建筑結構抗震設計理念及抗震措施探究

羅國恒

摘要：高層建筑越來越多，對其結構的抗震設計方法和技術亦在不斷地變化和進步之中，選用適合的抗震結構和結構材料，能夠有效地減小地震的作用力，增強對地震的抵抗力，本文從高層建筑結構抗震設計的目標進行分析，接著探討了影響建筑物抗震效果的因素和提高高層建筑抗震效果設計的方法。

關鍵詞：高層建筑；結構；抗震設計；抗震效果

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

隨著世界工程人員和研究人員對地震作用研究的深入，抗震理論研究的越來越完善，工程人員和研究人員對抗震設計的經驗總結也越來越全面。同時，抗震設計也越來越受到重視，更多的研究會更專注于抗震設計。彈性理論分析已經相當成熟，現代的彈塑性分析取得了很大的進展，但是還有很多關鍵的問題尚未得到很好地解決，這也將是今后結構彈塑性抗震分析科研和工程實踐的發展方向。結構的抗震作用是直接關乎人類生命和財產安全的，因而結構的抗震性能亟待提高，抗震理論分析亟待完善。

一、高層建筑結構抗震設計的目標分析

隨著現今的高層建筑愈來愈多，高層建筑基于性態的抗震設計必然顯得尤為重要，傳統的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防目標顯然是不夠水準的，設計上的突破就顯得勢在必行，筆者認為還要從以下兩個評價水準進行考察：

1、正常使用水準評價

一般情況下，對于重現期大約為50a的地震，建筑物只能出現的損傷應該可以忽略，結構在設計時要求結構的反應狀態基本處于彈性反應狀態。

2、倒塌水準評價

大量研究表明，對于重現期與2 500 a的地震水準非常接近的地震，要對最大地震振動有所預計，并設計為真正遇襲的條件能有效防止倒塌，并能證實以下幾點：

（1）、對于結構中所有的延性構件，其非彈性變形需求必須都比其變形能力要低；

（2）、對于具有非延性破壞模式的結構部件，其中對力的需求應大于等于其名義上的強度；

（3）、對于超高建筑物，又或者是復雜建筑物在設計上，對于起控制作用的構件還必須要證實其受到中等地震的振動作用，仍能保持彈性。

二、影響建筑物抗震效果的因素

要提升高層建筑物其結構的抗震效果，在設計前就必須對影響建筑物抗震效果因素有所了解。筆者結合工程實踐，可以從以下幾個方面進行分析：

1、建筑使用材料

建筑結構選用什么樣的材料將直接對抗震效果構成影響，不過目前由于種種原因，這個因素往往被人們忽視了。大量理論研究和實驗證實：通常情況而言，建筑物受到地震作用力的大小與其質量構成線性關系，兩者成正比例。實驗表明，在同等地震環境下，對建筑物材料的選擇就相當關鍵，選用越合理，可以促使其受到越小的地震作用力；相反，材料選擇的不恰當，不精細，容易導致建筑物因此而遭到來自地震的作用力達到很大。正因為如此，在實際的建筑物的設計和建設中，應多采用隔斷、維護墻、板樓等構件，盡量采用質輕的建筑材料如加氣混凝土板、空心磚、塑料板材等等，如此一來，能有效的提高建筑物的抗震性能。

2、工程的施工質量

光有好的材料，如果建筑結構施工過程不科學，如果不是每一個環節的質量控制都能做到位，也必然會影響建筑結構的抗震效果。為此，在高層建筑項目的具體施工中，相關部門一定要強化監管，嚴格把各個環節做到規范，提高高層建筑施工管理的質量，通過對建筑結構質量嚴格的控制來提升結構抗震的效果。

3、建筑的結構設計質量

大量工程實踐表明，結構設計是影響抗震效果一個最大的因素，實踐經驗告訴我們，無論點式住宅或是版式住宅，只有進行科學的、合理的結構設計，保證抗震措施合理，建筑物才能達到抗震的目的。

