建筑结构抗震设计需要注意的问题

【关键词】建筑结构；抗震设计；设计问题；抗震能力

　　1 引言

　　2008年5月我国汶川地震、2009年4月意大利拉奎拉地震、2009年9月印尼苏门答腊岛地震、2010年1月海地震震、2010年2月智利地震、2010年4月我国玉树地震、2011年日本宫城地震，仅短短三年时间间，地震即造成逾40万人死亡，上百万人受伤，数百万人流离失所，直接经济损失高达近万亿美元，给我国以及全世界人民带来沉重的影响，建筑结构抗震问题为全球所广泛关注。我国地处喜马拉雅-地中海地震带与太平洋地震带交界处，震区分布广、地震频率高、地震强度大，是世界上地震灾害较为严重的国家，如果建筑结构抗震能力不足，一旦发生地震将会造成巨大的影响。本文以提高建筑结构抗震能力，保护人民生命财产安全为目的，对建筑结构抗震设计中需要注意的问题进行了探讨。

　　2 地震原理和震害房屋破坏机理分析

　　地震是由于地壳快速释放能量过程中造成振动，产生地震波的一种自然现象，其震级根据地震时释放的能量多少来划分，烈度则指地面和建筑物受地震破坏的程度。同样的地震，不同地区的地震烈度并不一样，离震源近则破坏大烈度就高，离震源远则破坏小烈度低。地震破坏是由地震波引起地面强烈震动造成地面房屋建筑物等崩塌所带来的损害，地震波的传播方式有纵波、横波和面波三种，纵波是推进波，由地壳中按每秒约6千米的速度传播，最先到达震中使地面上下震动，破坏性不强；横波是剪切波，以每秒约4千米的速度在地壳中传播，第二个到达震中，使地面前后左右摆动，破坏性较强；纵波和横波在地面相遇产生混合波以每秒约3千米速度传播，波长和振幅较大，是造成房屋建筑破坏的主要因素。

　　由于房屋都有一定刚度以抵抗外力作用引起的形变，地震波引起地面振动，引起房屋建筑振动，而房屋建筑通常是按静力设计的，很少考虑动力影响，当振动强度超过房屋建筑自身形变能力时，就会造成破坏。通常的破坏形式有地基基础影响的破坏、纵波导致的破坏、横波导致的破坏、旋转地震力导致的破坏。其中，纵波破坏、横波破坏和旋转地震力破坏通常在离震中较近的区域交织作用，给房屋建筑以毁灭性的影响。

　　3 建筑物抗震设防类别

　　根据我国《建筑抗震设防类别标准》规定，将建筑根据使用功能的重要性划分为甲、乙、丙、丁四个抗震设防类别。甲类建筑是在地震破坏后对社会有严重影响，对国家经济有巨大损失或有特殊要求的建筑，这类建筑抗震设防标准要高于本地区抗震设防烈度要求，按地震安全性评估结果确定；乙类建筑是主要功能不能中断或需尽快恢复，地震破坏会造成重大社会影响和国民经济重大损失的建筑，抗震设防标准比地区抗震设防烈度高一度；丙类建筑是地震破坏后有一般影响以及不属于甲、乙、丁类的建筑，抗震设防标准按地区抗震设防烈度的要求进行；丁类建筑是地震破坏或倒塌后不影响甲、乙、丙类建筑，且社会影响、经济损失轻微的建筑，通常指储存物品价值低、人员活动少的单层仓库建筑，抗震设防标准可以比地区抗震设防烈度适当降低，但不能低于6度。

　　4 抗震设计场地问题

　　分析汶川地震我们可以看出，其地震破坏最大的映秀镇位于龙门山构造带内，属地震危险地段，在地震时极有可能发生滑坡、崩塌、地裂、泥石流、地表错位等次生地质灾害，可见抗震设计时场地问题的重要性。实际上，在抗震规范中即有规定，除了按国家有关标准的规定进行场地地质勘察外，还应当根据需要对场地划分为对建筑物有利、不利和危险的等级，并进行场地类别和岩土地质稳定性评价。在规范中要求，应当选择有利地段，避开不利地段，当建筑物实在无法避开不利地段时，应当采取适当的措施，杜绝在危险地段建筑甲、乙、丙类建筑。当必须在不利地段构建建筑物时，规范中规定“应详细查明地质、地貌、地形条件，并依据具体情况采取适当抗震措施。

　　实际上，场地类别是决定抗震设计的主要依据，在对地场类别判定时，通常是以地层平均剪切波速和场地搜盖层厚度综合评定的，平均剪切波速取地面下15米且不深于场地搜盖层范围内的土层剪切波速，按土层厚度取加权平均值。但在具体应用中，由于场地覆盖层底部土层剪切波速较大，依据加权平均值判定的场地类别通常将Ⅲ类判为Ⅱ类；依据地面15米各土层剪切波速平均值简单平均会造成计算出的土层剪切波速平均值产生误差，这种计算和检测上的误差，极容易将场地类别判断错误，给建筑结构抗震设计形成安全隐患。

　　5 结构概念设计和计算问题

　　由于地震是一种随机运动，其作用机理极为复杂且不确定，很难准确把握和预测，使得在结构分析是难以充分考虑结构的空间作用、材料性能、连接构造、阻尼变化等因素，单独依靠计算很难使建筑结构满足抗震需求，因此目前国内外工程界普遍重视建筑总体抗震能力的概念设计，通过在设计时把握房屋体形、刚度分布、结构体系、构造延性、能量耗散等，从根本上消除建筑的抗震薄弱环节。但是，在设计时，设计人员通常采用单向地震作用计算，对复杂空间框架采用强行分片计算的方法，这种计算方法存在着不合理性。此外，计算参数的选用不合理现象也较常见，比如场地类别选择错误、计算周期未折减、梁刚度放大、未考虑塔楼结构鞭梢效应等。

　　6 结束语

　　建筑结构抗震能力直接决定了地震灾害发生时所造成的损失大小，因此在进行设计时必须注意抗震问题，在具体设计工作中，设计人员应当严格按照相关规范进行，从地震破坏机理、建筑场地类别、抗震设计计算方法、抗震设计计算参数的选择等方面入手，获取科学有效的数据为房屋体形、刚度分布、结构体系、构造延性、能量耗散等提供依据，提高建筑物抗震能力，保障人民群众生命财产安全，减小地震给国家经济带来的损失。

　　参考文献

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