以地震震害的主要类型简述建筑结构抗震设计方法
关键词：建筑结构,抗震设计,地震,强柱弱梁
一、建筑结构地震震害的主要类型
对地震中被毁的房屋进行分析，可以归纳出结构震害的主要类型。
(一)不规则结构建筑物破坏严重
不规则建筑物，尤其是沿竖向不规则的房屋建筑，破坏较严重。典型的有两类：一是结构底层为空旷结构，下部为薄弱层，结构底层为空旷结构的房屋大多底层为大开间框架结构，方便使用。房屋震害主要表现为底层倒塌、倾斜，原因是底层形成薄弱层，刚度和强度均不足。二是突出屋面的小塔楼结构。突出屋面小塔楼由于沿竖向质量和刚度的突变，易产生鞭梢效应。在地震中绝大部分受到损坏。
(二)框架结构梁柱节点易发生破坏
震害总体情况表明，框架剪力墙结构大部分基本完好或轻微破坏，未发现严重破坏。但有少数框架结构严重破坏或倒塌。框架结构的破坏形态大部分为柱上下端破坏，或框架梁、柱节点核心区剪切破坏或压酥。破坏形式为柱端屈服破坏，属强梁弱柱形式。经常出现节点区未按规范要求配置箍筋的现象，主筋搭接也不符合规范要求，易导致节点区发生破坏。
(三)框架结构中楼梯间震害较普遍
地震中，框架结构中板式楼梯破坏严重。在有些倒塌破坏的房屋中，楼梯间本应成为重要的逃生通道，但却是倒塌破坏最严重的区域。
(四)装配式楼盖破坏较严重
关于预制板结构破坏，在1976年唐山大地震中已有较多震害。地震区大量的砌体结构房屋中，普遍采用预制空心楼板，由于未按规范要求设计成装配整体式楼盖，地震中当墙体破坏或外闪，导致楼板塌落，因而达不到装配整体式楼盖的作用。
二、建筑结构抗震设计中的方法
(一)选择合理的建筑抗震场地
综合比较国内外历次大地震可以发现，施工场地的工程地质条件不同，建筑物在地震中受到的破坏程度明显不同。因此，要提高建筑结构的抗震性能，首先要选择好建筑场地，尽量避开不好的抗震场地，降低地震灾害。
选择有利的建筑抗震场地，如微风化、中等风化的基岩，密实的砂土层和不含水的粘土层都属于有利的场地。宜避开不利的建筑抗震地段，如液化土、湿陷性黄土，软弱土，非岩质陡坡、高耸孤立的山丘、边坡边缘和河岸等状态明显不均匀地段。当无法避开不利的建筑抗震地段时，应采取适当的抗震加强措施，应根据地基液化，湿陷性黄土等级、抗震设防类别，分别采取适当的抗震加强措施来加强部分消除或全部消除地基液化、湿陷性黄土沉陷，地基和上部结构整体性和刚度;对于地震时可能导致崩塌、滑移、地裂或地陷的场地，应采取相应的地基稳固措施，此类不利地段不经处理，不宜建造甲、乙、丙类建筑。
(二)尽量采用规则的建筑结构
房屋平面布置要规则，结构力求对称。房屋外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大，形心质心偏心大，同一结构单元内，结构平面形状和刚度不均匀、不对称，平面长度过长等，均不利于抗震。
(三)最大限度减少薄弱楼层的存在
多层建筑应该使其各层之间强度和刚度匀称，如存在薄弱楼层，则该处就会成为地震力作用下的变形集中部位，从而使建筑物首先从该部位发生严重破坏，甚至整个建筑的破坏。例如比较常见的底商住宅设计，底层为框架，上部为砖混住宅。底层框架抗侧移刚度比上层住宅抗侧移刚度小的多，底层是抗震的薄弱环节。为加强底部侧移刚度，在纵横方向都应按规范要求设置剪力墙，所以底层框架住宅正确的设计应该是底层框架剪力墙结构。
(四)采用强柱弱梁框架
为避免框架倒塌，提倡采用强柱弱梁框架结构。在单一的框架结构中，框架是唯一的抗侧力构件，那么采用强柱弱梁型延性框架，在水平地震力的作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置。
(五)合理分析填充墙的抗震性能
砖砌围护墙和隔墙，嵌砌于框架之间，地震力作用时可减轻主体结构的破坏。但混凝土填充墙可能会造成框架比较显著的局部破坏，所以说砌体填充墙对主体结构抗震有有利和不利两种影响，应该在结构抗震时加以具体分析，同时使隔墙和围墙在平面上要对称均匀分布，以及沿竖向连续均匀分布。
(六)改进和加强楼梯间的抗震设计
