建筑抗震结构设计探索

王晓琳 东芳

（1、北京市弘都城市规划建筑设计院，北京 100045；2、中国核电工程有限公司，北京 100840）

分析已发生震害表明，许多平面形状复杂，如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。因此在建筑体型的设计中，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则；尽可能少做外凸和内凹的体型，尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。

1 抗震结构设计的规定

避免或减轻砌体结构的震害，主要是加强房屋的整体性和空间刚度，提高墙体的抗震受剪承载能力，加强构件的相互连接。在具体设计时，应遵循以下各项规定。

1.1 应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。

1.2 纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。

1.3 楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。

1.4 房屋有下列情况之一时宜设置防震缝，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据烈度和房屋高度确定，可采用50～100mm:房屋立面高差在6m以上；房屋有错层，且楼板高差较大；各部分结构刚度、质量截然不同；烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体；当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施；不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出屋面的烟囱。

1.5 不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。

2 建筑设计和建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的结构单元。

3 结构体系的选择

结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。

结构体系应符合下列各项要求:应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力；应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

结构体系应符合下列各项要求:

宜有多道抗震防线。多道抗震防线是指:一个抗震结构，应由若干延性较好的分体系组成，通过构件的连接协同作用，有意识地在结构内部、外部建立一系列分布的屈服区，使结构在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防线”得以保存，便于结构的修复。

例如，在有填充墙的框架结构中，填充墙为第一道防线，框架为第二道防线；此时填充墙本身应有一定的刚度和承载能力，并均匀、对称地布置在框架结构中。在强烈地震的冲击下，第一道防线遭受破坏后，结构的动力特性(如自振周期等)得以改变，可使第二道防线承受的地展作用得以缓解和受到保护。

在高层钢筋混凝土房屋中，应用较多的另一种结构形式是框架一剪力墙体系 (在抗震设计中，剪力墙也称为抗震墙)。剪力墙是第一道防线，框架为第二道防线。

在一般情况下，应优先选择不承受重力荷载的构件，如上述的框架填充墙、轴压比不太大的钢筋混凝土剪力墙或柱间支撑、竖向支撑等作为第一道防线。

宜具有合理的刚度和承载力分布。建筑物承受的静力荷载是基本稳定的(如自重、楼面活荷载等)，而地震时所受的地震作用大小则与结构的动力特性密切相关:建筑物的侧移刚度越大，则自振周期越短，地震作用也越大，要求结构构件具有较高的承载力。提高结构的侧移刚度，往往以提高造价和降低结构变形能力为代价，因此在确定结构体系时，需要在刚度、承载力之间寻求较好的匹配关系。

结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。此时，结构在两个主轴方向的地震反应相当，不致造成一个方向过强、一个方向过弱的现象。

根据房屋高度选择合理的结构体系。从技术经济指标而言，各种结构体系都有其最佳适用高度。

4 对结构构件的规定

结构构件应符合下列要求:应合理选择混凝土结构构件的截面尺寸，配置纵向受力钢筋和箍筋，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏；砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，或采用配筋砌体等；预应力混凝土的抗侧力构件，应配有足够的非预应力钢筋；钢结构构件应合理控制尺寸，避免局部失稳或整个构件失稳。

结构构件的连接，应符合下列要求:构件节点的破坏，不应先于其连接的构件；预埋件的锚固破坏，不应先于连接件；装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性；预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区以外锚固。

5 建筑抗震结构体系设计需要注意的问题

5.1 建筑平面布置设计问题

建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等，都要在建筑的平面布置图上明确下来。有的建筑平面布置上，经常出现内隔墙不对齐或中断，使刚度发生突变和地震力传递受阻，对抗震也带来不利，客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大，从概念上要解决的一个核心问题是：建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。

5.2 建筑竖向布置设计问题

建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层，还是高层建筑或超高建筑，这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是，由于建筑使用功能的不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面则是以墙为主，柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅，在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。

结语

建筑抗震结构设计对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计，必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此，要充分重视结构设计在建筑抗震设计中的重要性，在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的作用。

[1] 熊丹安.建筑抗震设计简明教程[M].华南理工大学出版社，2006.

[2] 李宏男.建筑抗震设计原理[M].中国建筑工业出版社，1997.

[3] 丰定国.工程结构抗震[M].地震出版社，2002.