建筑結構抗震分析

賈虎

【摘 ?要】近年來，我國地震頻發，在多次地震中，建筑物也經受著重大的考驗，有關建筑物結構抗震設計的問題引起了全社會的高度重視。

【關鍵詞】建筑;抗震;設計;分析

1結構抗震理論的發展

結構地震反應計算方法的發展，大致可以劃分為三個階段。第一階段為靜力理論階段---靜力法。1920年，由日本大森房吉提出。假設建筑物為絕對剛體，結構所受的水平地震作用，可以簡化為作用于結構上的等效水平靜力F，其大小等于結構重力荷載G的k倍。第二階段是反應譜理論階段，地震反應譜是單自由度彈性體系在地震作用下其最大的反應與自振周期的關系曲線稱為地震反應譜。1943年美國皮奧特（ M.A.Biot）發表了以實際地震記錄求得的加速度反應譜，提出的“彈性反應譜理論”。由于反應譜理論正確而簡單地反映了地震特性以及結構的動力特性，從而得到了國際上廣泛的承認。

2建筑結構抗震的意義是什么

建筑結構抗震加固設計及安全施工措施在建設工程中的意義，非常重要！地震災害防御是地震發生前應做的防御性工作。震害防御主要有工程性防御措施和非工程性防御措施。工程性防御措施是減輕地震災害最主要的途徑。工程性防御措施是用工程的抗震設防和抗震加固來完成防御建筑物、構筑物遭受地震破壞，減輕地震災害的措施。地震造成人員傷亡的直接原因是地表的破壞和建筑物、構筑物的破壞與倒塌。據對世界上130余次傷亡較大地震災害進行的分類統計表明，其中95%以上的傷亡是由于建筑物、構筑物破壞、倒塌造成的。

3建筑結構抗震設計的重要性分析

一是充分保護人民群眾的生命財產安全。人類社會在發展過程中，首先要解決的就是溫飽與安全的需求（馬斯洛的需要層次理論可以說明），如據有關報道，在2008年的汶川地震的主震區內，完好的建筑幾乎沒有。除卻地震本身的烈度較高，破壞性較強的原因之外，一個更重要的問題值得我們的深思，就是建筑結構的抗震能力非常差，長時期以來，國人對于建筑的抗震設計重視不夠，一方面在技術水平上缺乏突破，另一方面一部分人受利益驅動，往往在施工過程中，存在偷工減料等行為，導致了建筑物抗震能力薄弱，加強建筑結構抗震設計的重要性，對于保護人民群眾的生命財產安全不言而喻。

二是促進建筑結構設計技術與理念的創新與發展。我們知道，日本是一個地震多發地區，事實上，在1880年以前，日本對于建筑物結構的抗震設計也不是很重視。1880年橫濱地震（M=5.4）之后，日本成立了日本地震學會，1891年在濃尾地震之后，鑒于地震給建筑物造成的重大損害，日本成立了“震災預防調查委員會”，開始著手進行抗震結構設計研究。

4震害多發點

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，依靠彈塑性變形消耗地震的能量是抗震設計的特點，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。

4.1結構層間屈服強度有明顯的薄弱樓層

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。

4.2柱端與節點的破壞較為突出

框架結構的構件震害一般是梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角杜和邊柱易發生破壞。除剪跨比小的短柱易發生柱中剪切破壞外，一般柱是柱端的彎曲破壞，輕者發生水平或斜向斷裂;重者混凝土壓酥，主筋外露、壓屈和箍筋崩脫。當節點核芯區無箍筋約束時，節點與柱端破壞合并加重。當柱側有強度高的砌體填充墻緊密嵌砌時，柱頂剪切破壞嚴重，破壞部位還可能轉移至窗洞上下處，甚至出現短柱的剪切破壞。

5抗震結構設計

較合理的框架地震破壞機制，應該是節點基本不破壞，梁比柱屈服可能早發生、多發生，同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好，底層柱底的塑性鉸宜最晚形成。即：框架的抗震設計應使梁、柱端的塑性鉸出現盡可能分散，充分發揮整個結構的抗震能力。

5.1抗震計算中的延性保證

從用樓層水平地震剪力與層間位移關系來描述樓層破壞的全過程可反映出，在抗震設防的第二、三水準時，框架結構構件已進入彈塑性階段，構件在保持一定承載力條件下主要以彈塑性變形來耗散地震能量，所以框架結構需有足夠的變形能力才不致抗震失效。試驗研究表明，“強節點”、“強柱弱梁、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的框架結構有較大的內力重分布和能量消耗能力，極限層間位移大，抗震性能較好。

5.2構造措施上的延性保證

在結構布置上，按擴大了的柱端抗彎承載力進行設計，理論上可將柱屈服的可能性減少，保證“強柱弱梁”的設計原則。但因各種原因，如梁的實際抗彎承載力可能增大，高振型使柱中反彎點的轉移等綜合因素影響，要使柱中完全避免塑性鉸是困難的，同時為實現“強剪弱彎”的要求，保證塑性鉸區域的局部延性，也必須通過一定的構造措施來保證結構的延性，

5.3抗震設計的依據和目標

5.3.1基于性能的抗震設計依據

抗震設計的依據是抗震設防烈度。它是按國家規定的權限，作為一個地區抗震設防一句的地震烈度，一般情況下，可采用GBI8306-2001《中國地震動參數區劃圖》的地震基本烈度，或采用GB50011-2001《建筑抗震設計規范》（2008版）中設計基本地震加速度值對應的烈度值，抗震設防標準應符合GB50223-2008《建筑工程抗震設防分類標準》的要求。《建筑抗震設計規范》規定：抗震設防烈度6度及其以上地區的建筑，必須進行抗震設計。確定北京、天津、西安、成都、昆明地區必須有抗震設計。

5.3.2抗震設計的目標

按照我國的國情和目前的經濟水平，確定住宅建筑抗震設計的目標為3個層次：第一層次是小震不壞。當遭受發生機會較多的地震（多遇地震）、地震烈度低于本地區的抗震設防烈度時，建筑物不受損壞或不需修理，仍可繼續使用。第二層次是中震可修，當遭受本地區設防烈度的地震時，建筑物有一定損壞，經一般修理或不需要修理，仍可繼續使用。第三層是大震不倒，當遭受發生機會極少的地震（罕遇地震）、地震烈度高于本地區的抗震設防烈度時，建筑物不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。

6結語

鋼筋混凝土框架結構是我國大量存在的建筑結構形式之一，歷年震害資料表明：鋼筋混凝土框架結構的柱端與節點的破壞較為嚴重，其抗震設計中必須滿足“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點”、“強底層柱底”等延性設計原則和有關規定。在多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設計的實踐中，由于設計人員對規范的理解和掌握尺度上，以及因地因人在結構選型、布置以及計算方法上相互差異較多而對設計產生較多的爭議，抗震設計方法值得深入研究。

參考文獻：

[1]呂西林，蔣歡軍.建筑結構抗震研究的若干進展[J].同濟大學學報（自然科學版），2004，32（10）：1278-1284.

[2]李碧雄，甘立剛，王清遠等.基于震害和數值分析的加固建筑結構抗震性能評估[J].四川大學學報（工程科學版），2010，42（5）：142-149.

（作者身份證號：320911198607203453）