賀高凱

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的探討

賀高凱

Jian zhu jie gou kang zhen she ji de tan tao

隨著我國新城鎮(zhèn)化發(fā)展程度的提高，中西部中小城鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)模越來越大，中西部除貴州省外的大多數(shù)地區(qū)屬于抗震設(shè)防烈度6度及以上的地區(qū)，部分地區(qū)還屬于地震較高烈度和高烈度地區(qū)，自2008年以來，幾次強(qiáng)震均發(fā)生在西部地區(qū)，本人參與了汶川地震的抗震救災(zāi)和恢復(fù)重建工作，深刻認(rèn)識(shí)到建筑抗震設(shè)計(jì)的重要性、緊迫性，同時(shí)中西部中小城鎮(zhèn)建設(shè)又有地域廣、范圍大、單體面積相對小和參與中西部中小城鎮(zhèn)中小項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位的技術(shù)條件不夠強(qiáng)的特點(diǎn)，本文就建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本規(guī)定、設(shè)計(jì)重點(diǎn)、性能設(shè)計(jì)等進(jìn)行了初步的簡要分析，希望能對提高中西部中小城鎮(zhèn)中小項(xiàng)目建設(shè)中的建筑抗震設(shè)計(jì)工作能夠有所幫助。

近年來，汶川、玉樹、魯?shù)榈任鞑康貐^(qū)連續(xù)發(fā)生過大型地震，給地震災(zāi)區(qū)人民的生命、財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。所以，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)變得尤為重要，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能直接影響著地震災(zāi)害發(fā)生后既有建筑的破壞程度，如果建筑物的抗震性能不好，則建筑物的損壞程度和倒塌狀況就會(huì)更加嚴(yán)重。為了減少地震地區(qū)人民生命、財(cái)產(chǎn)的損失，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)必須進(jìn)一步加強(qiáng)，房屋建筑工程的抗震性能必須進(jìn)一步提高。只有深入分析影響建筑結(jié)構(gòu)抗震效果的因素，掌握抗震設(shè)計(jì)的規(guī)定、重點(diǎn)和抗震性能要求，才能更好地保證房屋建筑抗震設(shè)計(jì)性能預(yù)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本規(guī)定

1.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)范圍

我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》（本文后分別簡稱《抗規(guī)》及《高規(guī)》）規(guī)定在抗震設(shè)防烈度為6度及以上的地區(qū)，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，并且《中華人民共和國建筑法》、《中華人民共和國防震減災(zāi)法》、國務(wù)院《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》、《建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例》等法律、法規(guī)也做出明確規(guī)定和要求。即在抗震設(shè)防烈度為6度及以上的地區(qū)，新建、改建、擴(kuò)建的房屋建筑工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類

根據(jù)《建筑工程抗震分類標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，按建筑破壞造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響，建筑所在城鎮(zhèn)或企業(yè)規(guī)模，建筑功能失效后影響范圍、對抗震救災(zāi)的影響、恢復(fù)難易程度，建筑的不同區(qū)段，不同行業(yè)的建筑等五個(gè)方面的因素，劃分為特殊設(shè)防類（簡稱甲類）、重點(diǎn)設(shè)防類（簡稱乙類）、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（簡稱丙類）和適度設(shè)防類（簡稱丁類）四個(gè)抗震設(shè)防類別，一般來講絕大多數(shù)建筑工程的抗震設(shè)防類別都為丙類，防災(zāi)救災(zāi)建筑、重要行業(yè)、生命線建筑、建筑規(guī)模大、人員密集、使用人員自救能力相對差的建筑抗震設(shè)防類別為乙類，需要明確的是抗震設(shè)防類別為特殊設(shè)防類（甲類）的建筑是需經(jīng)有關(guān)主管部門批準(zhǔn)，補(bǔ)充進(jìn)行場地的地震安全性評價(jià)，并需專門研究制定單項(xiàng)工程的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本內(nèi)容

根據(jù)《抗規(guī)》及《高規(guī)》的規(guī)定，建筑工程抗震設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有場地抗震地段劃分、場地類別、抗震設(shè)防烈度、地震動(dòng)參數(shù)、地震分組、特征周期、建筑結(jié)構(gòu)適用高度、抗震等級、地震計(jì)算分析、抗震概念設(shè)計(jì)、抗震性能設(shè)計(jì)、抗震措施、抗震構(gòu)造等基本內(nèi)容；《高規(guī)》又將鋼筋混凝土構(gòu)造建筑結(jié)構(gòu)分為A級高度和B級高度，并根據(jù)不同的場地及地震條件規(guī)定了各類結(jié)構(gòu)體系不同的最大適用高度、抗震等級、抗震措施及抗震構(gòu)造要求；這里需要強(qiáng)調(diào)的是部分因場地地質(zhì)條件差（如Ⅲ、Ⅳ場地）、抗震設(shè)防烈度高（如設(shè)防烈度為7度的地區(qū)、設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g的場地，設(shè)防烈度為8度的地區(qū)、設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.3g的場地）的建筑在抗震等級、抗震措施和抗震構(gòu)造等方面都有明確的提高要求。

