李雄鷹

(福建省九龍建筑設計有限公司，福建 廈門 361006)

0 前 言

我國是一個地震頻繁的國家。在近代，罕遇地震給國家和廣大人民群眾造成了巨大的傷害。因此，在工程建設中從決策到技術層面“抗震安全”越來越受到關注。雖然目前的建造工藝突飛猛進，但對地震的研究水平還遠遠不夠，還不能預測地震。雖然目前我國的地震烈度區(qū)劃圖在我國已經做得非常精準并且非常的科學，但它是基于有限的歷史數據。在我國，大型地震或特大型地震有時也會出現在低烈度地區(qū)。同時，地震發(fā)生時，地震動的三要素存在較大不確定性，即使在同一地區(qū)，不同類型的地面運動在地震過程中對建筑物的破壞也不盡相同；地震還存在震級、傳播路徑、震中距離和震源機制等許多非確定因素，給地震研究帶來了很多困難。

1 抗震設計的意義

地震活動是一種很難準確預測的自然災難，以現在的技術手段不可能準確地對地震活動做出預測。但是依據現實條件，提前采取防護手段也是一種非常好的預防手段。對于非選擇性、危險性大的地震活動，如何用科學的理念和技術來預防地震的損害、來減少地震造成的各種損失?，F在，世界上絕大部分的國家都有各自的建筑抗震設計規(guī)范。小型地震不會對建筑結構造成損害，中型地震可以做到對建筑物進行加固建筑物仍然可以使用，在大型地震建筑物不會倒塌保證人員的安全。這一抗震設計原則得到了廣泛的認可和推廣，極大地提高了建筑結構的抗震性能。受到地震災害影響過程中，如果建筑物的使用功能和所采用的結構布置不協(xié)調，那么結構體系的抗震性能難以得到有效利用。當出現破壞時，新建的建筑費用要比維修舊建筑的費用高。從經濟成本來講，是非常不合算的，所造成的經濟損失是無法估計的，這是建筑結構抗震設計的首要任務。

2 抗震設計原則

抗震設計主要基于“抗震設防烈度”。然而，劃分的烈度區(qū)別是宏觀的，這一劃分主要根據對地面的破壞和對無抗震設計房屋的破壞。現代地震記錄顯示，對于烈度相當的地震，它們的地震加速度峰值和頻譜分布并不一致，其中最小值差不多是最大值的50%。雖然地震加速度的峰值十分相似，但距震中的距離相差較大，則震源機制不同，地震波傳播路徑也會不盡相同，導致地震加速度的頻譜特征具有明顯差異?？拐鹪O計中的反應譜曲線只是統(tǒng)計意義上的平均值。在這種情況下，對建筑結構體系的抗震設計來說，“概念設計” 比“計算設計”更為重要?？拐鸶拍钤O計就是以力學概念為依據，從有利于提高建筑結構體系抗震性能的角度，用符合力學規(guī)律的方法，對設計項目進行總體結構體系布置。20世紀90年代起，就將抗震概念設計的理念應用于實際工程中并取得很好的效果。

在分析發(fā)生地震概率的基礎上，考慮到目前國家的經濟實力和科技力量，抗震設計提出了三個設防的要求:當烈度值低于該地區(qū)的設防烈度，對建筑物的目標是正常使用，結構處于彈性狀態(tài)，應采用彈性反應譜來進行設計；當地震水準處于該地區(qū)的基本設防烈度時，其目的是將結構的非彈性變形或損傷控制在可加固修復的范圍；當地震水準高于該地區(qū)的基本設防烈度時，要求是建筑物在地震過程中不會倒塌性破壞，以免對人員造成傷害。

抗震建筑的重要性，從防災減災的角度來講，建筑物一般會分為特別重要、重要、一般和次要四類，體現了抗震設計中差異化處理的原則，控制經濟成本。震時指揮中心(政府機構)、學校和大型醫(yī)院顯然比普通建筑更加重要，而儲存普通物品的庫房則不如人員分布密集的公共建筑重要。這種分類與統(tǒng)一標準的安全等級并不完全一致：因為這種分類不對構件進行劃分；另一種是不采用重要系數進行區(qū)分，而主要采用提高設防烈度一度來進行考慮，因為計算中重要系數的差異對于抗震設計可能太小。有利的、不利的和危險的場地條件，如果選擇在I類場地條件下，丙類建筑物的構造措施可以降低一度進行設計；如果沒有避開危險地段，同時有效的抗震措施又太少，這將不可避免地導致大的災難。因此，在工程地質勘察中，應探明危險區(qū)和不利區(qū)的復雜地質條件，從而采取經濟有效的抗震措施。