理論研究表明，建筑物一旦對平面的布置呈現為復雜情況，導致質心與剛心有不一致的時候，一旦發生地震，在地震的作用下，將會加劇地震的作用影響力，導致破壞性有所增強。所以，我們在對建筑物的結構進行平面布置設計時，應盡量將建筑物質心和剛心設計在同一點，借此使得建筑物的抗震能力能有效地提升。具體進行建筑結構設計的時候應注意以下幾點：

（1）、控制出屋面建筑部分的高度，不宜太高，借此有效地降低地震過程的鞭梢影響；

（2）、在設計中如果遇到平面布置不規則的建筑，設計時應注意偏離建筑結構剛心遠端的抗震墻等等。

4、地質環境情況

實踐證實，在地震中地質環境對建筑物造成破壞的原因可以是多方面的，包括以下幾個方面：

（1）、因為巖石斷層、地表滑坡、山體崩塌等等因素導致地表發生了運動，引發對建筑物的破壞；

（2）、海嘯、水災等次生性災害引發對建筑物的破壞。

而這些因素中，有些影響因素是能夠借助具體的工程措施進行有效預防的。對于具體的建筑項目，對于建筑工地的位置的選擇，必須事先對場區實施詳盡的勘測，對地形和地質條件進行詳盡的分析，對于不利地段要有效避開，挑選出能有效提升建筑物抗震效果的地點。

三、高層建筑抗震設計的方法

在具體的高層建筑進行結構抗震設計時，我們應該重點從減小地震作用力的輸入，以及如何增強地震抵抗力兩個方面進行思考，具體的有以下5個方法：

1、促進地震發生時能量的輸入能有效地減少

（1）、對于具體的工程設計，應采用積極的、基于位移的結構抗震方法，定量分析具體的設計方案，有效地保證結構的變形彈性能夠達到預期地震作用力下變形的需求。

（2）、在驗收建筑構件的承載力的同時，對建筑結構在地震作用下的層間位移限值實施有效的控制。

（3）、應綜合分析建筑構件的變形和建筑結構的位移兩者之間精確的關系，有效地確定構件的變形值；

（4）、結合建筑物的實際如建筑界面的應變分布及其大小來對建筑構件的構造需求進行有針對性的設計。

（5）、選擇堅固的場地，實施建筑施工，亦是有效減少地震發生作用時能量的輸入的另一個方面。

2、運用高延性設計

理論研究和實踐表明，對于一個具體的高層建筑而言，如果其承載能力不是很大，但是其具有的延性較高，那么當地震發生時，它也是不容易倒塌，這是由于延性構件能夠充分地吸收地震帶來的能量，使得建筑物能經受住很大的結構變形。實踐證明，延性結構的運用，在很多情況下是有效的，它可以消耗地震能量，有效減輕地震反應，促使地震給高層建筑帶來的破壞被有效地減弱，避免重大損失的發生。

3、注重抗震結構的設計

設計的質量和方法決定著抗震效果的高低，因此，高層建筑抗震設計的結構必須得到足夠的重視。從國內外高層建筑結構的設計上來看，主要為如下三種：“框——筒”、“筒中筒”和“框架——支撐體系”。

4、重視建筑材料的選擇

在高層建筑的抗震方案設計中，建筑結構的材料選擇也非常重要。首先，我們可以對建筑材料的參數進行抗震性能的分析，從整體上對材料的參數變異性進行研究，而不能僅考慮建筑材料的承載力忽略其他因素。從抵抗地震的角度來講，就是要控制建筑結構的延性需求，這就要求我們從高層建筑建設施工的各方面，來選擇符合抗震需求而且經濟適用的建筑結構材料。

5、增多抗震防線的建設

高層建筑結構防震可以設置多道抗震防線，增強對地震的抵抗力。高層建筑物設置多層的地震抵抗防線，第一道防線遭到破壞之后，有后備的第二道、第三道甚至更多的防線對地震的作用力進行阻擋，避免高層建筑物的倒塌。高層建筑結構進行抵抗地震設計時，可以采用具有多個肢節和壁式框架的“框架剪力墻”等防震結構?？蚣芗袅哂行阅茌^好的多道防線抗震結構，其中的剪力墻是第一道抗震防線也的主要的抗側力構件。所以，剪力墻要足夠多，保證它的承受能力較高，不小于高層建筑底部地震傾覆力矩的一半。

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