◎彭洋

地震所具有的破壞性會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重的影響，造成重大損失。特別是近年來，地震的頻繁發(fā)生，國家、人們的安全極大的受到了威脅，因此抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越受到關(guān)注。隨著我國對(duì)地震方面的研究，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然不斷進(jìn)步，但是抗震設(shè)計(jì)仍然存在不少問題，抗震設(shè)計(jì)問題亟待解決。

一、引言

地震是我們常見的一種自然災(zāi)害，且地震帶來的危害大、破壞性強(qiáng)、還具有不容易預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，所以當(dāng)?shù)卣鹨坏┌l(fā)生，其危害將十分巨大，如果我們的建筑沒有抗震性，就可能使人們的生命財(cái)產(chǎn)安全遭受毀滅性破壞。所以說，建筑自身的抗震性具有十分重要的作用。我國在對(duì)建筑抗震規(guī)范的抗震要求提出一定要做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，根據(jù)這個(gè)要求和目標(biāo)，我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性取得了十分重大的成就，建筑的抗震技術(shù)也基本成熟，使人們?nèi)罕娫诘卣鹬惺盏絺Φ目赡苄源蟠鬁p低，但目前的建筑抗震性距離人們的要求還有一段距離，而且隨著建筑的裝飾越來越豪華，如何避免人員傷亡，并盡可能的保護(hù)建筑已經(jīng)成為抗震技術(shù)應(yīng)用層面的又一新方向。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概念

建筑結(jié)構(gòu)的概念性抗震設(shè)計(jì)是根據(jù)基本建筑設(shè)計(jì)原則和思想，確定具體項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的過程。設(shè)計(jì)原則和想法依據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，在抗震結(jié)構(gòu)中計(jì)算地震安全性至關(guān)重要。抵抗地震計(jì)算的基礎(chǔ)是概念。概念設(shè)計(jì)比地震計(jì)算起著更重要的作用，原因有三：首先，土地的運(yùn)動(dòng)和地震是非常不確定的。其次，我們不能確定地震中復(fù)雜地面運(yùn)動(dòng)。再者地震期間的結(jié)構(gòu)響應(yīng)程度最終沒有完全反映在設(shè)計(jì)概念中。因此，完全依靠計(jì)算結(jié)果來完成建筑物的抗震設(shè)計(jì)并非詳盡甚至危險(xiǎn)性很大。地震概念的基本原則是注重地震場地的科學(xué)選擇，選擇合適的結(jié)構(gòu)地震系統(tǒng)，并選擇合理的結(jié)構(gòu)材料。

三、建筑抗震設(shè)計(jì)的基本原則

（一）整體合理性原則

進(jìn)行房屋建筑抗震設(shè)計(jì)，首先要保證整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，嚴(yán)格遵守建筑抗震設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保證建筑整體設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。在這個(gè)過程中，抗震設(shè)計(jì)要有自己的特點(diǎn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)周圍的環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)置不同的抗震設(shè)施?？拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)充分考慮建筑的整體規(guī)劃方案，對(duì)建筑進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)，確保建筑安全，有效提高居民生活質(zhì)量。

（二）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，在偶然偏心的規(guī)定水平力作用下，樓板兩端抗側(cè)力構(gòu)件的彈性位移或?qū)娱g位移的最大值與平均值之比不應(yīng)大于15，稱為扭轉(zhuǎn)不平順。同時(shí)，山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布的《山西省超限高層建筑工程抗震設(shè)防界定規(guī)定》號(hào)通知規(guī)定，當(dāng)比值大于1.2 時(shí)，列為三個(gè)不規(guī)范定義之一。相關(guān)研究表明，可采取以下調(diào)整措施，降低側(cè)力構(gòu)件彈性位移或?qū)娱g位移最大值與平均值的比值。（1）布置剪力墻時(shí)，在滿足建筑需要的前提下，盡量加長建筑周邊的剪力墻，增加建筑周邊剪力墻的厚度或增加周邊連梁的剛度。（2）布置剪力墻時(shí)，縱墻或橫墻應(yīng)盡可能對(duì)齊，且剛度相近。通過調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的平面布局，如適當(dāng)增加或減少遠(yuǎn)離質(zhì)心的抗側(cè)力構(gòu)件，使質(zhì)心與建筑剛性中心更接近。

