建筑結構抗震設計需要注意的問題

【內容摘要】抗震問題是建筑結構設計中需要考慮的一個重要問題，尤其是近年全球各地以及國內數次地震所造成的破壞影響，使得建筑結構抗震問題被社會各界所廣泛關注。本文以提高建筑結構抗震能力為目的，對建筑結構抗震設計中需要注意的問題進行了探討。

【關鍵詞】建筑結構；抗震設計；設計問題；抗震能力

1 引言

2008年5月我國汶川地震、2009年4月意大利拉奎拉地震、2009年9月印尼蘇門答臘島地震、2010年1月海地震震、2010年2月智利地震、2010年4月我國玉樹地震、2011年日本宮城地震，僅短短三年時間間，地震即造成逾40萬人死亡，上百萬人受傷，數百萬人流離失所，直接經濟損失高達近萬億美元，給我國以及全世界人民帶來沉重的影響，建筑結構抗震問題為全球所廣泛關注。我國地處喜馬拉雅-地中海地震帶與太平洋地震帶交界處，震區分布廣、地震頻率高、地震強度大，是世界上地震災害較為嚴重的國家，如果建筑結構抗震能力不足，一旦發生地震將會造成巨大的影響。本文以提高建筑結構抗震能力，保護人民生命財產安全為目的，對建筑結構抗震設計中需要注意的問題進行了探討。

2 地震原理和震害房屋破壞機理分析

地震是由于地殼快速釋放能量過程中造成振動，產生地震波的一種自然現象，其震級根據地震時釋放的能量多少來劃分，烈度則指地面和建筑物受地震破壞的程度。同樣的地震，不同地區的地震烈度并不一樣，離震源近則破壞大烈度就高，離震源遠則破壞小烈度低。地震破壞是由地震波引起地面強烈震動造成地面房屋建筑物等崩塌所帶來的損害，地震波的傳播方式有縱波、橫波和面波三種，縱波是推進波，由地殼中按每秒約6千米的速度傳播，最先到達震中使地面上下震動，破壞性不強；橫波是剪切波，以每秒約4千米的速度在地殼中傳播，第二個到達震中，使地面前后左右擺動，破壞性較強；縱波和橫波在地面相遇產生混合波以每秒約3千米速度傳播，波長和振幅較大，是造成房屋建筑破壞的主要因素。

由于房屋都有一定剛度以抵抗外力作用引起的形變，地震波引起地面振動，引起房屋建筑振動，而房屋建筑通常是按靜力設計的，很少考慮動力影響，當振動強度超過房屋建筑自身形變能力時，就會造成破壞。通常的破壞形式有地基基礎影響的破壞、縱波導致的破壞、橫波導致的破壞、旋轉地震力導致的破壞。其中，縱波破壞、橫波破壞和旋轉地震力破壞通常在離震中較近的區域交織作用，給房屋建筑以毀滅性的影響。

3 建筑物抗震設防類別

根據我國《建筑抗震設防類別標準》規定，將建筑根據使用功能的重要性劃分為甲、乙、丙、丁四個抗震設防類別。甲類建筑是在地震破壞后對社會有嚴重影響，對國家經濟有巨大損失或有特殊要求的建筑，這類建筑抗震設防標準要高于本地區抗震設防烈度要求，按地震安全性評估結果確定；乙類建筑是主要功能不能中斷或需盡快恢復，地震破壞會造成重大社會影響和國民經濟重大損失的建筑，抗震設防標準比地區抗震設防烈度高一度；丙類建筑是地震破壞后有一般影響以及不屬于甲、乙、丁類的建筑，抗震設防標準按地區抗震設防烈度的要求進行；丁類建筑是地震破壞或倒塌后不影響甲、乙、丙類建筑，且社會影響、經濟損失輕微的建筑，通常指儲存物品價值低、人員活動少的單層倉庫建筑，抗震設防標準可以比地區抗震設防烈度適當降低，但不能低于6度。

4 抗震設計場地問題

分析汶川地震我們可以看出，其地震破壞最大的映秀鎮位于龍門山構造帶內，屬地震危險地段，在地震時極有可能發生滑坡、崩塌、地裂、泥石流、地表錯位等次生地質災害，可見抗震設計時場地問題的重要性。實際上，在抗震規范中即有規定，除了按國家有關標準的規定進行場地地質勘察外，還應當根據需要對場地劃分為對建筑物有利、不利和危險的等級，并進行場地類別和巖土地質穩定性評價。在規范中要求，應當選擇有利地段，避開不利地段，當建筑物實在無法避開不利地段時，應當采取適當的措施，杜絕在危險地段建筑甲、乙、丙類建筑。當必須在不利地段構建建筑物時，規范中規定“應詳細查明地質、地貌、地形條件，并依據具體情況采取適當抗震措施。

實際上，場地類別是決定抗震設計的主要依據，在對地場類別判定時，通常是以地層平均剪切波速和場地搜蓋層厚度綜合評定的，平均剪切波速取地面下15米且不深于場地搜蓋層范圍內的土層剪切波速，按土層厚度取加權平均值。但在具體應用中，由于場地覆蓋層底部土層剪切波速較大，依據加權平均值判定的場地類別通常將Ⅲ類判為Ⅱ類；依據地面15米各土層剪切波速平均值簡單平均會造成計算出的土層剪切波速平均值產生誤差，這種計算和檢測上的誤差，極容易將場地類別判斷錯誤，給建筑結構抗震設計形成安全隱患。

5 結構概念設計和計算問題

由于地震是一種隨機運動，其作用機理極為復雜且不確定，很難準確把握和預測，使得在結構分析是難以充分考慮結構的空間作用、材料性能、連接構造、阻尼變化等因素，單獨依靠計算很難使建筑結構滿足抗震需求，因此目前國內外工程界普遍重視建筑總體抗震能力的概念設計，通過在設計時把握房屋體形、剛度分布、結構體系、構造延性、能量耗散等，從根本上消除建筑的抗震薄弱環節。但是，在設計時，設計人員通常采用單向地震作用計算，對復雜空間框架采用強行分片計算的方法，這種計算方法存在著不合理性。此外，計算參數的選用不合理現象也較常見，比如場地類別選擇錯誤、計算周期未折減、梁剛度放大、未考慮塔樓結構鞭梢效應等。

6 結束語

建筑結構抗震能力直接決定了地震災害發生時所造成的損失大小，因此在進行設計時必須注意抗震問題，在具體設計工作中，設計人員應當嚴格按照相關規范進行，從地震破壞機理、建筑場地類別、抗震設計計算方法、抗震設計計算參數的選擇等方面入手，獲取科學有效的數據為房屋體形、剛度分布、結構體系、構造延性、能量耗散等提供依據，提高建筑物抗震能力，保障人民群眾生命財產安全，減小地震給國家經濟帶來的損失。

參考文獻

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