浅析建筑结构抗震设计需要注意的问题

【关键词】建筑；抗震设计 

　　一、前言 

　　地震是一种突发性和毁灭性的自然灾害，它对人类社会的危害主要表现在两个方面：一是地震引起建筑物的破坏或倒塌将导致严重的人身伤亡和财产损失；二是地震及地震引起的水灾、火灾等次生灾害将破坏人类社会赖以依存的自然环境，造成严重的经济损失，产生巨大的社会影响。2008 年汶川发生了 8.0 级大地震，这次地震造成了惨重的损失，民房和城市居民住房的损失很大，约占总损失的27.4%。包括学校、医院和其他非住宅用房的损失占总损失的 20.4%。另外还有基础设施，道路、桥梁和其他城市基础设施的损失，占到总损失的 21.9%，这三类损失占总损失的 70%以上。这次大地震的惨痛损失呼唤每位建筑师重新审视我们的建筑，重视建筑设计的抗震性、安全性、合理性。 

　　二、建筑抗震设防的目的和要求 

　　通常情况下对于一般的工程结构设计时所采用的地震作用对应于100年到500年才出现一次的地震。我国的设计规范对所规定的中、强地震 50 年超越概率分别为 10%和 2%～3%。因此基于地震作用的偶然性，除特殊要求的结构外，抗震设计必须以较大的结构破坏来抵抗将来发生概率很小的地震作用为依据。也就是说，经济合理的结构抗震设计原则应该是对预期一般强度地震主要结构不致有大的破坏并便于修复，对强烈的意外大地震应允许结构有大的破坏，但不致倒塌造成人员伤亡。这种双重（或多重）设计准则的思想，现在已为许多国家的规范所采用。我国的《建筑抗震设计规范》明确提出了“三个水准”的要求：第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。此外，国际上抗震设计思想总体的趋势也是：在建筑使用寿命期间，对不同频度和不同强度的地震，建筑应具有不同的抵抗能力。允许结构某些破坏，但在任何情况下，不应导致建筑倒塌伤人。所遵循的基本原则也类似与我国的“三个水准”要求。 

　　三、建筑结构抗震设计注意的问题 

　　1、地下部分 

　　地下部分主要节点是指建筑的地下室和半地下室部分，用途广泛，可以作为地下储藏室、地下自行车库、地下汽车库、地下管理用房、地下设备用房、地下商业人防等。就体型来说，地下部分相当于一个简单几何形状的棱柱或者由若干个简单几何形状的棱柱组合而成的多边棱柱。这要求，在满足各规范的前提下，地下部分的平面布置应该尽量根据各个功能的用房所可能产生的荷载均匀布置于地下部分，这样可以使得地下部分结构布置连续、规整，受力均匀，传力合理；考虑设置防震缝将复杂的平面划分为若干简单几何形状的平面，如果塔楼的结构和地下是对齐布置的，将塔楼连接的地下空间部分与其他地下部分脱缝处理；如果上下两部分的结构形式不一样，会出现结构转换，还应该注意地下空间 部 分 的 层 高 设计，避免过高而引起地下部分结构设计薄弱，容易失稳；对 于 高 层 建 筑 来说，地下部分周围墙体材料的选择应该满足地下部分的刚度要求；此外还应做好地下部分的防潮，当地下室的顶板考虑为水池、绿化等时，需要加强顶板的防潮处理，防止墙身甚至结构腐蚀。 