四、建筑結(jié)構(gòu)抗震狀態(tài)分析

我國很多既有和在建的高層建筑或多或少都考慮過抗震這個(gè)環(huán)節(jié)，但很多時(shí)候設(shè)計(jì)者和建造者都沒能把這個(gè)環(huán)節(jié)落實(shí)到位。通過調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)了目前我國高層建筑存在的一些共性問題，主要體現(xiàn)在高層建筑的高度超標(biāo)，很多開發(fā)商為了獲取更多的利益，選擇建造超出安全高度的高層建筑。一旦建筑高度超過安全設(shè)計(jì)高度，其結(jié)構(gòu)將被破壞，穩(wěn)定性自然下降，導(dǎo)致建筑在地震后更容易受損或倒塌。其次，一個(gè)常見的問題是高層建筑的建筑地址選擇也存在一些問題。隨著城市人口的增加，對(duì)住房的需求也在增加。為了獲得更多的利益，開發(fā)商應(yīng)該盡可能多地開發(fā)可用的土地資源來建設(shè)高層建筑。但為了加快發(fā)展，很多高層建筑在選擇建筑地址前沒有充分考慮地質(zhì)問題，沒有嚴(yán)格勘探建筑場地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這也是對(duì)建成后房屋抗震能力的極大考驗(yàn)。

五、建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

（一）材料的選擇

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)通常因地區(qū)而異，地震建筑材料的選擇通常基于該地區(qū)的地震歷史而形成。根據(jù)一個(gè)地區(qū)的地震歷史，可以推導(dǎo)出反映該地區(qū)建筑物抗震要求的科學(xué)數(shù)據(jù)。建筑物的結(jié)構(gòu)受到材料的剛度和可塑性的影響。輕質(zhì)材料在滿足基本設(shè)計(jì)理念后通常具有較低的抗震性能。在東北部地區(qū)，鋼筋混凝土是實(shí)現(xiàn)某些地震效應(yīng)的首選材料。補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了良好的抗震性能，通常是大型建筑物的抗震措施，主要是為了提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

（二）房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型

在建筑工程方面，無論是承載的能力，還是剛度，都要做到在房屋建筑方面的均勻分布。而聚焦于結(jié)構(gòu)平面方面的不規(guī)則，設(shè)計(jì)人員在工作之中要對(duì)其程序?qū)嵤┨貏e嚴(yán)格的控制。而在平面布置之中的嚴(yán)重不規(guī)則方面，通常情況下要因?yàn)樯鲜龅脑蚨龅浇辜右允褂谩?/p>

1.在豎向承重結(jié)構(gòu)方面的選型。

在建筑豎向體型方面，受限于結(jié)構(gòu)必須規(guī)則的規(guī)律而不能夠過大。通常情況下，無論是豎向抗側(cè)構(gòu)件方面的不連續(xù)，還是側(cè)向剛度的不夠規(guī)則，都是結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的具體內(nèi)容。就水平荷載作用之下的房屋結(jié)構(gòu)而言，其側(cè)移變形在房屋建筑高度不斷提升的情況下將顯著地提升。對(duì)于結(jié)構(gòu)所實(shí)施的相關(guān)設(shè)計(jì)之中，對(duì)材料的下述兩個(gè)方面要特別予以重視：一是剛度；二是強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)方面使用的功能會(huì)因此而充分地得到發(fā)揮。在這樣的結(jié)構(gòu)形式之中，一般情況下以抗裂的能力因?yàn)槠渚邆浣ㄖ菍犹貏e少為最重要的特點(diǎn)而較為差。也就是說，上述這樣結(jié)構(gòu)類型方面選型實(shí)際上的不適合的。

2.在水平承重結(jié)構(gòu)方面的選型。

就重力承載方面建筑結(jié)構(gòu)而言，在建筑物的使用之中，一般情況是借助于相關(guān)的水平結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)的。這樣的結(jié)構(gòu)在沒有意外的情況下所包括的既有密肋樓蓋，也有無梁樓蓋等諸多的方面。

3.下部結(jié)構(gòu)方面的選型。

在下部結(jié)構(gòu)類型的選擇方面，高層房屋建筑在好壞的具體程度所產(chǎn)生的這樣一些方面影響是較大的：一是施工的具體時(shí)間；二是工程造價(jià)的多少；三是結(jié)構(gòu)的安全。因此，選型方面工作是特別重要的。就常見的基礎(chǔ)形式而言，一般情況下為下述的三種：一是片筏基礎(chǔ)；二是交叉梁基礎(chǔ)；三是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。

