中國建筑結構抗震設計方法發展及若干問題分析

歐陽小燕　李文榮

摘要：我國是一個地震災害比較頻繁的國家，震源分布范圍比較廣，發生頻率相對比較高同時強度也很大。近些年，我國處于地震的活躍期，截至目前，已經發生了多次震級較高的地震災害，對人民群眾的生命財產安全產生了很大的威脅。在建筑結構設計中針對可能發生的地震災害進行設計能有效的避免或減小各類損失。因此在結構設計當中，一定要重視建筑結構的抗震設計。

關鍵詞：建筑工程；結構；設計；抗震；問題；分析

引言

地震傳播到地表層是一種水平方向和鉛垂方向在時間空間上無序加速度能量波，能帶來房屋倒塌，基礎設施損毀，地表開裂等。地殼層的無規律運動碰撞是產生地震的主要原因。地震及地震產生的次生災害將會對人類的生命財富等構成夢魘，對人類文明的進步構成不可忽視的威脅。地球上各種人類活動留下房屋、構筑物、公路、橋梁等基礎設施，是人類文明發展的史書，每次發生強烈地震后都會對以上產生不可估量的損失。我國幅員遼闊處在地球上兩個地震活動頻繁的地震帶上，是地球上地震災害發生頻率較高國家。

一、建筑結構抗震設計的問題

（一）場地的選擇問題

抗震設計的第一步是對場地進行合理的選擇。根據《建筑抗震設計規范》3.3.1章節規定，建筑物應盡量避開抗震不利地段，若無法避開，應采取有效措施，同時危險地段嚴禁建造甲乙類建筑，不應建丙類建筑。所以在進行地基的選擇時，應避開一些對于建筑抗震不利和危險地方，選擇一些有利于建筑抗震的地段。其次，應選擇一些土質堅硬、地質元素分布均勻的地段，這主要是由于地震是一種地殼震動，如果地基土不夠堅硬，地質元素分布不均勻，就會在地震時產生較大的變動，穩定性不高，給建筑物帶來嚴重的破壞，反之則會有益建筑物的穩定性，最大程度上減少由于地震對建筑物帶來的破壞。最后，盡量避免一些可能會發生泥石流、滑坡、地裂的地段進行選址施工，地表的穩定性高也是提高建筑物抗震能力的一個重要方式。

（二）建筑物平立面布置規則問題

在結構設計中，對建筑抗震有利的理想狀態是平立面規則，剛度分布均勻，避免發生地震時在薄弱處應力集中產生破壞。如《建筑抗震設計規范》3.4章節，對建筑的平面形狀、立面剖面變化情況等進行了要求，并對一些計算系數進行了規定。結構設計中，應盡量避免扭轉不規則、凹凸不規則、側向剛度不規則、豎向抗側力構件不連續等。現代建筑中，建筑師經常為了追求形體的獨創和立意，建筑的形體及不規則甚至不符合力學的概念。這就需要在結構設計中發揮才智，盡力使結構構件布置規則，傳力體系順暢清楚，布置多道抗震防線，保證建筑的適用性和安全性。

（三）抗震結構體系選擇問題

抗震結構體系選擇很大程度上建立在概念設計的基礎上。結構工程專業的工程師和研究人員們在結構工程發展的歷程中總結出，好的抗震結構設計很大程度上建立在于良好的抗震“概念設計”基礎之上。設計一個良好的抗震結構體系概念，首先結構體系要能概括出簡潔明了的計算簡圖和合理清晰的內力傳遞路線，同時為了增加安全度，避免因部分構件遇地震破壞而引發建筑結構體系失去抗震能力或承載能力，應設置多道抗震防線。

二、建筑結構抗震設計優化的具體方法

（一）合理布局地震外力能量吸收與傳遞的渠道

在對建筑結構中的抗震性能進行設計時，要科學設計建筑結構的布局，重視設計建筑結構中地震外力能量吸收與傳遞的渠道。在建筑布局時，使建筑工程的柱、墻和梁的軸線在同一個平面中，這樣能夠使建筑結構的抗震力形成雙向抗側力。地震中會對建筑物中的某些部分形成彎剪式的破壞，這就在一定情況下減少了地震對建筑物的破壞，進而提升了建筑結構的抗震性。

（二）提升建筑工程的布局設置合理性

建筑工程的布局設置工作主要包括建筑結構平面設計、建筑工程空間設置以及建筑工程立體設計，在建筑工程的布局設置工作貫徹抗震意識，提高整體結構設計的科學合理性能夠有效提高整體建筑的抗震水平。在具體操作中，應該堅守結構設計平衡性的原則，同時也要注意保證建筑結構設計的簡單合理性、整體性、穩定性，此外結構設計務必以科學的數據作為基礎。

（三）做好建筑結構的參數計算工作

建筑結構的抗震設計是一項科學性與藝術性并重的工作，在建筑結構抗震設計中相關人員要進行充分的參數計算。首先，要根據相應的材料參數計算出建筑結構的實際承載能力。其次根據模擬地震災害結構設計計算出地震沖擊力可能帶來的損失，并根據這一參數制定相應的應急系統設計。最后，要根據綜合的參數分析努力做到既保證數據設計合理性又保持應有的抗震能力。

（四）建筑場地合理選擇

建筑的抗震設計還要根據不同的建筑環境進行不同程度的設計，若建筑環境地震災害頻發，則在設計建筑結構時必須加強建筑的抗震功能。建筑抗震功能的好壞是根據一定規范來評價的，根據得出的評價結果，對建筑實施不同的抗震預防。在建筑建設中，要想提高建筑的抗震功能，必須選取優質的施工場地，能夠確保建筑安全與穩固。若要在土質疏松、地震頻發的地區進行建筑建設時，必須提高建筑防震的性能，避免建筑在地震來臨時發生沉降、傾斜等情況，對住戶的生命財產安全造成威脅。

（五）設置多道抗震防線

設置多道抗震防線能讓一個結構的抗震體系有一定安全冗余度，如框架—抗震墻體系是由延性框架和抗震墻兩個系統組成。從概念設計角度出發，應優先選擇重力荷載較小的豎向支撐或填充墻，或者選用軸壓比較小的抗震墻、筒體此類的大剛度、抗水平地震力強的構件作為第一道抗震防線的抗側力構件。不宜采用軸壓比大的框架柱兼作第一道防線的抗側力構件，以免框架柱受到地震力破壞后失去豎向承載力，產生倒塌。例如，在框架—抗震墻結構體系中，設計時不但要考慮小震和中震情況下結構基本完好，還要考慮在大震情況下，當連梁失去作用，按單片墻肢計算，結構仍有承載能力而不倒，還有要求計算時框架柱承擔的剪力不小于總剪力的20%，這樣即使抗震墻破壞后框架柱仍具有一定的承載能力，可以保證結構“大震不倒”。不同的地區有不同的地質特點，地震發生的等級與建筑類型各有不同，把握好抗震防線數量，合理利用結構構件抗震，有利于建筑結構抗震性達標。

結語

不斷完善建筑工程的建筑結構抗震性能設計，不斷總結歸納建筑結構抗震性能設計的經驗，選擇先進的建筑結構抗震設計方法，會推動建筑領域的質的飛躍。同時，嚴格按照建筑領域對建筑結構抗震設計的施工標準進行施工，能夠保證建筑物的抗震性與穩定性。

參考文獻

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