保房屋建筑工程抗震性能預期功能實現(xiàn)的可能。

（作者單位：河南省建筑設計研究院有限公司）