4.結(jié)構(gòu)延性。

就柔性參數(shù)而言，在高層建筑結(jié)構(gòu)方面通常情況下都是特別顯著的。其所導(dǎo)致的為地震的作用力的影響使得建筑的變形特別厲害。而無論是傾斜，還是倒塌，在地震的作用下，房屋都有可能發(fā)生。因此，適當(dāng)?shù)姆€(wěn)固結(jié)構(gòu)方面的措施要不斷地強(qiáng)化。

（三）隔震措施

一般來說，建筑物的抗震設(shè)計(jì)要依據(jù)地理環(huán)境和建筑物大小，而且隔震措施也是進(jìn)行有效的地震等級(jí)測(cè)試。地震隔離通常涉及基礎(chǔ)隔離、層間隔離和懸浮隔離。建筑隔震措施的減弱了地震對(duì)建筑物的影響，通常放置在建筑物的關(guān)鍵位置。

一是土壤措施：瀝青原料隔震層是我國比較常見的隔震層。其基本隔震層是緩沖層，因?yàn)樗c建筑物基礎(chǔ)底部的土層接觸，能夠很好地吸收和反射地震力，從而減少地震對(duì)建筑物的破壞。科學(xué)和技術(shù)不斷發(fā)展，我們相信建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)正變得越來越完美。

二是基本隔震措施，基本抗震性能一般包括混合隔震、底滑隔震、夾層橡膠隔震?；靖粽饳C(jī)制主要用于防止地震從地基上擴(kuò)散，使多層建筑一般接管基本的隔離措施。建造建筑物時(shí)最重要的是基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。上層建筑取決于基礎(chǔ)，因此我們需要密切關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

三是層間隔離措施。層間隔離概念的實(shí)現(xiàn)簡單易用。因此，通常將早期建筑物中的中間層隔離。中間層的隔震系統(tǒng)可以吸收地震的殘余力，減弱地震力的影響。

四是懸掛隔離措施。這是一種有效的抗震效果，適用于具有優(yōu)異抗震性能的大型鋼結(jié)構(gòu)。懸架絕緣的機(jī)理是通過建筑物的懸掛實(shí)現(xiàn)隔離效果。懸掛結(jié)構(gòu)分為主體和下體，在地震期間，主體承載大部分地震力，以減少地震對(duì)下半身的破壞。中間管的土壤不會(huì)傳播，地震會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)造成損壞。有效降低懸浮絕緣的絕緣效果明顯，并將逐步使用。經(jīng)過多次實(shí)踐和研究，懸架隔震的設(shè)計(jì)理念更加完善，有效提高了建筑物的安全性。

（四）建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理設(shè)計(jì)

1. 建筑結(jié)構(gòu)依靠延展性來抵抗地震作用下墻體的非彈性變形。因此，在地震的情況下，建筑結(jié)構(gòu)的延展性與建筑結(jié)構(gòu)一樣重要。為了使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時(shí)具有良好的延展性，有必要將其參數(shù)設(shè)計(jì)中的形狀變形集中在具有良好延展性的部件重量上，或者集中于良好的膨脹。建筑物的參數(shù)設(shè)計(jì)是地震作用下建筑構(gòu)件的響應(yīng)計(jì)算，包括墻柱和舊墻板的承載力和變形的計(jì)算。

2.在初步計(jì)算之前，應(yīng)根據(jù)高層的實(shí)際工況確定合適的計(jì)算模型。在特殊情況下，相應(yīng)的簡化處理和計(jì)算可遵循概念設(shè)計(jì)。計(jì)算軟件條件必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并可根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)條件進(jìn)行特殊處理。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的變形和剪切力分析中，使用兩種或更多種不同的力學(xué)模型，使用兩種理論，即主拉應(yīng)力和剪切理論。主拉應(yīng)力理論主要用于砌體，剪切理論主要應(yīng)用于砌塊結(jié)構(gòu)。

（五）通過性能阻尼設(shè)計(jì)的抗震性能

性能阻尼通常通過使用阻尼器來實(shí)現(xiàn)，并且效果顯著。能量消散器可以消耗地震的能量，阻尼器可以吸收地震的能量，以確保建筑物主要結(jié)構(gòu)的安全。功率阻尼是多功能的，可用于新舊建筑。

