对建筑结构抗震设计若干问题的探究

刘宏伟

摘要：随着现代化经济建设的飞速发展和城市化发展的不断深入，各种新型的、高层的建筑物拔地而起，而随着现代建筑的建筑类型越来越复杂，其对地震风荷载等的抗震能力要求也越来越高。只有对建筑结构进行全面合理地抗震设计，才能保证建筑的质量和安全，保护人民的生命财产安全，也能不断促进我国的社会的稳定发展。本文针对建设抗震设计中常见的一些问题进行了简单的探讨。

关键词：抗震设计；高度设计；场地选择

近年来，在我国几次重大的地震灾害中，房屋建筑的倒塌现象时有发生，给我国人们的生产生活和生命财产带来了重大的损失，也严重影响了我国的现代化经济发展进程。地震灾害是一种无法避免的天然灾害，我国又是一个地震多发国家，因此在各种新型、复杂和高层建筑不断应运而生的时代，我们应该充分重视建筑结构的质量和安全性能，做好建筑抗震设计，保证建筑的整体稳定性能。下面主要从几个常见的抗震设计问题入手，如对建筑抗震场地的选择、建筑高度设计、建筑结构体系和材料选择、建筑不规则形问题以及抗震设计等级等方面，进行简单的探讨。

一、抗震场地选择

建筑物的抗震性能除了与建筑物本身的结构设计有关外，还在很大程度上受到建筑场地的影响。在地震发生的过程中，如果建筑场地本身属于软土地基，将会更加容易受到地震波的破坏。应该做好充分的前期地质勘查工作，全面深入地了解建筑场地的地质条件，避免在一些危险地段进行甲、乙、丙类建筑施工。由于在地震波的作用影响下，地表附近会发生各种大小裂缝以及不同程度的错动，导致地基交错地带产生滑坡现象、出现不均匀沉降以及造成各种建筑施工材料（如砂土、粉等）的液化，这种不利的地震作用尤其是在一些地质条件明显不均匀、土质易液化以及软弱地基等的地段中表现更为突出。在实际施工中，应该尽量避免在这种地质场地施工。如果不得不在这些不利场地进行施工，则应该进行全面合理地抗震设计，采取多种有效的抗震措施，尽量减少不利地形对建筑抗震性能的影响。应该根据实际施工要求，对上部结构以及地基的刚度和结构整体性进行加强，尽量减少地基因液化而造成沉降，使地基液化等级达到相关的设计要求，满足建筑抗震性能。如果地基的受力由一些刚性和整体性较差的土层（如严重不均匀土层、新近挖填的土层以及软弱粘性土层等）承载时，应该及时对上部结构进行一定的处理，通过地基加固、桩基等方式加强地基基础的强度和整体稳定性。同时还应该考虑地震横波对地基的剪切作用力，应该对容易产生滑移的场地进行一定的加固措施。

二、高度设计

在对建筑结构抗震设计过程中，应该根据不同的建筑性能要求和结构体系，充分考虑经济适用原则，在我国相关的建筑施工标准规范（如《高层建筑混凝土结构技术规程》）的指导下，进行科学合理地设计。下面给出了高层建筑采用A级与B级钢筋混凝土时的最大适用高度。如表1和表2所示。

表1 高层建筑A级钢筋混凝土最大适用高度/m

结构体系 非抗震设计 抗震设防烈度

6度 7度 8度 9度

0.20g 0.3g

框架 70 60 50 40 35

框架-剪力墙 150 130 120 100 80 50

全部落地 150 140 120 100 80 60

剪力 剪力墙

墙 部分框支 130 120 100 80 50 不应采用

剪力墙

框架- 160 150 130 100 90 70

筒体 核心筒

筒中筒 200 180 150 120 100 80

板柱-剪力墙 110 80 70 55 40 不应采用

表2 高层建筑B级钢筋混凝土最大适用高度/m

结构体系 非抗震设计 抗震设防烈度

6度 7度 8度

0.20g 0.3g

框架-剪力墙 170 160 140 120 100

全部落地 180 170 150 130 110

剪力 剪力墙

墙 部分框支 150 140 120 100 80

剪力墙

框架- 220 210 180 140 120

筒体 核心筒

筒中筒 300 280 230 170 150

在施工中应该严格按照相关的规范进行高度设计，如果高度设计超出规范标准，将会加大建筑结构的变形，导致建筑结构在地震作用下的延性要求、材料性能、抗荷载系数等都会发生较大的变化，大大降低了建筑结构的抗震性能和综合稳定性能。

