建筑抗震設計中細節的問題分析

秦海江

【摘要】本文結合從事建筑結構設計的實踐經驗，對目前建筑結構設計中容易被結構設計人員忽視的問題，即樓梯以及由于填充墻不合理砌筑所形成的短柱進行分析，并提出加強抗震構造措施。

【關鍵詞】 建筑結構設計；地震；樓梯；短柱；抗震構造措施

前言：

本文論述了建筑設計在建筑抗震設計中的重要作用， 指出了建筑設計是結構抗震設計的基礎。建筑設計中是否考慮好抗震要求， 將直接影響建筑物的抗震能力。好的建筑抗震設計必須是建筑設計與結構設計的共同協作和良好配合才能實現。文中提出了建筑設計中的主要抗震設計問題， 如：建筑體型， 建筑平面和豎向布置要有利于建筑抗震。并結合震害， 論述了建筑體型簡單對稱、平面和豎向布置中質量與剛度分布均勻協調對建筑抗震的重要性。文章強調了應重視建筑立面裝飾構件、室內建筑構件（非承重內隔墻， 內隔斷等）以及各種建筑裝飾制品與主體結構的抗震連接與錨拉， 保障其不發生傷人的災害；此外還提出了高層建筑中屋頂的某些抗震要求和多層砌體房屋應遵守的總高度、層數以及高寬比限值控制問題。

一、短柱

1.1 如何確定短柱

地震作為破壞性超強的自然災害，想要最大限度降低其對建筑的破壞，保證建筑設計堅實的質量是最基本的防護措施。相比較而言，我國建筑設計水平發展較為緩慢，在地震設計方面也存在不夠合理的情況，這使得很多建筑結構都出現了地震安全隱患，過大的自身重量也加大了地震危害。為了保證建筑結構抗震水平，必須要在建筑抗震設計環節中科學的運用抗震理論，根據相關設計原則，利用有效措施來提高建筑結構的可靠性與安全性。

根據《建筑抗震設計規范》式6.2.9- 3，剪跨比λ=Mc/Vcho，即由柱端或墻端截面組合的彎矩計算值Mo、對應的截面組合剪力計算值Vc 及截面有效高度ho 確定，并取上下端計算結果的較大值；反彎點位于柱高中部的框架柱可按柱凈高與2倍柱截面高度之比計算。在設計中可以按以下判別：

（1）非地震組合作用下：Hn/2ho≤2 的柱即為短柱；

（2）地震組合作用下：當反彎點在柱層高范圍內Hn/2ho≤2 即為短柱，否則，以λ=Mc/Vcho≤2 判定短柱。

1.2 容易形成短柱的位置

短柱的廷性很差，超短柱更是幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區抗震設防烈度或高于本地區抗震設防烈度的地震影響時，很容易發生剪切破壞而造成結構失穩甚至倒塌。

（1）現在的一些建筑，首層架空，一些截面較大的柱容易形成短柱。再者，架空層不設填充墻，這樣導致填充墻不連續，也一定程度上導致剛度突變，對整體結構抗震不利。

（2）各種由于填充墻的設置，如建筑開窗等，都會使得柱凈高減小，形成短柱。

（3）屋面水箱的支承柱，柱凈高與柱截面高度之比一般不大于4。

1.3 短柱的破壞

（1） 非地震組合作用下，一般以豎向壓力為控制荷載組合，在豎向壓力作用下柱的整個截面的應變是均勻分布的，隨著荷載的增加應變也迅速增加，最后，混凝土達到極限應變，柱出現縱向裂縫，混凝土保護層剝落，箍筋間的縱向鋼筋向外凸，構件因混凝土被壓碎而破壞，這是一種脆性破壞。

（2）地震組合作用下，水平地震力為控制荷載組合，在水平力作用下柱將產生較大的水平剪力，而短柱在水平剪力作用下，易產生剪切破壞，這也是一種脆性破壞，破壞的結果將可能導致整個建筑物的嚴重破壞。