　　2、墙柱部分 

　　墙柱部分是建筑构造的主要部分，也是地震破坏较为常见、严重的部分。（1）墙体部分。墙体部分是重要的承重构件和围护构件。墙体在整个建筑中所占比例较大，对建筑重量、质量分布情况、刚度分布情况影响甚大。①作为承重构件，承受建筑物由屋顶或楼板层传来的荷载，并将这些荷载传给地下部分，最后传至基础。常见的破坏形式为开裂、坍塌。因此，除了与梁柱通过拉结筋等进行有效拉结，整体受力的方式外，还应注意墙体材料的选择，对不同结构体系应选取相适宜的材料，如空心砖、砌块可以作为框架结构填充墙体，但是不应作为承重材料。其次，应注意墙体在建筑内部的分布，使得结构整体刚度趋于均匀，受力分布均匀、合理。②作为围护构件，起到分隔内部空间，保温隔热，抵御自然界各种因素对室内的侵袭作用。因此，墙体应该具有足够的强度、稳定性，并且与主体结构通过有效的构造进行连接。因此，注意建筑内部的分隔，以及选取轻质、变形能力强的材料作为隔墙是一种有效的提高建筑抗震能力的策略。比如现在市场上已经较为普及的轻钢龙骨石膏板，是一种较为理想的材料。墙体应该与主体结构进行有效的连接和锚固，必要时需要牺牲部分立面外观效果，增加构造柱之类的结构构件进行加固。（2）柱部分.柱是结构的主要承重构件，和承重墙一样承受来自屋顶、楼板层及厂房设备传来的荷载，因此，柱子需具有足够的强度和刚度。其次，柱的断面尺寸、形状对抗震也有着一定的影响，有时为了满足外立面的要求，在一个平面层中柱子的尺寸、形状被设计成多种，这也对结构的受力分布、刚度分布会产生影响，因此达到立面效果的需求可以通过装饰工程对柱子进行修饰。墙体、门窗等与柱子的构造连接也会影响柱子的受力，在震灾中常见的是墙体与柱子刚性连接，对柱子形成了约束，改变了结构模型和破坏形态。地震时，柱子发生脆性短柱破坏，会造成楼层突然倒塌。因此，可以采用轻质墙体并且与柱进行柔性连接，不应采用砌体或刚性墙体。 

　　3、楼板与楼梯间 

　　楼板层是水平方向的承重结构，并用来分隔楼层之间的空间。因此它必须具有足够的强度和刚度。楼板层的面层处理应具有较高的防潮、防火、防滑性能，提高建筑抵御震后次生灾害发生的能力和提高疏散能力。楼梯间作为重要的竖向交通空间，起人流疏导的作用。地震时是重要的逃生通道。为了提高楼梯间抗震性能，可以从加强结构计算、构造措施等结构方面考虑，同时，最好将层高半高处的平台板由横墙承重，改为纵墙承重，使其刚度降低。其次才是增加构造柱。 

　　4、屋顶部分 

　　屋顶部分主要包括女儿墙、屋顶构架、坡屋顶等。屋顶部分处理灵活多变，屋顶是建筑设计重点处理的部分，常常是建筑设计的亮点，同时也是抗震较不利的地方。女儿墙在建筑造型处理上是灵活的。首先，女儿墙的抗震设计等级不应低于主体结构的抗震等级，其次应该通过设置构造短柱等措施与主体结构有效的和永久性的连接，最后对于过高或异形女儿墙可以加设梁柱，并有效的与主体结构连接。屋顶构架是建筑造型的重要手段，建筑设计中屋顶构架的形式灵活多样，而它与主体的连接问题是最容易忽视的，在地震作用下，屋顶构架的垮塌对于建筑顶层以及地面人员都存在安全隐患，由于屋顶构架的荷载较小，如果屋顶构架的结构与主体结构整体设计，有可能屋顶构架结构的设计强度是赘余的，在地震作用下有可能存在屋顶构架上出现应力集中发生破坏。因此，在震害区应该尽量避免设计过分夸张的屋顶构架形式，并且要考虑轻质、连接可靠的屋顶构架。坡屋顶的形式多样，它是建筑造型设计的一个重要手段，由于材料的选取种类繁多，坡屋顶的荷载往往较大，增加了主体结构的重量，同时坡屋顶的结构布置较为复杂，可能会与下面主体部分结构不连续，所以在震害区应该提倡简洁的轻质的坡屋顶设计。屋顶部分局部突出屋面的构件，容易引起结构学中的“鞭梢效应”，对抗震不利，在屋顶造型设计过程中应该谨慎对待，重视地震作用放大效应并加强抗震构造措施。 

　　总之，减轻地震灾害的最有效途径就是对建筑物进行抗震设防。建筑重要组成部分设计对于建筑抗震性能研究十分重要，建筑组成部分形式繁多，需要设计师在实践中不断摸索和探讨。 

　　参考文献： 

　　[1] 陈保胜.城市与建筑防灾[M].同济大学出版社，2005. 

　　[2] 崔京浩.建筑抗震鉴定与加固[M].中国水利水电出版社，2006. 

　　[3] 陈寿梁等编著.抗震设防对策[M].河南科技出版社，2006. 

　　[4] 张敬书，潘宝玉.现行抗震加固方法及发展趋势[J].工程抗震与加固改造，2005.