對建筑結構抗震設計若干問題的探究

劉宏偉

摘要：隨著現代化經濟建設的飛速發展和城市化發展的不斷深入，各種新型的、高層的建筑物拔地而起，而隨著現代建筑的建筑類型越來越復雜，其對地震風荷載等的抗震能力要求也越來越高。只有對建筑結構進行全面合理地抗震設計，才能保證建筑的質量和安全，保護人民的生命財產安全，也能不斷促進我國的社會的穩定發展。本文針對建設抗震設計中常見的一些問題進行了簡單的探討。

關鍵詞：抗震設計；高度設計；場地選擇

近年來，在我國幾次重大的地震災害中，房屋建筑的倒塌現象時有發生，給我國人們的生產生活和生命財產帶來了重大的損失，也嚴重影響了我國的現代化經濟發展進程。地震災害是一種無法避免的天然災害，我國又是一個地震多發國家，因此在各種新型、復雜和高層建筑不斷應運而生的時代，我們應該充分重視建筑結構的質量和安全性能，做好建筑抗震設計，保證建筑的整體穩定性能。下面主要從幾個常見的抗震設計問題入手，如對建筑抗震場地的選擇、建筑高度設計、建筑結構體系和材料選擇、建筑不規則形問題以及抗震設計等級等方面，進行簡單的探討。

一、抗震場地選擇

建筑物的抗震性能除了與建筑物本身的結構設計有關外，還在很大程度上受到建筑場地的影響。在地震發生的過程中，如果建筑場地本身屬于軟土地基，將會更加容易受到地震波的破壞。應該做好充分的前期地質勘查工作，全面深入地了解建筑場地的地質條件，避免在一些危險地段進行甲、乙、丙類建筑施工。由于在地震波的作用影響下，地表附近會發生各種大小裂縫以及不同程度的錯動，導致地基交錯地帶產生滑坡現象、出現不均勻沉降以及造成各種建筑施工材料（如砂土、粉等）的液化，這種不利的地震作用尤其是在一些地質條件明顯不均勻、土質易液化以及軟弱地基等的地段中表現更為突出。在實際施工中，應該盡量避免在這種地質場地施工。如果不得不在這些不利場地進行施工，則應該進行全面合理地抗震設計，采取多種有效的抗震措施，盡量減少不利地形對建筑抗震性能的影響。應該根據實際施工要求，對上部結構以及地基的剛度和結構整體性進行加強，盡量減少地基因液化而造成沉降，使地基液化等級達到相關的設計要求，滿足建筑抗震性能。如果地基的受力由一些剛性和整體性較差的土層（如嚴重不均勻土層、新近挖填的土層以及軟弱粘性土層等）承載時，應該及時對上部結構進行一定的處理，通過地基加固、樁基等方式加強地基基礎的強度和整體穩定性。同時還應該考慮地震橫波對地基的剪切作用力，應該對容易產生滑移的場地進行一定的加固措施。

二、高度設計

在對建筑結構抗震設計過程中，應該根據不同的建筑性能要求和結構體系，充分考慮經濟適用原則，在我國相關的建筑施工標準規范（如《高層建筑混凝土結構技術規程》）的指導下，進行科學合理地設計。下面給出了高層建筑采用A級與B級鋼筋混凝土時的最大適用高度。如表1和表2所示。

表1 高層建筑A級鋼筋混凝土最大適用高度/m

結構體系 非抗震設計 抗震設防烈度

6度 7度 8度 9度

0.20g 0.3g

框架 70 60 50 40 35

框架-剪力墻 150 130 120 100 80 50

全部落地 150 140 120 100 80 60

剪力 剪力墻

墻 部分框支 130 120 100 80 50 不應采用

剪力墻

框架- 160 150 130 100 90 70

筒體 核心筒

筒中筒 200 180 150 120 100 80

板柱-剪力墻 110 80 70 55 40 不應采用

表2 高層建筑B級鋼筋混凝土最大適用高度/m

結構體系 非抗震設計 抗震設防烈度

6度 7度 8度

0.20g 0.3g

框架-剪力墻 170 160 140 120 100

全部落地 180 170 150 130 110

剪力 剪力墻

墻 部分框支 150 140 120 100 80

剪力墻

框架- 220 210 180 140 120

筒體 核心筒

筒中筒 300 280 230 170 150

在施工中應該嚴格按照相關的規范進行高度設計，如果高度設計超出規范標準，將會加大建筑結構的變形，導致建筑結構在地震作用下的延性要求、材料性能、抗荷載系數等都會發生較大的變化，大大降低了建筑結構的抗震性能和綜合穩定性能。

