抗震分析与设计在高层建筑结构中的应用

【关键词】抗震；概念设计；问题；必要性

　　（一）建筑抗震设计的简述

　　地震是一种突发的自然灾害，是由地下某处薄弱岩层破裂或地球板块互相挤压、冲撞引起振动，并以波的形式传至地表引起的地面运动。在历史上我国就是世界上的地震多发国家之一，1976年7月28日发生的唐山地震带给人民的灾难极为惨重，死亡达24万多人，地震之所以造成人民生命财产和国民经济严重的损失，直接原因有三：一是地震引起滑坡、地裂、断层等严重的地面变形，直接损害结构物；二是地震引起结构物地基的震陷、砂土液化，使地基失效；三是结构物在剧烈的振动中因承载力不足、变形过大、连接接头破坏、构件失稳甚至整体倾覆而破坏。建筑结构的抗震设计主要针对后一种情况而言，《建筑抗震设计规范》GB 50011(以下简称抗震规范)规定：对位于抗震设防区的建筑物必须进行抗震设计，以预防为主，使建筑经抗震设防后，减轻地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，实践证明，若想防控建筑工程质量出现问题，工程的设计质量是第一道关口。由于在设计上出现的问题，会给工程施工阶段与交付使用等方面带来很多安全质量隐患，所以一定要严格的管理建筑的抗震设计，20世纪以来,中国共发生6级以上地震近千次。最近100里,中国死于地震的人数高达55万之多,占全球地震死亡人数的53%。所以城市中的地震灾害主要是由建筑物的倒塌、破坏直接或间接造成的，因而提高各类工程的抗震能力就成为减轻城市震害的重要对策之一。科学地确定抗震设防标准，严格按照标准进行工程设计，认真按照抗震设计施工和监理，工程就会具有较强的抗震能力，强震发生时才能有效减轻震害。

　　（二）建筑设计在抗震中的问题

　　我国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广,是一个地震多发国家。地震是一种多发性的随机震动,其复杂性和不确定性很难把握,要准确预测建筑物震害的特性和参数,目前还很难做到。抗震慨念的设计强调,在工程设计一开始,就应把握好场地条件和场地土的稳定性、能量输入、建筑物的平、立面布置及其体形、结构体系、刚度分布、抗侧力构件的布置、构件延性;材料与施工质量等几个主要方面，其中主要的问题有以下几点：

　　1．设计人员“思想保守”与过于“开放”

　　“思想保守”体现在结构设计方面比较多，例如：现在很多高层住宅，剪力墙过多过厚，由于刚度过大，导致相对侧移值过小，远远小于规范的规定值，一来不利于建筑物抗震，二来不经济。

　　2．专业技术知识不扎实，专业之间配合不到位

　　有些设计人员没有扎实的专业技术知识，自然设计出的建筑图纸会出现很多问题，给施工带来难度。不具备扎实的专业知识，在施工过程中出现的临时性问题更是难以应付，有的甚至对施工工艺都不太了解。

　　3．平面布局的刚度不均。抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用L、π形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。

　　4．抗震构造柱布置不当。如外墙转角处，大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置；以构造柱代替砖墙承重；山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱；过多设置抗震构造柱等。

　　上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，有认识方面的原因有计划经济向市场经济转化过程中出现的原因，有设计人员忽视了抗震概念设计方面的原因(未能从整体、全局上把握好)，有法律建设方面的原因(在工程抗震设防管理方面缺乏国家政府法律依据，特别是处罚方面)，通过这些问题来研究中短柱的问题，并且根据实际建筑结构及其在强震作用下的破坏过程是很复杂的，目前难以对此进行较为精确而可靠的计算。因此，20世纪70年代以来，各国标准强调了工程技术人员必须重视“结构抗震概念设计”，即根据地震灾害调查、科学研究和工程经验等所形成的基本原则和设计思路，进行建筑结构的总体布局并确定细部构造。这种设计理念将有助于明确结构抗震思想，不但有利于提高建筑结构的抗震性能，而且也为有关抗震计算创造有利条件，使计算分析结果更能反映今后地震时结构的实际地震反应。

　　（三）建筑设计在抗震方面的必要性

　　近几十年来结构抗震设计方法的研究与进展,尤其是各国历次大地震对人类造成严重灾害的经验教训,使世界各国地震工程学者及工程抗震设计人员逐步取得了较为一致的认识。用形象语言来概括,即遵循“小震不坏,大震不倒”的设计原则。这已成为当今世界各国公认的结构抗震设计准则,并开始在各国规范中有所体现，根据城市和经济高速稳步发展，对抗震设防提出了更高要求，也打造了良好的物质平台。有效提高工程抗震能力，越来越成为社会共识。建筑抗震可归纳为：1、慎重选择场地；2、科学确定工程的抗震设防标准，特殊工程要进行地震安全性评价；3、不同类型建筑要采用适合的结构形式；4、合理布置，平面立面要规则些，底层层高跨度不宜过大；5、尽量采用隔震减震技术；6、注重施工质量；地震是地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种自然现象。据统计，全世界每年发生的地震约达500万次，其中绝大多数地震由于发生在地球深处或者它所释放的能量小而人们难以感觉到；而人们感觉到的地震，也即有感地震，仅占总量的1%左右；能造成灾害的强烈地震则为数更少，平均每年十几起。然而，就是这些每年为数不多的地震，却给人们带来了无可挽回的巨大经济财产损失和触目惊心的人身伤亡事故。据有关方面对世界上130次伤亡巨大的地震震害资料所做的统计表明，95%以上的伤亡是因为无抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。典型的例子如，日本是个多地震国家，政府一贯重视建筑物抗震设计，其防震设施和技术相当先进，建筑物通常具备了抗御7～8级地震的能力；而阿尔及利亚当地房屋建筑质量普遍低劣，抗震性能差，地震时易坍塌。由此可见，对建筑物进行有效的抗震设计是减轻地震灾情最有效、最根本的措施。

　　（四）总结：

　　地震是一种突发式的自然灾害现象，从世界各国减轻地震灾害所采取的措施来看，主要有三条：一是加强地震预报，力争在地震发生前采取行动以减少损失；二是在设计和施工方面提高各类建筑物对地震的抵抗能力，包括对已建建筑进行抗震能力鉴定及加固；三是加强地震时应急指挥和救援工作。总之，从各个环节上重视和把关，把地震灾害尽量降到最小、最轻。

　　参考文献：

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　　[2]王崇杰，崔艳秋.建筑设计基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

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　　[4]阎兴华，韩淼.工程结构抗震设计[M].北京:北京计量出版社，2010.