建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法探討

趙聰

摘要：地球正在進入地殼運動活躍期，世界上的地震呈現出集中爆發的特點，一旦發生地震將會對人民的生命財產安全造成巨大的影響。同時隨著地震災害的頻發，建筑的抗地震與抗倒塌能力面臨著新的要求與挑戰，這就要求在建筑結構設計中，在保持結構強度與剛度要求的基礎上，提升建筑結構的抗震性能與塑性能力，這樣才能減少地震發生時帶來的損失，本文主要對建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法進行了探究和分析。

關鍵詞：建筑結構、設計思想、地震倒塌

中圖分類號：TU3文獻標識碼： A

一、前言

震災害是人類生存中所面臨的重大威脅，并且具有難以預見性與突發性，同時災害后果嚴重，對于社會有著重大的影響。地震發生時，主要通過縱波、橫波以及混合波三種形式進行傳播。通常而言，縱波對建筑物的破壞相對較小，而橫波與混合波會對建筑結構產生較大的破壞，從而使建筑物發生劇烈震蕩，并在建筑重力與建筑物加速度作用力形成的合力下，最終倒塌。因此，提高建筑結構的抗地震倒塌能力是很有必要的。

二、建筑結構增加抗震倒塌能力的設計思想

1、正確的選擇建筑結構的類型

在設計建筑結構時，應該做到正確選型。要想做到正確選型就必須對建筑的實際高度、用途、功能、周邊環境以及抗震性能進行綜合考慮，選擇最佳的結構類型和體系。尤其是高層建筑，正確選型直接關系著建筑物建成后抗震倒塌的性能。在建筑結構的體系中鋼結構、剪力墻結構以及框架-剪力墻結構是較為常用的建筑結構設計體系。如剪力墻結構和框架-剪力墻結構能夠承受垂直與水平方向上的荷載，鋼度較強，因此抗震性能較好。這種結構要求設計人員要科學的設計樓層間的變形量，確保建筑結構在地震中充分發揮框架與剪力墻的作用。同時在設計中應該采用強肢弱梁的理念，這可以有效避免墻肢在地震中受到破壞。而鋼結構體系最大的優勢在于具有良好的延展性，延展性可以有效的弱化由于地震波產生的破壞力，從而達到避免或減少地震波對建筑結構造成的破壞。另外鋼結構的建筑具有工期短、環保的特點，但是其缺點是施工技術要求比較高。因此設計人員在設計過程中應該根據建筑物的實際情況決定結構體系的選擇。剪力墻結構的建筑物是由剪力墻承擔垂直與水平的負荷，鋼度和強度較大，因此該種建筑物的抗震能力較高，被廣泛應用于7級以上地震建筑物結構中。不同的結構體系具有不同的抗震倒塌優勢和缺點，這需要設計人員根據建筑物所在地的實際情況選擇正確的類型。

2、科學的布置建筑結構

在正確選擇建筑結構體系的同時還應科學的布置建筑結構，只有這樣才能確保建筑結構具有較強的抗震倒塌性能。具體操作要求：一、如果建筑結構的承重是豎向的，這時要求均勻布置結構，同時采用固定的規則進行布設，同時鋼度變化應該做到統一、采用上小下大的形式，這樣可以避免結構內收或外挑現象的出現。二、同時在布置中要保證建筑結構的鋼度、變形能力以及承載能力，這主要是用于防止局部構建的損壞導致整個建筑結構承重能力的下降。

三、影響建筑結構抗震倒塌性能的因素

1、建筑結構的材料

建筑工程是較為復雜的系統，尤其是建筑結構的施工。只有選擇合格的材料才能為建筑結構的質量提供可靠的保障。質量越好的材料用于建筑結構施工中，建筑結構的穩定性就越強，抗震能力就越強，反之則越弱。

2、建筑結構工程質量

建筑結構的施工質量對建筑結構的抗震倒塌性能具有關鍵性的影響。在建筑結構的施工中如果有一個環節出現問題，將會影響整個建筑結構的施工質量，導致建筑結構防震能力的降低。

