建筑工程抗震设计探讨

地震是地球内部构造运动的产物，是普遍存在的一种自然现象，由于地震作用的随机性、复杂性、藕联性，每次地震所产生的波形各异，因而其对建筑物的作用各不相同，所产生的破坏程度也千差万别。地震对建筑物的作用与建筑物自身所固有的自振周期、场地土的动力特性有关，但因结构计算中计算模型、自振周期、材料性能、基础类型以及阻尼变化等均与实际情况存在差异，使得抗震计算时所考虑的地震作用无法准确估算，因而，在进行结构的抗震设计时，不能完全依赖地震作用计算，更要综合考虑多种因素，切实做好建筑抗震设计。

一、抗震设计的一般原则

1、场地和地基

建筑结构在地震作用下的破坏情况有四种：

(1)地震时，在水平和竖向振动作用下，建筑物的内力和变形骤增，甚至结构的受力形式发生改变，最终导致建筑物承载力不足甚至于丧失或者变形过大而破坏。

(2)地震作用下，由于节点强度不足延性不够锚固失效，使得结构构件缺乏可靠的连接，建筑物丧失整体性而遭破坏。

(3)地震作用下，由于地基承载力下降或地基土液化，使得地基部分失效甚至于完全失效，最终导致建筑物倾斜、倒塌。

(4)由地震引发的次生灾害如火山、洪水、滑坡、泥石流等造成建筑物的严重破坏。所以场地的选择是建筑抗震设计成功的第一步，从选址工作开始就应该选择对抗震有利的地段，尽量避开不利的地段，避不开时应采取有效措施确保地基的稳定性;任何情况下均不考虑在抗震危险地段建造建筑物。

2、规则性建筑

在建筑的方案设计阶段就应该尽量采用规则建筑方案，即建筑平、立、剖应规则、简单、对称;结构侧向刚度、材料强度和质量的分布应均匀、连续，无突变，因为不规则的建筑在水平地震作用下也会产生扭转振动，进而破坏。

3、合理的结构体系

一个合理的结构体系，首先应有明确的计算简图和合理、简洁的传力途径，对于不规则建筑，应采用空间计算模型计算地震力，考虑扭转藕联影响，使其更接近实际工况。不在同一结构单元混用受力体系，优先选用现浇混凝土结构，在多层砌体房屋中优先采用横墙承重的结构体系，在底层框架抗震墙砌体房屋中，优先采用混凝土抗震墙、体型复杂的建筑，设置合理的抗震缝将上部结构分割成相互独立、相对规则的结构单元。

4、计算结果的校核

一般来说，在结构设计中，通常采用计算软件进行抗震分析，这就要求设计人员对所用软件的适用范围、技术条件、计算模型等均有深刻的认识和充分的掌握，对所有计算结果，应经认真分析校核，只有经分析判断结果合理、有效后，方可用于工程实际。

5、抗震构造措施

对结构构件采用多道设防，严格按规范要求保证“ 强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件” ，加强节点连接，加强梁、柱端头箍筋加密区的箍筋量。所用材料等级不低于规范要求的最低等级，从而有效减小材料的脆性，计算中还应严格控制梁的相对受压区高度。砌体结构应按规范要求设置圈梁、构造柱等，有效约束砌体，提高砌体的延性和整体性。非结构构件比如框架填充墙两端应与柱有效拉结，附属构件女儿墙、雨篷、挑檐等。除保证自身整体性能外，还应与主体结构有可靠连接和锚固。

二、建筑抗震设计

1、　要根据设防依据合理确定抗震设防标准

工程项目的设防依据是建设场地所在地的地震基本烈度、设防烈度、工程结构的重要性、已批准的抗震设防区划及有关的抗震设防方针。抗震设防标准通过抗震设防烈度和抗震设防类别体现。

工程设计前, 首先要确定设防烈度或设计地震动参数, 对一般的工业与民用建筑的设防烈度直接取《中国地震烈度区划图( 1990)》标定的基本烈度值; 其次是根据工程的重要性,按强制性国家标准《建筑抗震设防分类标准》确定抗震设防类别(甲、乙、丙、丁四类)。抗震设防烈度和抗震设防类别直接关系到结构地震作用取值和抗震构造措施的确定, 关系到能否安全、经济、合理的进行抗震设防。因此, 笔者认为在设计文件 (图纸) 中必须明确表明工程的设防烈度和设防类别。

2、　规范地质勘察报告

目前普遍存在工程地质勘察报告不规范, 主要原因是对场地抗震性能评定的基本要求和它对抗震设计的重要性缺乏足够的认识。场地抗震性能评价和场地类别的划分是抗震设计前期工作的重要组成部分, 直接关系到抗震计算、基础选型和构造措施的合理性。

