淺談抗震設計概念

朱志榮

摘要：抗震設計是結構設計中的重要設計內容，要做好結構的抗震設計，一定要重視抗震概念設計和抗震構造措施，從整體上去把握結構的抗震能力。文章闡述了地震震害情況和抗震設計的基本思路。簡述了地震作用計算方法。

關鍵詞：地震震害；抗震設計；地震作用計算

中圖分類號：TU973 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0009-02

根據以往地震震害，地震中破壞的情況歸納為以下幾個方面。以備我們在設計過程中采取有效的抗震設計對策。

（1）場地地基方面：砂土液化引起地基不均勻沉降，導致上部結構破壞。在具有深厚軟弱沖擊土層的場地上，高層建筑的破壞率顯著增高。當建筑的基本周期與場地卓越周期相近時，破壞程度因共振效應而加重。

（2）房屋體型方面：平面復雜的房屋，破壞顯著增高。有大底盤的高層建筑，裙房頂面與主樓相接處樓板面積突然減少，破壞程度加重。高寬比比較大的高層建筑，且上部剛度大，使得底層框架的柱子因地震傾覆力矩引起的巨大壓力而發生剪壓破壞。

（3）結構體系方面：單跨結構體系因結構冗余度較少，強地震作用下易發生整體倒塌。混凝土板柱結構體系的房屋，因樓板沖切破壞，或因樓層側移過大，柱頂、柱腳破壞嚴重，樓板塌落。框架—剪力墻結構體系的房屋，地震時破壞程度較輕。

（4）剛度方面：L型、三角形等平面不對稱，地震時扭轉震動而使震害加重。當平面對稱，平面內部布置剛度不均勻，如樓電梯間偏心布置，也會產生扭轉震動而使震害加重。

（5）構件體型方面：聯肢剪力墻的連梁常發生斜向裂縫或交叉裂縫，框架結構中的柱子破壞比梁、板嚴重的多，框架結構中同層長短柱共存時，短柱破壞

嚴重。

（6）非結構方面：剛度很大的砌體填充墻在平面和豎向分布的不合理，造成平面扭轉破壞，豎向產生薄弱樓層破壞。附著于樓面的設備，女兒墻等與主體結構連接不牢固，地震時易塌落。

結構的抗震設計也就是結構抵御地震作用設計，從結構受力角度講，一方面取決于地震動的特性，另一方面還取決于結構本身的力學特性。抗震設計時，要做好結構自身的力學特性處理。以達到良好的抗震效果。

結構剛柔相濟原則，如果結構剛度太大，地震作用效應就會很大，這樣為抵御地震需配更多的鋼筋，因此，增加了結構的剛度，反而使地震作用效應增強。在較大的地震力瞬間，極易造成局部構件受損，最后導致各個擊破。太柔的建筑，雖然有很好的延續，可以消減外力，而造成變形過大而無法使用，甚至倒塌。因此結構設計要采用適當的剛度，既滿足變形要求，又不會使地震作用過大。

對于抗震設計來說，防止倒塌是我們設計的最低目標，也是我們必須保證的要求。結構或構件要設計成延性結構或構件。延性是指構件或結構具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。當設計成延性結構時，由于塑性變形可以消散地震能量，結構變形加大，但結構承受的地震作用不會直線上升，也就是說，結構用它的變形能力抵抗地震作用。延性構件設計應遵守“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱桿件，強底層柱”原則，承受豎向力的主要構件不宜作為主要耗能構件。各個變形環節，塑性變形成分遠大于彈性變形成分，這棟房屋具有較高的耐震性能。

在進行地震作用計算時，由于地震發生的地點是隨機的，對于建筑物而言地震作用方向是隨意的，結構的抗側力構件也不一定是正交的，結構的剛度中心和質量中心也不完全重合，必然使結構產生不同程度的扭轉，震中區的豎向地震作用對結構的影響也不容忽視。這些都應注意，必須滿足《抗規》5.1.1的規定。《抗規》中提供了以下三種計算地震作用方法。

將多自由度體系簡化為等效單自由度體系的底部剪力法。

適用于多自由度體系的振型分解法。振型分解反應譜是以單自由度體系反應譜理論為基礎，采用振型分解原理解決多自由度體系地震反應的計算方法。由于它較全面的考慮了結構的動力特性，除了特別不規則和不均勻的建筑外都能給出很滿意的結果；而且計算過程并不太復雜，因而成為當前計算較復雜結構地震反應的常用方法。

直接輸入地震波求解運動方程及結構地震反應的時程分析法（動力時程分析是一種模擬地震作用分析方法，實測建筑物所在地的地震波，進行數值化處理后再進行計算是比較合理的），抗震設計中也稱為“動態設計”。思路是對于復雜工程，考慮不同地震波的頻譜特性產生的激勵不同，結構的反映也不盡相同，萬一遇到反應譜包不住的情況（結構與地震輸入的特殊性所在），那么就是能發現潛在的薄弱環節，使得設計人員能夠在設計階段對方案的不足加以補強，確保結構安全。近年來隨著社會發展需要，高層建筑和復雜結構的發展，多遇地震情況下的時程分析方法作為一種補充計算方法也得到比較廣泛的應用。

在進行時程分析時正確選擇輸入的地震加速度時程曲線，要滿足地震動三要素的要求，即頻譜特征、有效峰值和持續時間均符合規定。頻譜特性可用地震影響系數曲線表征，依據所處的場地類別和設計地震分組確定，加速度有效峰值參見《抗規》表4.3.5，輸入地震加速度時程曲線的有效持續時間，一般從首次達到最大峰值10%時開始，到最后一點達到最大峰值10%時止，約為結構基本周期的5～10倍。

結構的抗震設計與結構抵御其它荷載作用的設計是不同的，在進行抗震設計時準確把握符合這一特殊設計的基本原則。希望對結構設計人員在進行抗震設計時有一定的幫助。