建筑結構的抗震概念設計

□文/楊洪勝

地震災害具有突發性，至今可預報性很低，給人類社會造成的損失嚴重是各類自然災害中最嚴重的災害之一。隨著建筑結構抗震相關理論的不斷發展，結構抗震設計思路也經歷了一系列的變化。設計思路經歷了從彈性到非線性，從基于經驗到基于非線性理論，從單純保證結構承載能力的“抗”到允許結構屈服，并賦予結構一定的非彈性變形能力的“耗”的一系列轉變。由于地震作用的隨機性、復雜性、藕聯性，每次地震所產生的波形各異，因而其對建筑物的作用各不相同，所產生的破壞程度也千差萬別。因此，在進行結構的抗震設計時要綜合考慮多方面因素，而切實做好抗震概念設計又顯得尤為重要。

一、抗震概念設計的含義

建筑結構的抗震概念設計是指在進行結構抗震設計時，根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，從概念上，特別是從結構總體上考慮抗震的工程決策，即正確地解決總體方案、材料使用和細部構造，以達到合理抗震設計的目的。

二、抗震概念設計的基本內容

1、建筑設計應重視建筑結構的規則性。建筑結構的規則性對抗震能力重要影響的認識始自若干現代建筑在地震中的表現。最為典型的例子是1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。馬那瓜有相距不遠的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當地地震烈度估計為8度。一幢破壞嚴重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復使用。研究發現破壞較輕的建筑平、立、剖均較規則、對稱；結構側向剛度、材料強度和質量的分布也較均勻、連續，而另一棟建筑則恰恰相反，導致產生嚴重扭轉、抗剪不足等而破壞嚴重。

2、合理選擇建筑的結構體系。抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題，結構方案的選取是否合理，對安全性和經濟性起決定性作用。

（1）結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。要求結構體系受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實際表現相符合。

（2）應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。抗震設計的一個重要原則是結構應有必要的贅余度和內力重分配的功能。諸多震后實例均印證了它的重要性，設計時要引起足夠重視。

（3）結構體系應具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。足夠的承載力和變形能力是需要同時滿足的。有較高的承載能力而缺少較大變形能力，如不加約束的砌體結構，很容易引起脆性破壞而倒塌。必要的承載能力和良好的變形能力的結合便是結構在地震作用下具有的耗能能力。

3、提高結構構件的延性。結構的變形能力取決于組成結構的構件及其連接的延性水平。規范對各類結構采取的抗震措施，基本上是提高各類結構構件的延性水平。這些抗震措施如：采用水平向（圈梁）和豎向（構造柱、芯柱）混凝土構件，加強對砌體結構的約束，或采用配筋砌體；使砌體在發生裂縫后不致坍塌和散落，地震時不致喪失對重力荷載的承載能力；避免混凝土結構的脆性破壞（包括混凝土壓碎、構件剪切破壞、鋼筋同混凝土粘結破壞）先于鋼筋的屈服；避免鋼結構構件的整體和局部失穩，保證節點焊接部位（焊縫和母材）在地震時不致開裂等等。

4、抗震設計要注重非結構構件的設計。非結構構件包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備，自身及其與結構主體的連接，應進行抗震設計。結合相關震后資料，啟示如下：（1）附著于樓、屋面結構上的非結構構件，應與主體結構有可靠的連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設備；（2）圍護墻和隔墻應考慮對結構抗震的不利影響，避免不合理設置而導致主體結構的破壞；（3）幕墻、裝飾貼面與主體結構應有可靠連接，避免地震時脫落傷人；（4）安裝在建筑上的附屬機械、電氣設備系統的支座和連接應符合地震時使用功能的要求，且不應導致相關部件損壞。

三、結束語

“5.12”汶川大地震后，國家對《建筑抗震設計規范》重新進行了修定，不難看出新的規范對于抗震概念設計提出了更高的要求。一幢抗震性能優良的建筑除了進行必要的結構計算之外，概念設計更為重要。作為結構工程師來說，必須使這一理念貫穿于結構設計的整個過程當中，既要嚴格把握好設計的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設計的科學性和嚴謹性，為社會創造更多精品工程。

[1]GB50011-2001，建筑抗震設計規范（2008年版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2]王亞勇.汶川地震建筑震害啟示－抗震概念設計[J].建筑結構學報，2008.

[3]郭繼武.建筑抗震設計（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2006.