4.建筑結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)簡述

建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和可能，綜合考慮其抗震設(shè)防分類、設(shè)防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)〝超限〞情況（如建筑結(jié)構(gòu)高度、平面及豎向規(guī)則、建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等超過有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的相關(guān)規(guī)定）、建筑使用功能要求、投資大小、震害損失和震后修復(fù)難易程度等因素，對選定的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性綜合分析、評價(jià)及論證。建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能化設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的針對性，建筑結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)可以分別針對整個(gè)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的局部部位或關(guān)鍵構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件、重要構(gòu)件、次要構(gòu)件以及建筑構(gòu)配件和水電設(shè)備支座、連接件。簡單說，同一建筑結(jié)構(gòu)單元可以設(shè)定同一個(gè)抗震性能目標(biāo)，也可以就同一建筑結(jié)構(gòu)單元的不同部位、不同構(gòu)件、不同專業(yè)分別設(shè)置抗震性能目標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)確定后再分別選定建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的地震動(dòng)水準(zhǔn)、性能目標(biāo)、性能設(shè)計(jì)指標(biāo)。

通常大多數(shù)符合現(xiàn)行《抗規(guī)》及《高規(guī)》規(guī)定和要求（如設(shè)計(jì)使用年限、最大適用高度、規(guī)則性、復(fù)雜程度等）的建筑結(jié)構(gòu)無需進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)通常是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)具體的〝超限〞情況，對建筑結(jié)構(gòu)的不同部位、不同構(gòu)件提出不同的抗震性能目標(biāo)，對建筑結(jié)構(gòu)的重要部位（底部加強(qiáng)部位、上部結(jié)構(gòu)軟弱層、上部結(jié)構(gòu)薄弱層等）、關(guān)鍵構(gòu)件（抗震墻、框架柱、轉(zhuǎn)換構(gòu)件、大跨構(gòu)件、長懸挑構(gòu)件等）提出高于抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的性能目標(biāo)，但建筑結(jié)構(gòu)的非重要部位、非關(guān)鍵構(gòu)件抗震性能不得低于抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的性能目標(biāo)。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

1.建筑場地的選擇原則

為了保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震功能更加有效，工程建設(shè)場地的選擇是首要的，選擇建筑工程建設(shè)的場地時(shí)，要注意盡量避開對建筑抗震不利的場地，務(wù)必不能在屬于建筑抗震危險(xiǎn)地段的場地建造房屋。場地的選擇，在很大程度上直接決定了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的難易和成本。地震會(huì)造成場地的地表錯(cuò)動(dòng)與開裂、場地及地基的不均勻沉陷、滑坡和粉土、砂土的液化。所以，場地的選取對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，必須避讓建筑抗震危險(xiǎn)地段的場地，對于建筑抗震不利地段的場地，如軟弱場地、易液化土、分布明顯不均勻等地段的場地，在抗震設(shè)計(jì)中一定要加強(qiáng)抗震措施保證其地震作用下的穩(wěn)定性，建筑抗震不利地段的特殊場地（部分山嘴、山丘、陡坡、河岸、邊坡邊緣等）尚應(yīng)估計(jì)對設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的放大注意，其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定放大1.1～1.6倍。

2.建筑抗震不利地段場地土的處理

根據(jù)具體的實(shí)際情況采取相應(yīng)的抗震措施，對于地基液化沉陷的地段，要加強(qiáng)地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度、并采取部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。在故河道以及臨近河岸、海岸和邊坡等有液化側(cè)向擴(kuò)展或流滑的地段不宜建設(shè)永久性建筑，否則應(yīng)進(jìn)行抗滑移驗(yàn)算并采取防土體滑移措施或結(jié)構(gòu)抗裂措施。而對于軟弱粘性土層、新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時(shí)，可以采取樁基、地基加固、加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等處理措施，并且采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施避免可能導(dǎo)致滑移或者地裂的現(xiàn)象。總而言之，建筑場地應(yīng)優(yōu)先選擇建筑抗震有利地段、一般地段的場地，杜絕建筑抗震危險(xiǎn)地段的場地，對于建造在建筑抗震不利地段場地上的建筑應(yīng)根據(jù)具體情況對場地、地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)加強(qiáng)措施。

3.建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇

建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中也是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題，其在很大程度上決定著建筑結(jié)構(gòu)抗震的安全性和經(jīng)濟(jì)性。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中首先要選擇具備一定的贅余度和內(nèi)力重分配的能力建筑結(jié)構(gòu)體系（即優(yōu)先選擇〝超靜定〞結(jié)構(gòu)），如果某一局部部位、個(gè)別構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)的某一功能（約束）失效而其他部位或某一功能（約束）失效構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)的其他功能（約束）仍然可以正常發(fā)揮作用且整體結(jié)構(gòu)仍具有很好的承載負(fù)荷能力，防止建筑結(jié)構(gòu)整體失效或者失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生，從而保證建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震能力。