三、結構體系及材料選擇

合理選擇建筑物的結構體系和建筑材料能在一定程度上增強建筑物的整體穩定性和抗震性能。我國的高層建筑物常見結構體系包括筒中筒體系、框架筒體系以及組合筒體系，這三種結構體系用于高層建筑中能夠很好地提高建筑的整體穩定性和抗震性能，因此在世界范圍內都得到了廣泛的應用。雖然我國同其他國家所用的建筑結構體系基本一樣，但是我國的高層建筑中常使用的建筑材料為鋼筋混凝土材料結構體系，而在國外則更多的使用鋼結構建筑體系。采用鋼筋混凝土結構體系，在地震作用力下，其結構內筒要承載百分之八十的荷載作用，鋼筋混凝土結構的變形限制了鋼筋混凝土筒結構體系的變形，而鋼筋混凝土筒的變形導致發生側向位移，鋼框架由于剛度較小，對側向位移的影響作用較小，從而導致整體結構的承載能力受到限制，在實際建筑結構抗震設計中，為了提高建筑結構的整體性和剛度，可以通過設置建筑結構的伸臂結構揮著加強鋼筋混凝土筒的整體剛度，來提高建筑物的抗震性能和整體穩定性能。

四、平面布置的規則性

在建筑物的抗震設計中，應該嚴格按照抗震概念設計原則，對建筑物的平、立面布置采用規則的設計方案。如果建筑物的平面或豎面不規則，或者兩者均不規則，則應該根據建筑的實際結構性能建立適宜的空間模型，通過分析計算對建筑結構的抗震性能進行科學合理地設計。對于平面規則性超限的建筑，在設計中應該采用部分彈性板、部分剛性板的模型或者采用彈性樓蓋模型，對建筑物在各種外力、荷載以及強震下的結構綜合性能進行驗算測試。在測試中還應該考慮扭轉耦聯效應對結構的影響。對于結構呈現不規則凹凸以及建筑物的樓板出現斷開的情況，在設計中，應該根據實際結構的平面特征和剛性變化，選擇符合條件的彈性樓板模型進行相關的驗算測試。對于建筑物結構因凹凸不平、洞口、結構邊角等而導致出現集中應力的部位，應該采取合適的方法對結構系統進行加固。加固方法包括增加樓板的厚度、加強樓板混凝土配筋、在邊梁內集中加強配筋、在應力突變部位的結構構件內加入45°斜向鋼筋等都可以用來增加結構構件的綜合抗性。當建筑物的樓板之間連系過弱或者建筑物的平面過長時，可以對建筑物設置合適的變形縫。對于受結構扭轉效應影響比較大的建筑物，應該使抗側力結構系統的分布盡量均勻，并盡可能加大建筑物外圍豎向結構體系的抗側力。

五、抗震設計等級

通過對我國歷年來地震災害與建筑結構抗震等級的研究發現，我國目前的抗震設計烈度并沒能很好地符合實際抗震需求，研究數據表明，在2000年重現的大型地震中，有2%的地震災害超出了建筑抗震設計等級，在475年重現的重型地震中，10%以上的災害超出了建筑抗震設計等級，而50年重現的小型地震，則所有地震中， 62%以上的災害超出了建筑實際的抗震設計等級。在這種情況下，我們應該及時設計出更加安全、符合實際抗震需求的抗震設計安全烈度。這樣才能嚴格按照抗震等級要求設計出科學合理的建筑總體結構，提高建筑結構的整體抗震性和穩定性能。

結語：

隨著城市化建設的不斷深入，越來越多的復雜、高層和大型建筑物拔地而起，這就對建筑結構的抗震性能提出了更高的要求。在實際抗震設計工作中，應該綜合考慮眾多影響建筑整體性能的因素，如加強前期地形勘查，嚴格按照規范和建筑實際性能要求設計建筑高度，注意建筑結構的不規則形、結構體系以及結構材料對抗震性能的影響等。

參考文獻：

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