3 抗震設計在建筑結構體系中的具體應用

3.1 鋼筋混凝土結構抗震設計

剪力墻結構采用鋼筋混凝土墻作為主要承重構件，能承受各種荷載引起的結構內力，有效地承受結構的水平力，不產生較大的水平位移。剪力墻結構廣泛應用于高層建筑中，這種結構體系的抗震性能相對較好?？蚣芗袅Y構是震區(qū)高層建筑的常用承載體系，因為主要由剪力墻承受水平荷載，所以抗震性能比純框架結構要好。在框架結構中設置足夠數量的剪力墻，具有較大的水平荷載承受能力和可觀的抗側移剛度。同時形成比較大的空間，滿足建筑不同功能的要求。框架結構是指梁與柱通過剛性或鉸接連接形成的建筑結構體系，即梁與柱形成框架，共同承受使用中的水平載荷和垂直載荷?？蚣芙Y構的墻體不承重，只有隔離的功能，一般材料有加氣混凝土砌塊、空心或多孔磚、膨脹珍珠巖、蛭石、陶瓷墻板等。在地震破壞實例中，大部分框架結構只有輕微受損，但仍有一些框架結構建筑物嚴重受損甚至倒塌。對地震破壞的調查表明，大多數房屋倒塌性破壞的主要原因是柱端出現塑性鉸接、柱端剪切破壞和節(jié)點區(qū)域破壞。筒體結構是由框架剪力墻結構和純剪力墻結構發(fā)展而來的。一般分為筒中筒、成束筒、筒體-框架結構。筒體結構是在建筑物內部或周邊，集中布置剪力墻或密集框架柱，形成一個或多個空間相對封閉的筒體。它的特征是剪力墻集中分布，使建筑物擁有相對較大的空間，主要用于辦公建筑。在水平荷載作用下，水平力主要由一個或多個筒體承擔。筒體結構擁有很大的抗側移剛度，有承受較大水平荷載的能力。

3.2 鋼結構抗震設計

鋼結構建筑的優(yōu)點是重量輕，承載能力高，結構構件標準化程度高，鋼結構建筑的主要承重構件由鋼板和型鋼構成，材質均勻，各向同性好，結構可靠性高。鋼結構的材料屬理想彈性體，符合工程力學的基本假定，可在抗震設計中充分發(fā)揮鋼結構的材料塑性、彈性好的特點，允許有適度的變形，能很好地承受動力荷載，在罕遇地震作用下保持結構體系的穩(wěn)定，避免倒塌。高精度的加工制作工藝可以做到等強連接，實現強連接弱桿件的抗震設計原則，大大提高建筑物的抗震和承載能力。鋼結構在我國得到越來越廣泛的應用，特別是在大型公共建筑和基礎設施中。其中最重要的是機場車站、體育場館、高層建筑等。鋼殼體結構近年也得到應用，具有很好的空間傳力性能，能以較小的構件厚度形成承載能力高、剛度大的承重結構，能覆蓋或圍護大尺度的空間而不需要中間支撐，兼顧到承重結構和圍護結構的雙重作用，同時也有較好的抗震性能。

3.3 組合結構抗震設計

這里所提到的組合結構主要指的是由型鋼、鋼筋混凝土組合澆筑成整體的結構，也稱為鋼骨混凝土結構或勁性鋼筋混凝土結構，以組合構件作為主要承載結構體系。其中主要構件為由型鋼(或焊接鋼構件)-鋼筋混凝土構成的梁、柱、墻等組合構件。型鋼-鋼筋混凝土組合結構綜合了鋼結構和鋼筋混凝土結構的優(yōu)點，并且各自克服了鋼材和混凝土在抗震體系中的缺點：混凝土結構自重大、鋼材在受到水平荷載時容易發(fā)生屈曲。型鋼-鋼筋混凝土組合結構具有高的承載能力以及有效地減輕結構的質量。當前在各種高聳的建筑物中，鋼混組合結構都得到了廣泛的應用，其中鋼管混凝土結構目前應用的最為廣泛，鋼管對混凝土的約束，使混凝土處于三向受壓的狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強度，因此，這種組合結構擁有非常高的強度，來抵抗地震作用。型鋼-鋼筋混凝土結構具有良好的抗震性能以及延性，能滿足在不同條件下的抗震設計。

4 結束語

地震災害的發(fā)生是不可預期的，地震等級和發(fā)生的時間都不可能進行預測，但是以現在的技術完全可以在地震發(fā)生時對非震中區(qū)域做出相應的預警，從發(fā)出預警到地震波傳播至設防地區(qū)前的這一過程中，建筑物的抗震性能就顯得格外的重要，它可以為廣大的人民群眾提供寶貴的逃生時間，因此，在民用建筑設計的過程中必須充分了解到抗震設計的意義所在，確保設計的結構能夠保證建筑結構整體的穩(wěn)定性。為達到這一要求，必須對抗震設計進行深入的了解，并在設計過程中充分利用各種抗震措施，使建筑物滿足抗震設計的要求。

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