工程地质勘察报告中, 应根据具体的地质条件和设计要求, 提出建筑所在地段为有利、不利或危险的判别, 场地类别的划分、岩土地震稳定性评价、液化判别、软弱粘性土场地地基震陷的评估、以及时程分析时所需的土动力参数等内容。场地类别的划分依据要充分, 采用波速测试钻孔, 每个工程不宜少于3 个, 钻孔的分布也要覆盖整个场地, 使实测数据能代表整个场地性能, 对覆盖层厚度也要正确估计。

3、建筑防震设计方法

建筑抗震的概念设计指在进行建筑结构抗震设计时，应着眼于建筑物结构的总体地震的震动反应，按照建筑结构的破坏机制和破坏过程，灵活应用建筑抗震的设计准则，全面而合理地解决建筑结构设计中出现的基本问题。

(1)建筑抗震设计要具备合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。结构构件必须具备足够大的承载能力和刚度，结构构件的承载能力和刚度是相关的，一般来说，建筑刚度越大，其承载能力也越大。增大建筑结构构件的承载力，可以推迟地震时构件的屈服能力，减轻地震对构件的屈服程度，降低对构件延性的要求，但这提高了建筑工程造价。要实现经济合理的建筑抗震结构体系，使建筑物在遭受大地震侵袭时，仍具有很强的抗倒塌能力，最理想的是建筑物部分结构构件破坏，通过延性耗散地震能量，避免建筑物的倒塌。

(2)建筑设计应设置多道抗震设防体系。由于地震的震动往往会持续一定时间，而且震动是往复的。根据对地震的大量研究可以看出，建筑物的倒塌通常是由于地震的持续往复作用，使建筑物的结构造到破坏，从而丧失了对建筑物重力荷载的承载能力。所以，建筑抗震规范提出“ 强柱弱梁、强剪弱弯” 的抗震设计思想。

(3)钢结构建筑有许多优良的特性。有很好的抗震、抗风性能。钢结构整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强，建筑物自重仅为砖混结构的 1 /5，抗震性能却是砖混结构的2 倍以上，并有很强的抗风性能，有效的保护人民生命和财产安全建筑钢结构都是由多层水平的楼盖和竖向的柱、墙等组成。楼盖主要承受竖向荷载，而建筑竖向的柱、墙等构件因为建筑高度的变化，其组成方式和受力变形. 特性结构体系也有明显的变化。框架、剪力墙及筒体是结构中抵抗竖向及水平荷载的基本单元，由它们及其变体组成了各种结构体系，如框架结构体系、框架一支撑结构体系、框架、剪力墙体系、框架、简体结构体系、交错析架结构体系等。

(4)建筑延性系数设计方法。该方法的实质是通过建立建筑构件的位移延性系数或建筑截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由结构约束箍筋来保证核心混凝土能够满足所要求的极限压应变，从而使建筑构件具有所需要的延性系数。建筑延性包括建

筑结构延性、构件延性和截面延性三个方面结构延性可以用顶点位移延性和层间位移延性来表达; 构件位移延性与塑性铰区长度和截面延性等有关; 截面延性与建筑物的几何形状、混性土强度、轴压比、纵筋含钢率、含箍特征值等因素有关。

(5)采用能力谱方法进行建筑抗震设计。该方法是通过地震反应谱曲线和建筑结构能力谱曲线的叠加来评估建筑结构在给定地震作用下的反应特性。反应谱是指单自由度体系在给定地震输入下的加速度谱; 能力谱是指通过对建筑结构进行静力推的分析，转换得到等效单自由度体系的加速度和位移之间的关系曲线。能力谱方法由Freeman 等提出，经过不断的完善和革新。《日本建筑标准法》和美国 ATC - 40 都采用能力谱法作为基于性能，位移抗震设计方法。 Chopra 提出了将能力谱方法和结构损伤指数评定相结合的屈服位移能力谱的地震损伤分析方法，增加并强化了能力谱法的实用性。

建筑工程结构的抗震设计, 是以现代科学技术水平和经济条件为前提的。搞好目前的抗震设计有技术问题, 而目前地震及结构所受的地震作用尚有许多规律未被认识, 因此更重要的是认识问题。我国是一个多地震国家, 时刻面临着严峻的地震考验。我们应该总结过去的经验, 吸取震害教训, 从理论上、技术上寻找原因及解决办法, 认真做好抗震设计工作, 最大限度地减弱地震灾害, 造福人民。

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