1.4 如何加強短柱的抗震構造措施

在設計中應盡量避免形成短柱，確實無法避免的，應人為地加強抗震構造措施。

（1）沿柱全高設置填充墻。

（2）按《建筑抗震設計規范》6.3.9 條，箍筋應全柱段加密。

（3）根據柱的重要性可適當提高柱的抗震構造措施等級。

二、樓梯

2.1 簡要由于目前我國的電梯多數沒有抗震設計，尚未安裝抗震設備，地震來臨時，電梯一般不能作為逃生工具，從窗戶逃生也僅適用于低樓層的住戶。樓梯，是準一的逃生通道。因此，必須強化樓梯在建筑結構設計中的地位，使樓梯間成為安全島。

2.2 樓梯的主要破壞形式

以《2008 年汶川地震建筑震害圖片集》第3.3 節，樓梯的震害圖片來分類，樓梯的主要破壞形式可分為三種。

（1）樓梯板的破壞。在《建筑抗震設計規范》實施前，樓梯一般作為獨立構件來設計，兩端假定簡支，在正常使用情況下設計考慮靜力荷載作用，按計算結果配置通長受力剛進即可滿足設計要求。但實際上，樓梯是與整個建筑相連的，作為結構系統的一部分，受到地震力的影響，樓梯板會承受較大的軸向力，處于交替的拉彎、壓彎狀態，導致破壞。

（2）平臺梯梁的破壞。筆者認為，梯梁作為樓梯中受力最復雜的構件應引起結構設計人員的足夠重視。樓梯的結構形式決定了樓梯平臺梁是受力最復雜的構件。梯板類似剪刀形，與樓梯梁不在同一平面，平臺梁即受彎矩作用，又受剪力、扭矩作用，在上下梯板中間的節點更是應力集中點。復雜的受力狀態下，如果只按梁常規計算配筋，規范也沒有對構造措施進行特定的要求，那么樓梯平臺梁在地震中是非常容易提前破壞的。

（3）支承樓梯平臺的構造柱的破壞。受其他專業的影響，一些支承樓梯平臺的構造柱截面較小，還有可能形成短柱。震害表明，該處構造柱在地震中是容易造成破壞的。

2.3 如何加強樓梯的抗震構造措施

樓梯間作為主要疏散通道，其結構應有足夠的抗倒塌能力。樓梯間宜為剪力墻，結構布置宜盡量避免導致結構平面不規則。不管主體結構是否計入樓梯構件的地震作用及其效應的影響，結合震害研究，樓梯各個獨立的構件都應相應加強。

（1）樓梯板。梯板應雙層雙向配筋，受力方向每層鋼筋配筋率不應小于0.25%。能有效增加梯板的抗拉、抗壓能力。

（2）平臺梯梁。①抗震等級可與所在的主體結構本身相同，提高整體抗震能力。②箍筋建議全長加密，且不小于φ8mm@l00mm，提高抗扭、抗剪能力。③建議配置間距不大于200mm腰筋，提高抗扭能力。

（3）支承樓梯平臺的構造柱。①柱的抗震等級可與所在的主體結構本身相同。②應避免由于各專業設計需要所形成的短柱。③柱截面短邊不應小于200mm，箍筋應全長加密，且不小于φ8mm@lOOmm。

2.4 強化樓梯作為安全島的設計要求建筑抗震設計規范除了注重上述的構件設計外，按《建筑抗震設計規范》第7.3.1 條及第7.3.8 條，增加了6 度區要求；樓梯、電梯間的四角、樓梯段上下端對應的墻體、錯層部位橫墻與內縱墻交接處應設構造柱。樓梯間的砌體填充墻，應設置間距不大于層高且不大于4m 的鋼筋混凝土構造柱，并采用鋼絲網砂漿面層加強。

三、效能減震技術應用

效能減震是實現對地震所產生動能的消耗，來減輕地震能的傳導大小，從而降低其對建筑物的破壞程度。目前，在此技術方面一般采用消能器和阻尼器，兩種器械都能夠實現地震能量的有效消耗和吸收，減小震力對建筑主體的破壞，以達到對建筑主體結構安全、穩性定的保護。目前，效能減震技術在我國建筑防震設計中得到了有效的應用，其在新建筑的防震設計和舊建筑的抗震加固方面，都起到了良好的效果。

四、結語

本文例舉了兩個建筑抗震設計中比較容易受到破壞的地方，并提出一些提高抗震能力的措施供同行參考、探討。作為結構設計人員，不能固步自封，應不斷在全世界的震害中學習，不斷學習新規范，相互交流，才能使自己設計的建筑在地震中盡可能地保護人們的人身安全，減小財產損失。

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