3、建筑物地基

地震是通過造成滑坡以及山崩等災害對建筑物進行摧毀的傷害從而導致建筑物倒塌，因此建筑物地基的選擇對建筑結構防震能力同樣具有較大的影響[5]。

四、提高建筑結構抗地震倒塌能力的設計方法

1、合理選擇地基，設置多道抗震防線

地基沉降引起的結構破壞是高層建筑地震破壞的主要來源，基于此，強化地基抗震設計，合理選擇地基就成為高層建筑抗震抗倒塌設計中必不可少的內容。在設計中，要強化前期的場地勘察工作，避免在不利的抗震地段，如河流泥石流易發地帶，或山崖頻發地段、地質災害頻發或生態脆弱等地段建設高層建筑，最好選擇場地土堅硬的地段，以降低地震的破壞程度。同時，合理設置基礎的埋置深度，從而對建筑在水平作用下產生的滑移與傾覆產生抵抗作用，提高建筑結構穩定性。此外，在高層建筑的結構設計中，設計多道抗震防線利于避免由于建筑結構中的局部構件或者結構破壞而引發建筑結構體系風荷載、重力荷載的承受能力以及承受地震作用能力等綜合抗震抗倒塌能力的喪失。例如，在框架-剪力墻的結構設計中，應使剪力墻連梁的屈服先于墻肢的屈服，使剪力墻連梁與框架作為第二道與到三道防線。在設計中，剪力墻連梁最好在梁端塑性屈服，并使其具有足夠的變形能力，同時墻肢的設計應稍短，最好為聯肢墻。

2、注重結構延性設計與規則性設計

建筑結構受地震屈服之后，其塑性變形能力即稱之為結構延性。它主要是運用其塑性變形對地震產生的能量進行耗散，對高層建筑結構進行合理的延性設計，促使結構的承載能力提升，那么在發生建筑結構的塑性變形時，就會有效避免變脆性突出以及塑性變形過量等問題產生。也即是通過對建筑結構的延性設計，提高建筑結構的極限彈性與抗震能力，從而提高高層建筑結構的抗震抗倒塌性能。在延性設計中，一方面可通過加強墻體、圈梁與構造柱之間的結構設計，形成塑性鉸區域，提升墻體的極限彈性，避免塑性破壞現象產生，在地震發生時，可使建筑結構發揮其塑性變形功能，減輕地震作用力對建筑物的破壞程度。另一方面，高層建筑的鋼筋混凝土結構也應設計成延性結構，并結合建筑結構的特點，對配筋、柱節點位置等進行合理設計，強化柱、梁的結構延性。此外，禁止采用嚴重不規則的結構設計方案，以免降低建筑結構的抗震效果。在設計中，結構平面與立面布置要盡量做到具有對稱性與規則性，建筑剛度變化要均勻，防止偏心現象出現。從過去的震害經歷中可以看出，強化建筑結構的規則性設計，使建筑結構剛度與質量分布與變化均勻，可減輕地震對高層建筑結構的破壞力度。

3、優化設計結構構件，提升結構性能

根據地震破壞原理，地震產生的橫波以及混合波對建筑結構具有較強的破壞作用，因此在高層建筑結構設計中，應高度重視建筑結構局部與構件的設計，確保高層建筑的主體結構與其余構件的有效、穩定連接，重點加強對高層建筑的后砌墻的連接設計與框架設計。例如，在框架設計中，要嚴格遵循“弱梁強柱與鋼梁柔柱”等原則進行設計，提升受力構件的安全性，進而提高高層建筑結構的抗震性能與抗倒塌能力。

五、結束語

綜上所述，本文主要對建筑結構抗地震倒塌能力的設計思想與方法進行了分析和探究，地震中造成人員傷亡以及財產損失的主要原因即為地震中的建筑倒塌，而地震災害中的倒塌現象是完全可以通過優化建筑結構設計來加以改善。由于建筑物倒塌主要是受到混合波影響所致，因此要想防止建筑倒塌，就必須全面提升建筑結構的抗震與抗倒塌性能，要全面掌握地震的破壞原理的基礎上，正確選擇建筑結構體系，并進行合理的布置，這樣才能提高建筑的結構堅固穩定性，從而減少地震所造成的人身傷亡和經濟損失。

參考文獻：

[1]葉列平，陸新征，趙世春，李易.框架結構抗地震倒塌能力的研究 [J].建筑結構學報，2009（06）.

[2]施煒，葉列平，陸新征，唐代遠.不同抗震設防RC框架結構抗倒塌能力的研究[J].工程力學，2011（03）：41-48.

[3]王連坤,宋章樹.建筑結構抗震概念設計的教學實踐和探討[J].中國電力教育.2012(20):406-408.