三、结构体系及材料选择

合理选择建筑物的结构体系和建筑材料能在一定程度上增强建筑物的整体稳定性和抗震性能。我国的高层建筑物常见结构体系包括筒中筒体系、框架筒體系以及组合筒体系，这三种结构体系用于高层建筑中能够很好地提高建筑的整体稳定性和抗震性能，因此在世界范围内都得到了广泛的应用。虽然我国同其他国家所用的建筑结构体系基本一样，但是我国的高层建筑中常使用的建筑材料为钢筋混凝土材料结构体系，而在国外则更多的使用钢结构建筑体系。采用钢筋混凝土结构体系，在地震作用力下，其结构内筒要承载百分之八十的荷载作用，钢筋混凝土结构的变形限制了钢筋混凝土筒结构体系的变形，而钢筋混凝土筒的变形导致发生侧向位移，钢框架由于刚度较小，对侧向位移的影响作用较小，从而导致整体结构的承载能力受到限制，在实际建筑结构抗震设计中，为了提高建筑结构的整体性和刚度，可以通过设置建筑结构的伸臂结构挥着加强钢筋混凝土筒的整体刚度，来提高建筑物的抗震性能和整体稳定性能。

四、平面布置的规则性

在建筑物的抗震设计中，应该严格按照抗震概念设计原则，对建筑物的平、立面布置采用规则的设计方案。如果建筑物的平面或竖面不规则，或者两者均不规则，则应该根据建筑的实际结构性能建立适宜的空间模型，通过分析计算对建筑结构的抗震性能进行科学合理地设计。对于平面规则性超限的建筑，在设计中应该采用部分弹性板、部分刚性板的模型或者采用弹性楼盖模型，对建筑物在各种外力、荷载以及强震下的结构综合性能进行验算测试。在测试中还应该考虑扭转耦联效应对结构的影响。对于结构呈现不规则凹凸以及建筑物的楼板出现断开的情况，在设计中，应该根据实际结构的平面特征和刚性变化，选择符合条件的弹性楼板模型进行相关的验算测试。对于建筑物结构因凹凸不平、洞口、结构边角等而导致出现集中应力的部位，应该采取合适的方法对结构系统进行加固。加固方法包括增加楼板的厚度、加强楼板混凝土配筋、在边梁内集中加强配筋、在应力突变部位的结构构件内加入45°斜向钢筋等都可以用来增加结构构件的综合抗性。当建筑物的楼板之间连系过弱或者建筑物的平面过长时，可以对建筑物设置合适的变形缝。对于受结构扭转效应影响比较大的建筑物，应该使抗侧力结构系统的分布尽量均匀，并尽可能加大建筑物外围竖向结构体系的抗侧力。

五、抗震设计等级

通过对我国历年来地震灾害与建筑结构抗震等级的研究发现，我国目前的抗震设计烈度并没能很好地符合实际抗震需求，研究数据表明，在2000年重现的大型地震中，有2%的地震灾害超出了建筑抗震设计等级，在475年重现的重型地震中，10%以上的灾害超出了建筑抗震设计等级，而50年重现的小型地震，则所有地震中， 62%以上的灾害超出了建筑实际的抗震设计等级。在这种情况下，我们应该及时设计出更加安全、符合实际抗震需求的抗震设计安全烈度。这样才能严格按照抗震等级要求设计出科学合理的建筑总体结构，提高建筑结构的整体抗震性和稳定性能。

结语：

随着城市化建设的不断深入，越来越多的复杂、高层和大型建筑物拔地而起，这就对建筑结构的抗震性能提出了更高的要求。在实际抗震设计工作中，应该综合考虑众多影响建筑整体性能的因素，如加强前期地形勘查，严格按照规范和建筑实际性能要求设计建筑高度，注意建筑结构的不规则形、结构体系以及结构材料对抗震性能的影响等。

参考文献：

[1]赵建荣.建筑结构抗震设计若干问题的探究[J].科技创新导报，2012，（6）.

[2]方小丹，魏琏.关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J].建筑结构学报，2011，（12）.

[3]孙三霞，姜效光，李红培.浅谈砖砌体房屋建筑的抗震设计[J].价值工程，2010，（13）.

[4]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）[S].

[5]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].