摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，高層建筑的增多，結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)已越來越重要�？拐鹪O(shè)計(jì)不僅要防止建筑物倒塌破壞，還需要根據(jù)建筑物的用途和重要性有效控制其破壞狀態(tài)。這就對(duì)抗震設(shè)防目標(biāo)提出了多級(jí)化要求。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);

前言

地震是威脅人類安全的主要自然災(zāi)害之一。我國是一個(gè)地震多發(fā)的國家，分布廣、頻率高、強(qiáng)度大、震源淺，是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。近幾年來，各國歷次地震對(duì)人類造成了嚴(yán)重災(zāi)害，通過總結(jié)大量的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，促使結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不斷發(fā)展。建筑抗震的實(shí)踐表明，一個(gè)地震區(qū)建筑物，如果沒有良好的建筑總體布置方案，單靠結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算和抗震的構(gòu)造措施，在較強(qiáng)烈的地震作用下，仍是難以取得建筑抗震的較好效果，甚至減輕不了建筑物的震害程度。因此，只有建筑設(shè)計(jì)與建筑抗震設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，建筑抗震設(shè)計(jì)水平才能達(dá)到一個(gè)比較完善的高度。

1 目前我國抗震設(shè)計(jì)中存在的不足

通過多年對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)的研究，我國逐漸形成了自己的一套較為先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)方法而且日益成熟，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善。首先，與國外規(guī)范相比，我國抗震規(guī)范在對(duì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)上還存在一定的差距。美國UBC規(guī)范按同樣原則來劃分延性等級(jí)，但在高烈度區(qū)推薦使用高延性等級(jí)，在低烈度區(qū)推薦使用低延性等級(jí)。這幾種抗震思路都是符合規(guī)律的，而目前我國將地震作用降低系數(shù)統(tǒng)一取為2.86，而且還把用于結(jié)構(gòu)截面承載能力設(shè)計(jì)和變形驗(yàn)算的小震賦予一個(gè)固定的統(tǒng)計(jì)意義。另外，我國規(guī)定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)也存在一定的問題。該設(shè)防目標(biāo)對(duì)甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來說，并不都是恰當(dāng)?shù)�。最后，由于不同類別建筑的不同重要性，不宜再籠統(tǒng)的使用以上同一個(gè)性態(tài)目標(biāo)。此外，還應(yīng)該考慮建筑所有者的不同要求，選擇不同的設(shè)防目標(biāo)，從而做到在性態(tài)目標(biāo)的選擇上更加靈活。

2 高層建筑抗震設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題

2.1 部分建筑物高度過高

按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個(gè)適宜的高度。在這個(gè)高度，抗震能力還是比較穩(wěn)妥的，但是目前不少高層建筑超過了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性會(huì)發(fā)生很大的變化，建筑物的抗震能力下降，很多影響因素也發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程預(yù)算的相應(yīng)參數(shù)需要重新選取。

2.2 地基的選取不合理

由于城市人口的增多和相對(duì)空間的縮小，不少建筑商忽略了這一問題，哪里商業(yè)空間大就在哪里建。高層建筑應(yīng)選擇位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬土場地或密實(shí)均勻中硬土場地，遠(yuǎn)離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險(xiǎn)地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當(dāng)可能導(dǎo)致抗震能力差。

2.3 材料的選用不科學(xué),結(jié)構(gòu)體系不合理

在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應(yīng)該得到人們的重視。由于我國建筑結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(zhǔn)。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，而且效果不大，有時(shí)不得不加大混凝土的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強(qiáng)層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。

2.4較低的抗震設(shè)防烈度

許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已不能適應(yīng)國情的需要，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平應(yīng)該大幅度提高。我國現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是比較低的，中震相當(dāng)于在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率為lO%的地震烈度，較低的抗震設(shè)防烈度放松了高層建筑的抗震要求。

2.5建筑外形與平面功能影響結(jié)構(gòu)布置

現(xiàn)在某些政府規(guī)劃部門領(lǐng)導(dǎo)根本不懂結(jié)構(gòu)，純粹為了形象美觀而對(duì)建筑設(shè)計(jì)指指點(diǎn)點(diǎn)，從而使建筑偏離了建筑設(shè)計(jì)師的最初理念，你對(duì)他提出的修改意見不予理會(huì)，你就通不過。還有某些建筑設(shè)計(jì)師根本就缺乏抗震設(shè)計(jì)的概念，在高烈度區(qū)設(shè)計(jì)出高層建筑的大懸挑，這既增加了工程造價(jià)，有埋下了安全隱患，不負(fù)責(zé)任的叫囂“沒有做不出的結(jié)構(gòu)”，那要看付出的代價(jià)和收獲是不是對(duì)等。

3 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)

所謂“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，是進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。地震動(dòng)是一種隨機(jī)振動(dòng)，有難于把握的復(fù)雜性和不確定性，要準(zhǔn)確預(yù)測建筑物所遭遇的特性和參數(shù)，目前尚難做到。在結(jié)構(gòu)分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等諸多因素，也存在著不確定性。因此抗震問題不能完全依賴計(jì)算結(jié)果。而是應(yīng)該立足于工程抗震基本理論及長期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念，往往是構(gòu)造良好結(jié)構(gòu)性能的決定性因素。抗震概念設(shè)計(jì)主要有如下幾點(diǎn)：

