1、地震与建筑结构抗震相关研究 吴智成 贵州省建筑设计研究院有限责任公司 摘 要： 地震灾害是一种常见的自然灾害类型, 具有突发性、损坏程度严重等特点, 对于建筑结构安全会造成严重的不良影响, 因此, 需加强地震灾害对于建筑结构的影响研究。对此, 本文首先对地震对建筑构造产生的不利影响进行了介绍, 然后对建筑结构抗震设计基本规定进行了分析, 并对建筑结构抗震设计要点进行详细探究。关键词： 建筑结构; 地震烈度; 抗震设计; 收稿日期：2017-8-18Received： 2017-8-181 引言随着城市化进程的快速发展, 建筑工程建设规模逐渐扩大。而近年来, 我国地震灾害频发, 对地震灾区人们的
2、生命安全以及财产安全构成了巨大威胁。建筑结构的抗震性能直接影响着地震灾害发生后既有建筑的破坏程度, 如果建筑物的抗震性能不好, 则建筑物的损坏程度和倒塌状况就会更加严重。因此, 加强建筑结构抗震设计研究至关重要。2 地震对建筑构造产生的不利影响当发生地震灾害时, 地震从地表震动波及周围建筑物, 并且由建筑工程底层开始震动, 其所产生的波动作用会对整个建筑工程造成巨大的冲击, 并严重影响建筑结构原有平衡, 导致建筑工程坍塌。地震是由地壳运动造成的, 地震波以纵波、横波、混合波的方式进行传播, 对建筑结构造成破坏。其中, 纵波会造成建筑工程发生上下震动, 对于建筑工程的破坏力比较小;横波会造成建筑
3、工程左右摇晃, 造成地震对于建筑工程的主要破坏力;混合波则是纵波与横波同时对建筑物产生影响, 会使建筑物上下左右晃动, 对于建筑工程会造成严重危害。除此以外, 当发生地震灾害时, 建筑工程加速度所产生的力与建筑工程重力共同作用, 导致合力不定向, 对建筑工程造成巨大冲击, 进而会造成建筑工程坍塌。3 建筑结构抗震设计基本规定3.1 建筑结构抗震设计范围我国建筑抗震设计规范及高层建筑混凝土技术规程 (本文后分别简称抗规及高规) 规定在抗震设防烈度为度及以上的地区, 必须进行抗震设计, 并且中华人民共和国建筑法、中华人民共和国防震减灾法、国务院建设工程质量管理条例、建设工程勘察设计管理条例等法律、
4、法规也做出明确规定和要求。即在抗震设防烈度为度及以上的地区, 新建、改建、扩建的房屋建筑工程必须进行抗震设计。3.2 建筑结构抗震设防分类根据建筑工程抗震分类标准的规定, 按建筑破坏造成的人员伤亡、经济损失、社会影响, 建筑所在城镇或企业规模, 建筑功能失效后影响范围、对抗震救灾的影响、恢复难易程度, 建筑的不同区段, 不同行业的建筑等五个方面的因素, 划分为特殊设防类 (简称甲类) 、重点设防类 (简称乙类) 、标;隹设防类 (简称丙类) 和适度设防类 (简称丁类) 四个抗震设防类别, 一般来讲绝大多数建筑工程的抗震设防类别都为丙类, 防灾救灾建筑、重要行业、生命线建筑、建筑规模大、人员密集
5、、使用人员自救能力相对差的建筑抗震设防类别为乙类, 需要明确的是抗震设防类别为特殊设防类 (甲类) 的建筑是需经有关主管部门批准, 补充进行场地的地震安全性评价, 并需专门研究制定单项工程的抗震设计标准。3.3 建筑结构抗震设计基本内容根据抗规及高规的规定, 建筑工程抗震设计主要内容有场地抗震地段划分、场地类别、抗震设防烈度、地震动参数、地震分组、特征周期、建筑结构适用高度、抗震等级、地震计算分析、抗震概念设计、抗震性能设计、抗震措施、抗震构造等基本内容;高规又将钢筋混凝土构造建筑结构分为 A 级高度和 B 级高度, 并根据不同的场地及地震条件规定了各类结构体系不同的最大适用高度、抗震等级、抗
6、震措施及抗震构造要求;这里需要强调的是部分因场地地质条件差 (如、场地) 、抗震设防烈度高 (如设防烈度为度的地区、设计基本地震加速度为 0.15g 的场地, 设防烈度为度的地区、设计基本地震加速度为 0.3g 的场地) 的建筑在抗震等级、抗震措施和抗震构造等方面都有明确的提高要求。4 建筑结构抗震设计4.1 选择合适的结构体系和合理的结构布置常用的结构体系有:框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒体结构等。设计中到底采用哪种结构, 应根据各种结构的优缺点结合抗震设防烈度、建筑物的高度、功能、施工、经济等, 经过比较确定。结构平面布置既要考虑建筑功能、使用、美观等与结构的协
7、调, 又要使结构受力合理、明确, 以便取得尽可能大的效能。从受力看, 均匀受力比集中受力好, 多跨连续比单跨好, 避免不明确受力。应尽量规则、对称, 以避免扭转。为使扭转效应降低至最低, 尽可能使结构刚度中心与质量中心重合或相近。另外, 楼板是传递水平作用的主要构件, 故应具有良好的整体性, 避免楼板局部不连续, 宜采用与梁、柱整体浇注的钢筋混凝土结构楼板。设计中应优先考虑通过调整平面形状和尺寸达到尽量不设防震缝。当建筑平面形状不规则或有较大的错层时, 可在适当的部位设置防震缝, 使不规则的平面划分为独立的规则的建筑单元。防震缝应有足够的宽度, 使防震缝两侧在预期的地震下不发生碰撞或减轻碰撞引