如前所述，楼梯间本应是重要的逃生通道，但在地震中，楼梯间倒塌破坏情况较多，需要引起我们进一步的重视。一方面，应加强楼梯间的构造措施要求;另一方面，在进行设计计算分析时，要对楼梯间构件进行更加详细的分析。
(七)设置多道抗震防线
要设置多道抗震防线，即在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下，担负起第一道抗震防线的作用，其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次形成第二、第三或更多道抗震防线，这样的抗震结构体系对确保建筑结构的抗震安全性是非常行之有效的。
(八)推广隔震技术
使用隔震技术不仅达到了减轻地震对上部结构造成损坏的目的，而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。隔震建筑的结构体系一般由下部结构、隔震装置、上部结构组成。根据隔震层设置的位置不同，可分为以下几种：
1、地基隔震
地基隔震即隔震层设在基础以下的地基中。历史上曾采用糯米垫层或砂垫层隔震，也能取得一定效果。还有的用一层软粘土一层砂土，其间加入一层土工布，使地震波在地基中被多次反射吸收达到衰减的效果。但由于土的性状较难由人来控制，它常随自然条件而变更，因此效果不稳定。
2、基础隔震
基础隔震是在基础与上部结构之间设置隔震装置，减小地震动往上部结构传递，降低上部结构的地震反应。该种隔震方法适用于体形规则的低层或多层建筑结构，用于高层建筑结构的效果较差(隔震结构延长了结构的自振周期)。
3、层间隔震
层间隔震是结构隔震与抗震相结合的一种方法，它是在原结构上安装由质量和隔震支座组成的耗能减震装置，地震时，耗能减震机构吸收并消耗地震能量，减小结构的地震反应。该方法适用于旧房加层、抗震加固，减震效果一般在10%～40%之间。虽然层间隔震的效果不如基础隔震，但它可利用结构的加层或原结构的隔热层，做适当的改建而达到减震的目的，简单易行，有很好的效果。
4、悬挂隔震
悬挂隔震是将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地面运动传递不到主体质量，产生不了惯性力，从而起到隔震作用。它最具有代表性的是巨型钢框架悬挂体系，其结构分为主框架和子结构：主框架同—般框架结构，子结构采用索或吊杆悬挂，分布有主要质量，此体系可以有数地隔离主框架和子结构，减少地震作用的传递，控制结构的地震反应。因此，目前已经被很多国家采用，该方法在桥梁、火电厂锅炉架中应用广泛。
(九)采用消能减震技术
消能减震技术主要通过提高结构的附加阻尼来减少结构的地震反应。其应用十分广泛：不仅可用于新建结构的减震设计，也可用于现结构的抗震加固，适用于钢筋混凝土结构，更适合钢结构、高耸结构。一般应用于上部结构，也可应用于基础隔震建筑中的隔震层。消能减振技术是用特别设置的机构和元件将地震动的能量加以吸收耗散，以保护主体结构的安全。这比传统的依靠结构本身及其节点的延性耗散地震能量相比显然是前进了—步。
消能减震技术的实际应用效果与所选用的消能装置关系较大，消能装置的种类繁多，主要有摩擦阻尼器、塑性肖能器、粘滞阻尼器、磁流变阻尼器、形状记忆合金阻尼器等。从阻尼器的工作原理方面可分为滞回型和粘滞型两类，亦可称为位移相关型和速度相关型。
结语
综上，建筑结构的抗震设计是一项复杂的工程，因此如何准确、合理的运用不同的抗震设计方法，是非常重要的。通过多年的研究，我国在结构抗震设计领域取得了很大进步，但也存在诸多问题，需要设计人员在今后的工作实践中发扬攻坚克难、激流勇进的精神，不断将我国的结构抗震设计推向前进，真正达到建筑物小震不坏、中震可修、大震不倒的标准。
参考文献
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[3]建筑抗震设计规范(GB50011-2010)[S].中国建筑工业出版社，2010.
本文选自《中国建筑金属结构》。 《中国建筑金属结构》杂志是由中华人民共和国住房和城乡建设部主管，中国建筑金属结构协会主办。国际刊号ISSN：1671-3362，国内刊号CN：11-4723/TU。邮发代号2-453。本刊为月刊。