傳統(tǒng)的地震結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通過改變結(jié)構(gòu)的剛度來實(shí)現(xiàn)抗沖擊性。該系統(tǒng)也有缺點(diǎn)。首先，這種設(shè)計(jì)的結(jié)果是建筑物被打破，但沒有倒塌。因此，它不適用于紀(jì)念性建筑，適用于成本相對(duì)較高的建筑物和核電站。第二，建筑物的破壞是非彈性變形，非彈性變形是不可逆的。如果建筑物的變形嚴(yán)重就不能修復(fù)，如果情況并非如此，它可以修復(fù)，原來的建筑只能用更多的資金建造新的建筑物。隨著時(shí)間的推移，越來越多的高層建筑正在增加對(duì)建筑物抗震系統(tǒng)的需求，傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系的缺點(diǎn)也在顯現(xiàn)，使得建筑物無法滿足一定的地震標(biāo)準(zhǔn)。新的功率阻尼設(shè)計(jì)使建筑物的地震水平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用范圍廣，抗震效果顯著。

（六）通過防止共振進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)

兩個(gè)物體的自然振動(dòng)周期接近發(fā)生共振，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑物和位置會(huì)產(chǎn)生共鳴，建筑物容易倒塌。因此，為了提高建筑物的抗震性能，必須防止共振。建筑物的自然振蕩周期受到結(jié)構(gòu)層數(shù)，結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響。為了避免建筑物與位置之間的共振，自然振蕩周期是不同的。因此，應(yīng)對(duì)這些因素進(jìn)行一些調(diào)整以防止發(fā)生共振現(xiàn)象。

六、實(shí)例分析

某項(xiàng)目隔震層設(shè)置在第二層與第四層之間，層高為2m。橡膠隔震支座設(shè)置與建筑物結(jié)構(gòu)的受力情況有關(guān)，一般情況下，其應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)受力較大的位置，型號(hào)、尺寸、隔震支座的數(shù)目和分布根據(jù)隔震層上部傳下來豎向承載力、隔震層本身的側(cè)向剛度和阻尼的要求通過計(jì)算確定。隔震層在罕遇地震下應(yīng)保持穩(wěn)定，不宜出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形。隔震層橡膠支座受拉效果較差，在罕遇地震作用下，應(yīng)盡量避免此情況的發(fā)生。隔震結(jié)構(gòu)橡膠支座的平面布置分別見圖1。項(xiàng)目全部采用橡膠隔震支座組成隔震層。本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)隔震層共布置了85 個(gè)橡膠隔震支座，共選擇了7 個(gè)型號(hào)。其中LRB-G4-800-Tr162-C160共 8 個(gè) ，LRB-G4-1000-Tr182-C180 共 28 個(gè) ，LRB-G4-1200-Tr203-C200 共 14 個(gè) ，LNR-G4-1300-Tr203-C220 共 4 個(gè) ，LNR-G4-800-Tr162-C40 共 18 個(gè)，LNR-G4-1000-Tr182-C50 共4 個(gè)，LNR-G4-1200-Tr203-C60 共 9 個(gè)。

圖1 隔震支座平面布置圖

圖2 LNR-G4 D800-Tr162-C40 及LRB-G4-D800-Tr162-C160 上預(yù)埋件尺寸

橡膠隔震支座材料及配件要求：鋼板Q235B，錨筋45 號(hào)鋼，fy=350Mpa。配件：M30x120，M33x120，M36x140 高強(qiáng)發(fā)黑六角頭全螺紋螺栓，符合GB5783，強(qiáng)度等級(jí)8.8。每個(gè)六角頭全螺紋螺栓配相應(yīng)墊片一個(gè)。鋼板應(yīng)嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行防銹處理。支座安裝傾斜度不大于1/300。除去連接板部分的橡膠支座，各部分之間除可靠粘結(jié)外，必須是整體高溫硫化而成。支座使用壽命不得少于建筑物使用壽命。錨筋采用45 號(hào)實(shí)心圓鋼，錨筋與端板采用穿孔塞焊連接，錨筋與預(yù)埋板之間采用螺紋連接，其螺紋長度分別不小于預(yù)埋板厚度。

七、結(jié)論

總之，要使建設(shè)項(xiàng)目真正能夠緩解甚至避免地震災(zāi)害，必須從選址、設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量控制和竣工驗(yàn)收中選擇抗震結(jié)構(gòu)工作。在抗震設(shè)計(jì)中，新結(jié)構(gòu)體系形式復(fù)雜，難以分析，全面細(xì)致地考慮結(jié)構(gòu)的各個(gè)組成部分，未來將成為新結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)和考慮的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，還要充分了解抗震設(shè)計(jì)問題和抗震要求，充分考慮抗震設(shè)計(jì)的意圖，確保建筑物的抗震能力，從而減少由此引起的生命和財(cái)產(chǎn)損失。