建筑結構的抗震能力及措施分析

【摘 要】 我國是世界上地震頻發且震害極其嚴重的國家之一，特別是我省“5.12”汶川特大地震給地震災區房屋建筑造成了極大破壞。？地震災區的建筑結構設防與不設防，震后結果大不一樣。要使工程建設能夠減輕以至避免地震災害，把握好抗震設計關是減輕地震災害的根本措施。本文對建筑抗震進行了必要的理論分析，從而探索建筑的設計理念、方法，進而采取必須的抗震措施。

【關鍵詞】建筑設計 建筑結構 抗震設計

一、引言

地震是人類在繁衍生息、社會發展過程中遇到的一種可怕的自然災害。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發的次生災害。我國是世界上地震災害頻發并且震害極其嚴重的國家之一，據專家預測及分析，目前我國正處于第五個地震活躍期，頻繁發生的地震災害告訴我們，抗震設防是防御和減輕地震災害最根本、最有效的措施。因此，建筑物的抗震設防問題是我國減輕自然災害、保障國民經濟建設和社會持續發展，特別是保障人民群眾生命安全的一個重要問題。

地震作用具有較強的隨機性和復雜性，要求在強烈地震作用下結構仍保持在彈性狀態，不發生破壞是很不實際的；既經濟又安全的抗震設計是允許在強烈地震作用下破壞嚴重，但不倒塌。因此，提高結構的變形、耗能能力和整體抗震能力，防止高于設防烈度的“大震”不倒是抗震設計要達到的目標。

二、我國抗震設計中的不足

我國以前規定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準抗震設防目標以前存在一定的問題。該設防目標對甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來說，并不都是恰當的。這種籠統的設防目標也不符合當今國際上的“多層次，多水準形態控制目標”思想，這種多形態目標思想提倡在建筑抗震設計中應靈活采用多重形態目標。這些不足主要表現在：

我國建筑目前大多采用的是鋼筋混凝土框架結構，在整體設計上存在較大的不均勻性，使得這些結構存在著“層間屈服強度”特別薄弱的樓層。在強烈地震作用下，結構的薄弱層率先屈服，彈塑性變形急劇發展，并形成彈塑性變形集中的現象。

三、抗震設計的基本原則與要求

（一）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。

（二）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，在第一次遭大震破壞后再遭余震，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、外部冗余度，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。

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帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。

（三）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。比如加強梁、柱端加密區的長度、箍筋最大間距和最小直徑應按符合規范要求。

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。

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，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。

（四）、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。

（五）采用鋼管混凝土柱

鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內形成的組合結構材料。由于鋼管內的混凝土受到鋼管的側向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。當選用了高強混凝土和合適的套箍指標后，柱子的承載力可大幅度提高。

四、抗震措施

在抗震設計中，從概念設計，抗震驗算及構造措施等三方面入手，在將抗震與結構延性結合的基礎上，建立設計地震力與結構延性要求相互影響的雙重設計指標和方法，直至進一步通過一些結構措施（隔震措施，消能減震措施）來減震，即減小結構上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經濟的抗震性能是當代抗震設計規范發展的方向。主要的抗震措施有：

（一）選擇有利場地。由于場地因素引起的震害往往特別嚴重，因此，選擇建筑場地時，應進行詳細勘察，搞清地形、地質情況，挑選對建筑抗震有利的地段，盡可能避開對建筑抗震不利的地段。

（二）采用合理的建筑平立面。簡單、規則、對稱的建筑抗震能力強，在地震時不易破壞；反之，如果房屋體形不規則，平面上凸出凹進，立面上高低錯落，在地震時容易產生震害。建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理，結構布置符合抗震原則，就能從根本上保證房屋具有良好的抗震性能。

（三）提高結構的延性。結構的延性可定義為結構在承載力無明顯降低的前提下發生非彈性變形的能力。結構的延性反映了結構的變形能力，是防止在地震作用下倒塌的關鍵因素之一。結構良好的延性有助于減小地震作用，吸收與耗散地震能量，避免結構倒塌。而結構延性和耗能的大小，取決于構件的破壞形態及其塑化過程，彎曲構件的延性遠遠大于剪切構件，構件彎曲屈服直至破壞所消耗的地震輸入能量，也遠遠高于構件剪切破壞所消耗的能量。因此，結構設計應力求避免構件的剪切破壞，爭取更多的構件實現彎曲破壞。始終遵循“強柱弱梁，強煎弱彎、強節點、弱錨固”原則。構件的破壞和退出工作，使整個結構從一種穩定體系過渡到另外一種穩定體系，致使結構的周期發生變化，以避免地震卓越周期長時間持續作用引起的共振效應。

（四）控制建筑高度及層數。歷次地震災害證明，砌體建筑的層數越多，高度越高，其地震破壞就越嚴重。因為建筑層數及高度值越大就意味著側向地震作用就越大，同時也加大了建筑底部的傾覆力距。因此在地震中，傾覆力矩過大使得底部墻體產生過大的壓力和剪力而被破壞。所以控制砌體結構高度及層數對減少地震災害有很大的作用。

（五）合理采用抗震縫

按抗震要求設置的垂直的構造縫叫做抗震縫。抗震縫一般設置在結構變形的敏感部位，沿著房屋基礎頂面全面設置，使得建筑分成若干剛度均勻的單元獨立變形。2010版抗震規范對縫寬要求更高：對多層砌體結構抗震縫寬可采用50～100mm；對框架結構抗震縫寬最小為100mm，縫隙兩側結構必須完全分開，中間間隙距離保證在地震作用下兩側結構不發生碰撞。裝修后可完全隱藏抗震縫，對建筑功能影響較小。

五、結束語

綜上所述，對建筑結構來說，良好的抗震性能一定來自于相對簡單的體形，來自簡單而直接的傳力體系及地震作用下結構的多道設防線，在地基和基礎的設計中也應充分考慮到地基的變形對建筑的安全影響等。

現代抗震設計思路提出至今，世界各國的抗震學術界和工程界又取得了許多新的成果，比如進行了大量鋼筋混凝土構件的抗震性能試驗；通過迅速發展的計算機技術編制了準確性更好的非線性動力反應程序；在設計方法上也不再拘泥于以前單一的基于力的傳統抗震設計方法，開始嘗試基于性能和位移的新的抗震設計理念。在這樣的環境中，我國的抗震設計思路也應該在完善自身不足的同時，不斷向前發展，就能使地震災害降到最低限度。

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