8、起的局部损坏。竖向布置宜规则, 侧向刚度变化宜均匀, 尽量避免竖向抗侧力构件不连续和侧向刚度、承载力突变。4.2 结构延性设计(1) 结构构件宜采用延性性能好的材料, 并以此构成延性性能好的结构。这样, 当结构遭受强震作用时结构也可依靠钢材屈服后有足够的延性, 使在弹性后的塑性变形过程中吸收地震能量。大部分结构在中震作用下都进入塑性状态而耗散地震能量, 因而能将结构不致于倒塌。 (2) 构件延性是结构延性的前提, 但只满足构件延性是不够的, 满足结构整体延性更重要。延性设计的本质是通过构造措施提高结构整体变形能力, 通过变形耗能, 延长抵抗地震的时间, 实现大震不倒的目的。但是实际工程中很难完
9、全做到结构中的所有构件均具有较高的延性, 因此比较经济有效的办法是, 有选择地重点提高结构重要构件、关键部位的延性。延性设计的关键是通过控制构件破坏顺序 (次要构件先坏, 弯曲先于剪切破坏) 实现控制结构整体破坏形态。强震是不可硬抗的, 强震时地震力可能是设计值的几十倍甚至上百倍, 在强震下没有安全储备, 一切构件都是可能破坏的, 通过控制构件破坏的顺序和结构整体破坏形态可以达到减少地震伤害的目的, 即以柔克刚。因此构件过分强大不一定有益, 延性好才更安全。4.3 设置多道抗震防线单一结构体系只有一道防线, 一旦破坏就会造成建筑倒塌。当建筑物采用多道防线, 第一道防线的抗侧移构件在强震下遭到破
10、坏后, 后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替, 抵挡后续的地震动的冲击, 可保证建筑物最低限度的安全, 免于倒塌。可见, 多道抗震防线对抗震结构是必要的。第一道防线应优先选择填充墙或承担重力荷载较少的竖向支撑。结构体系中的多道设防, 框架结构中, 梁是第一道防线;框架-抗震墙结构中, 剪力墙是第一道防线, 框架部分起到第二道防线的作用;剪力墙结构中, 连梁是第一道防线。当建筑物受到强烈地震动主脉冲卓越周期的作用时, 一方面利用结构中增设的赘余构件的屈服和变形来耗散地震能量;另一方面利用赘余构件的破坏和退出工作, 使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系, 实现结构周期的变化, 以
11、避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。这种通过对结构动力特征和适当控制, 来减轻建筑的破坏程度, 是对付高烈度地震的一种经济、有效的方法。4.4 合理进行结构配筋要实现理想的建筑结构的整体破坏机制, 避免楼层破坏机制。纯框架结构保证底层柱的抗弯和抗剪强度, 提高可靠度, 以推迟底层柱塑性铰的出现和提高底层柱的延性。剪力墙结构的是保证下部加强部位竖向构件的抗弯和抗剪强度, 提高可靠度。框架-剪力墙结构的塑化历程是首先在联肢梁中出现塑性铰, 而后在剪力墙的底部出现朔性铰, 再后发展才是在框架梁上, 最后在底层柱底部产生塑性铰。不可盲目加大塑性铰区的纵筋钢筋。如框架梁支座负筋, 因控制裂
12、缝的需要放大, 则该节点处的结构柱纵筋同比例放大, 否则强柱弱梁很难实现。4.5 采用适当的抗震构造措施混凝土构件应避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋与混凝土粘结破坏先于构件自身破坏。也就是“强剪弱弯”、“避免超筋”、“强连接”的抗震构造措施, 具体的做法是:设置箍筋加密区、控制最大配筋率、确保钢筋最小锚固长度。砌体构件应按规范设置好构造柱和圈梁, 以保证砌体结构的承载力和延性。钢构件应避免失稳破坏, 以确保钢结构的承载力和变形能力。5 结语综上所述, 对于地震多发地区的建筑工程, 需要加强建筑结构抗震设计研究, 提升建筑工程抗震设计质量, 提升建筑工程抗震性能, 这样才能够确保房屋建筑工程抗震性能预期功能实现的可能。参考文献1荣峰, 刘建伟, 王奎, 等.基于土-结构相互作用的高层建筑三维地震反应分析J.工程抗震与加固改造, 2011, 33 (3) :16. 2刘涛, 李爱群, 顾小平, 等.带加强层高层建筑地震作用分析与减震研究J.振动与冲击, 2012, 31 (11) :1621. 3徐丹丹, 吕悦军, 荣棉水, 等.考虑地震环境影响的高层建筑设定地震研究J.中国地震, 2012, 28 (3) :285293.
