提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法

張海波

[摘要]眾所周知，在地震中造成傷亡的主要原因是建筑物的倒塌，因此提高建筑物架構的抗地震倒塌能力至關重要。建筑物的抗地震倒塌能力取決于建筑整體的質(zhì)量，主要與結構設計、結構布置、建筑材料、施工質(zhì)量、施工方法等相關。其中建筑設計階段是保證建筑物抗震穩(wěn)定性的重要階段，為提高建筑物結構抗地震倒塌能力，本文主要從設計思想和設計方法的角度來進行探討。介紹了主要抗震設計的主要思想以及提高建筑結構抗地震倒塌能力的合理方法。

[關鍵詞]建筑結構；地震倒塌；設計思想；抗震方法

文章編號：2095 - 4085（ 2018） 01 - 0038 - 02

1 地震對建筑物的破壞形式

1.1 整體型破壞

整體型破壞是指建筑結構在地震等突發(fā)情況下發(fā)生的穩(wěn)定有序的破壞，此種破壞有利于充分發(fā)揮建筑各個部件的抗震能力，此種破壞模式相對較安全，破壞發(fā)生時，具有可預測性，能夠預留較長時間轉移人群，不易造成重要的人身財產(chǎn)安全威脅。整體型破壞是面對地震破壞較為理想的破壞模式。建筑結構設計時，在達到必須發(fā)生建筑結構破壞的較大地震強度下，應以此種破壞方式發(fā)生破壞。

1.2 局部型破壞

局部型破壞是一種突變的過程，在地震災害發(fā)生時，建筑結構發(fā)生不穩(wěn)定變化：由局部破壞突變?yōu)檎麄€系統(tǒng)，整個破壞過程難以控制，不可預測。容易發(fā)生此種破壞的代表結構為柱鉸機制結構。在工程設計時，應盡量避免易發(fā)生局部破壞的設計結構。

2 提高建筑物抗地震倒塌能力的設計思想

2.1 場地和地基

建筑物設計選址應根據(jù)工程需要及地層地震帶活動規(guī)律，對場地進行地震可能發(fā)生概率綜合評價。對地震不利地段應采取必要的抗震措施。不同地基條件下基礎設計也應滿足一定抗震要求：同一單元建筑基礎地基條件不能差異過大，也不能采用不同的基礎形式，若地基條件顯著不同無法改變時，則應考慮地震時不同基礎的沉降差距提前采取措施。

2.2 建筑物構件布置規(guī)則

建筑物的構件布置設計應滿足抗震設計要求。建筑設計應盡量采用平面、立面等規(guī)則性的建筑結構，規(guī)則形體建筑的抗側滑力構件應對稱布置、側向剛度和承載力不應存在突變，構件尺寸、材料強度等應當均勻變化。對于不規(guī)則的建筑應采取相應加強措施，必要時應進行專項研究，結合實際采取特殊抗震加強措施。對于極其不規(guī)則的建筑，不應建設在地震帶。不規(guī)則建筑物設計應按抗震規(guī)范進行內(nèi)力調(diào)整，應用空間模型結構計算，局部內(nèi)力計算可適當增大系數(shù)。對于體型較為復雜的建筑，應根據(jù)工程實際不規(guī)則程度及地質(zhì)地基條件決定是否設置防震縫。

2.3 結構體系

建筑物的結構體系應根據(jù)建筑規(guī)模、高度，防震級別，地質(zhì)條件，建筑材料，施工技術等綜合考慮。建筑物的結構體系應有明確的地震傳遞途徑、必要的抗震承載力，應避免產(chǎn)生局部型破壞導致整體突變性破壞。砌體結構構件應設計足夠的鋼混圈梁和構造柱等；混凝土結構構件應控制尺寸及鋼筋箍筋，以保證其他破壞不會先于鋼筋的破壞；預應力混凝土構件應當保證鋼筋數(shù)量；合理控制構件尺寸，避免局部及整體失穩(wěn)破壞。對于高層混凝土建筑，蓋板應優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板，同時應保證整體性。

2.4 構件連接要求

在建筑設計中，要保證整體結構的抗震能力，就應在保證結構布局合理的基礎上，加強連接水平，從而優(yōu)化整體建筑性能、提高受力構件的承載力。各個構件的連接應滿足以下設計思想：連接節(jié)點的破壞、預埋件的錨固破壞都應晚于構件本身的破壞；裝配結構的構件應保證整個結構的整體性，不得出現(xiàn)受力斷層；對于預應力混凝土構件，其鋼筋應在非核心區(qū)錨固。

2.5 抗震材料的選擇

建筑整體質(zhì)量是由很多因素決定的，而建筑材料是保證抗震穩(wěn)定的一個重要因素，若建筑材料不合格，即使再優(yōu)化建筑結構也無法保證建筑的抗震性能。施工過程中，應嚴格保證建筑材料的質(zhì)量。

3 提高改進建筑物抗地震倒塌能力的方法

我國建筑物抗震準則為“小地震無影響，中等地震可維修，大地震不倒塌”，在分析了設計思想的基礎上，介紹防震設計的具體方法，主要分為兩個階段。第一階段是基本的抗震設計，即計算出地震強度對建筑物的影響，進行抗震計算，可保證“小震不壞”，滿足基本承載力安全儲備。第二階段是要實現(xiàn)“大震不倒”，需考慮眾多因素且地震產(chǎn)生破壞力也較大，依據(jù)設計規(guī)范也無法保證抗震安全，因此設計時應結合具體工程，需加強經(jīng)驗總結，充分做好調(diào)查研究準備工作，綜合考慮各方面影響。

若要切實提高建筑物的抗地震倒塌能力，應在建筑結構設計階段采用合理的建筑結構體系，全面了解掌握地震破壞的基本原理，選擇最優(yōu)的結構體系和布置形式，從地基處理、整體設計、規(guī)則性設計、連接處設計等多方面角度進行抗震優(yōu)化，才能夠保證建筑的抗地震倒塌能力。提高改進建筑物抗地震倒塌能力，也需要從審查方法和管理體制人手。我國目前對結構設計的專家審查方法主要還是按照規(guī)范及經(jīng)驗審查，目前我國的抗震規(guī)范主要是根據(jù)具體構造的設計指導，在整體系統(tǒng)結構的考慮上有所欠缺，而整體結構體系是保證整個建筑物抗地震倒塌的重要依據(jù)，若整體體系設計不滿足抗震要求，即使單個構件全部滿足設計規(guī)范要求，也可能造成抗震性能較差、產(chǎn)生地震倒塌。現(xiàn)有規(guī)范原則性、可操作性較差，應進行改革提高。

除此之外，在管理體制上，在建筑物抗震設計專業(yè)規(guī)范等規(guī)范和其他相關法律法規(guī)之間的關系急需調(diào)整。專業(yè)規(guī)范應當更具有權威性和專業(yè)性，而非強制法規(guī)性，按照規(guī)范照搬硬抄沒有考慮實際情況的建筑設計工作者，不應免除其法律責任。設計工作者應靈活掌握使用規(guī)范，多做實地考察增加經(jīng)驗累積，而非生搬硬套。近些年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展，我國建筑物設計呈現(xiàn)新、奇、特的趨勢，而這種趨勢帶來的復雜結構的建筑設計，并不利于結構抗震，建筑整體的意外安全儲備明顯降低。為避免建筑設計師任意采用不規(guī)則的復雜設計造型不利于結構抗震設計，應提出建筑師也應承擔部分安全方面責任，而非結構設計者完全承擔。

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