根據(jù)建筑高度及功能的要求，結(jié)合地區(qū)抗震設(shè)防烈度和場地地震條件等因素，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)體系，最大限度滿足建筑使用功能要求是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，在滿足建筑使用功能的前提下，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)體系是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要內(nèi)容，應(yīng)在各類建筑結(jié)構(gòu)體系適用高度中進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)體系選擇，特別需要提出的是在選定的某一類建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中應(yīng)合理確定結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系設(shè)計(jì)，避免因建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度不足，使得整體建筑結(jié)構(gòu)難以滿足建筑正常使用極限狀態(tài)的要求，同時(shí)也要指出選擇過大的抗側(cè)力剛度的建筑結(jié)構(gòu)體系也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)較大的地震作用?？偠灾?，建筑結(jié)構(gòu)體系選擇的基本原則是保證安全、滿足功能、經(jīng)濟(jì)合理。

建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和直接、合理的地震作用傳遞途徑。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，各類豎向承重構(gòu)件布置時(shí)，應(yīng)盡可能做到均勻、對稱，同類豎向構(gòu)件應(yīng)力水平接近均勻；樓屋蓋主梁（框架梁）布置時(shí)，應(yīng)保證能以最短途徑、最直接的方式傳遞到豎向承重構(gòu)件上；轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件的作用宜優(yōu)先通過一次轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換層下部豎向構(gòu)件，最多通過兩次轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換層下部豎向構(gòu)件，避免采用兩次以上轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。同時(shí)需要專門提出的是中西部廣大中小城鎮(zhèn)要慎用底部框架上部砌體建筑結(jié)構(gòu)體系，杜絕上部砌體承重墻放置在底部框架懸挑梁端部的連梁上。

整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗測力結(jié)構(gòu)體系也必須有一個(gè)合理的選擇，尤其要注意建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系設(shè)計(jì)的沿豎向要有〝下大上小〞和均勻、緩慢變化的設(shè)計(jì)原則，避免結(jié)構(gòu)突變和鞭梢效應(yīng)（即剛度、作用、承載力的突變），防止建筑結(jié)構(gòu)突變（局部削弱）形成結(jié)構(gòu)體系的軟弱部位或薄弱部位。同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足承載能力和正常使用的兩個(gè)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，建筑結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)計(jì)必須具備足夠的承載能力和良好的變形能力，實(shí)現(xiàn)建筑抗震設(shè)計(jì)的預(yù)期功能。

三、提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)水平的建議

1.加大抗震設(shè)計(jì)的監(jiān)督和管理

根據(jù)《中華人民共和國建筑法》、《中華人民共和國防震減災(zāi)法》、國務(wù)院《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》、《建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)的規(guī)定，各級建設(shè)行政主管部門對工程建設(shè)、防震減災(zāi)負(fù)有監(jiān)督管理職責(zé)，各級建設(shè)行政主管部門應(yīng)按規(guī)定權(quán)限和職責(zé)，加大對中西部抗震設(shè)防地區(qū)中小城鎮(zhèn)中小建設(shè)工程項(xiàng)目的抗震設(shè)計(jì)的監(jiān)督和管理。

2.提高設(shè)計(jì)人員的法律意識(shí)

根據(jù)我國現(xiàn)行的法律、法規(guī)及有關(guān)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性規(guī)定，凡在抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的新建、改建、擴(kuò)建的房屋建筑工程必須按有關(guān)規(guī)定和要求進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，未按規(guī)定進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)或抗震設(shè)計(jì)為滿足現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的要求，設(shè)計(jì)單位及人員就涉嫌違反有關(guān)法律、法規(guī)和工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性的相關(guān)規(guī)定（技術(shù)法規(guī)），屬于違法行為，情節(jié)惡劣、后果嚴(yán)重的將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。

3.加強(qiáng)施工圖設(shè)計(jì)文件的審查

根據(jù)我國現(xiàn)行的法律、法規(guī)、規(guī)章的規(guī)定，新建、改建、擴(kuò)建房屋建筑工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)行施工圖設(shè)計(jì)文件（含勘察成果）審查制度，建設(shè)單位將勘察設(shè)計(jì)單位完成的施工圖階段的設(shè)計(jì)文件交由第三方審查（審查機(jī)構(gòu)），施工圖設(shè)計(jì)文件（含勘察成果）的審查分為政策性審查和技術(shù)性審查。政策性審查主要內(nèi)容是場地地質(zhì)、地震、水文災(zāi)害評估和規(guī)劃許可；技術(shù)性審查主要內(nèi)容是抗震設(shè)防分類、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、抗震設(shè)計(jì)（如作用、措施、構(gòu)造）、地基及主體結(jié)構(gòu)安全。

施工圖設(shè)計(jì)文件（含勘察成果）未經(jīng)審查或?qū)彶椴缓细竦氖┕D設(shè)計(jì)文件（含勘察成果）不得使用。

四、結(jié)語

總之，在地震多發(fā)地區(qū)的中西部中小城鎮(zhèn)中小項(xiàng)目的建設(shè)中更加迫切地需要合格的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)成果。所以，我們應(yīng)該更加重視上述地區(qū)、項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量是保證房屋建筑抗震性能的前提，只有保證房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量，才能確保房屋建筑工程抗震性能預(yù)期功能實(shí)現(xiàn)的可能。

（作者單位：河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司）