淺談建筑抗震設計的特點

閆曉愛

接二連三的地震引起了人們的恐慌，智利里氏8.8級特大地震;汶川里氏8.0級特大地震;玉樹里氏 7.1級地震，造成眾大人員傷亡，這些引起了人們的深思。我國建筑抗震設計，從唐山地震后開始。唐山地震中，按日本20世紀30年代抗震規范設計的多層建筑基本沒有受到大的破壞，由此我國開始了具有中國特色的抗震設計研究。按《建筑抗震設計規范》要求，結構工程師進行抗震結構設計，其目標是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，尋求建筑結構在強度、剛度、延性及耗能能力等方面達到最佳。但是，由于地震作用是一種隨機性很強的循環、往復荷載，建筑物的地震破壞機理又十分復雜，存在著許多模糊和不確定因素，在結構內力分析方面，由于未能充分考慮結構的空間作用、材料時效、阻尼變化等多種因素，計算方法還很不完善，單靠微觀的數學力學計算很難使建筑結構在遭遇地震時真正確保具有良好的抗震能力。

1 建筑抗震結構體系的基本要求

1.1 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能

1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱”的原則。2)對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。3)承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

1.2 盡可能設置多道抗震防線

1)一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。2)強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部贅余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌和一旦破壞也易于修復。3)適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。4)在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大代小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。

1.3 對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力

1)構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。2)要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比例有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。3)要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

2 提高抗震性能的措施

有抗震設防要求的建筑除應滿足強度、剛度要求外，還要滿足延性的要求。無筋砌體本身是脆性材料，只能利用約束條件(如圈梁、構造柱、組合柱等來分割、包圍)使砌體發生裂縫后不致崩塌和散落，地震時不致喪失對重力荷載的承載能力。針對預制混凝土在強烈地震中容易脫落導致人員傷亡的震害，新的抗震設計規范推薦采用現澆樓、屋蓋，特別強調裝配式樓、屋蓋需加強整體性的要求。

鋼筋混凝土構件抗震性能與砌體相比是比較好的，但如處理不當，也會造成不可修復的脆性破壞。如:混凝土壓碎、構件剪切破壞、鋼筋錨固部分拉脫(粘結破壞)，應力求避免。

鋼筋混凝土構件應用廣泛，本身自重較大，是抗震設防的重點之一。按強柱弱梁的原則，柱子的抗震設防是重中之重，因此我們重點討論柱子。建筑的底層柱，隨著建筑物高度的增加，其所承擔的軸力不斷增加，在層高一定的情況下，提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內而不能過大，這樣則必然導致柱截面增大，從而形成短柱，甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區設防烈度或高于本地區設防烈度的地震影響時，很容易發生剪切破壞而造成建筑整體結構破壞甚至倒塌。

混凝土短柱的延性主要受軸壓比的影響，同時配箍率、箍筋的形式對混凝土短柱的影響也很大。混凝土結構短柱，特別是結構底層的混凝土短柱，其軸壓比很大，破壞時呈脆性破壞，其塑性變形能力很小。可采取以下幾方面措施提高混凝土的抗震性能:

1)提高短柱的受壓承載力。提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個結構的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強度等級，即采用高強混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比;但高強混凝土材料本身的延性較差，采用時須慎重或與其他措施配合使用。此外，也可以采用鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。

當選用了高強混凝土和合適的配箍后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。

2)采取抗震構造措施。短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發揮。根據強剪弱彎的原則，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度。

3 結語

通過汶川、玉樹地震表明，嚴格按照規范進行設計、施工和使用的建筑，在遭遇罕遇地震作用下，沒有出現倒塌破壞，可以有效地保護人民的生命安全。但我們還需要進一步努力使建筑抗震分析在概念上走向完善，使結構材料特性，動力響應，計算理論，穩定標準諸方面符合實際，自然會在建筑結構抗震領域內起到重要的作用。

[1] GB 50011-2001，建筑抗震設計規范[S].

[2] 豐定國，王社良.抗震結構設計[M].武漢:武漢理工大學出版社，2003.

[3] 張志強.延性與抗震設計[J].山西建筑，2008，34(12):93-94.

[4] 朱鏡清.結構抗震分析原理[M].北京:地震出版社，2002:11.