3.1建筑選址。避免抗震危險(xiǎn)地段，選擇對(duì)抗震有利的場地、地基和基礎(chǔ)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動(dòng)情況和工程地質(zhì)的有關(guān)資料，作出綜合評(píng)價(jià)，宜選擇堅(jiān)硬土或開闊平坦密實(shí)均勻的中硬土等有利地段;避開軟弱土、液化土、河岸和邊坡邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層等不利地段;同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分用樁基，當(dāng)?shù)鼗�有軟弱黏性土、液化土、新近填土或�?yán)重不均勻土層時(shí)，宜加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度。

3.2合理的平立面布置。建筑物的動(dòng)力性能基本上取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，從而確保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯(cuò)層。對(duì)體形復(fù)雜的建筑物合理設(shè)置變形縫，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施，嚴(yán)格控制建筑物的高度和高寬比。

3.3 結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)選型根據(jù)建筑的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。單從抗震角度考慮，作為一種好的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)具備下列性能：延性系數(shù)高;勻質(zhì)性好;正交各向同性;構(gòu)件的連接具有整體性、連續(xù)性和較好的延性，并能發(fā)揮材料的全部強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)布置遵循的原則是平面布置力求對(duì)稱，使構(gòu)件分配的力均勻;豎向布置力求均勻，盡可能使其豎向剛度、強(qiáng)度變化均勻，避免出現(xiàn)薄弱層，并應(yīng)盡可能降低房屋的重心。

3.4多道抗震防線的設(shè)置。多道設(shè)防就是人為加強(qiáng)某些豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，提高部分的可靠度;并且有意識(shí)地設(shè)置一些薄弱環(huán)節(jié)，使其在強(qiáng)震作用下退出工作。將建筑物自振周期與地震動(dòng)卓越周期錯(cuò)開，使建筑物的共振現(xiàn)象得以緩解，減輕地震的破壞作用。

3.5剛度、承載力和延性的匹配。當(dāng)結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時(shí)，其總體延性的要求可有所降低;反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。地震時(shí)建筑物所受地震作用的大小與其動(dòng)力特性密切相關(guān)，具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。要使建筑物具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實(shí)際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法。

4 建筑結(jié)構(gòu)消能減震與隔震設(shè)計(jì)

消能減震隔震是指在結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置隔震層以隔離地震能量，或在抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能器吸收地震能量，從而達(dá)到減輕震害的目的。由于它是一種新型的結(jié)構(gòu)體系，且隔震層以上結(jié)構(gòu)部分的使州要求高于非隔震建筑，因此，在目前的設(shè)計(jì)中應(yīng)用較少。其主要原理為：在房屋底部設(shè)置橡膠隔震支座和阻尼器等，以延長構(gòu)件的自振周期、增大阻尼，或在結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能裝置，通過局部變形提供附加阻尼，消耗地震能力，而達(dá)到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的目的。結(jié)構(gòu)空間剛度房屋是由縱、橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個(gè)具有空間剛度的結(jié)構(gòu)體系，其抗震能力的高低取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。

剛性樓蓋體系是保證所有豎向抗側(cè)力構(gòu)件共同受力的先決條件，建議采用現(xiàn)澆樓屋蓋，對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)體系采用現(xiàn)澆樓屋蓋不僅可消除滑移、散落問題，提高房屋的整體性，增大樓板的剛度，而且對(duì)平面上墻體對(duì)齊的要求也可以予以適當(dāng)?shù)姆艑�，因�(yàn)樽鳛橐约羟凶冃螢橹鞯拇u混結(jié)構(gòu)，層間變形是可控制性的，較強(qiáng)的樓、屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件，平面上當(dāng)上下墻體不對(duì)齊時(shí)，現(xiàn)澆樓、屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用，同時(shí)樓、屋蓋現(xiàn)澆增加了樓板對(duì)墻體的約束。磚混結(jié)構(gòu)房屋采用縱墻或橫墻承重，由于其另一方向的約束墻體少、間距大，因而房屋的另一方向剛度較弱，空間剛度和整體性都較差，抗震能力低。在中強(qiáng)地震作用下，墻體由于平面外的失穩(wěn)而先行破壞，進(jìn)而引起整個(gè)房屋的倒塌。而在兩個(gè)方向布置適當(dāng)?shù)目v橫墻混合承重房屋。由于其限制了縱墻的側(cè)向變形，增強(qiáng)了空間剛度和整體性，對(duì)承受縱橫兩個(gè)方向的水平地震作用，以及抗彎、抗剪都非常有利，抗震性能較縱墻或橫墻承重好得多。

5 結(jié)束語

抗震設(shè)計(jì)問題是一個(gè)非常龐大和復(fù)雜的課題，涉及面非常廣泛，在未來的研究中，還有許多方面需要進(jìn)一步的探討，我們也期待有更多新興抗震技術(shù)應(yīng)用于建筑中，能夠?yàn)闇p輕地震災(zāi)害、保障人民生命、財(cái)產(chǎn)安全做出更大的貢獻(xiàn)。

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