摘 要：地震在破壞建筑物的同時，也將直接危害到人的生命財產(chǎn)安全，伴隨的更有對環(huán)境的破壞,所以,要抗御和減輕地震災(zāi)害，必須對建筑結(jié)構(gòu)進行合理的抗震分析與設(shè)計。文章從概念設(shè)計入手,提出建筑結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計一些要點:一、應(yīng)選擇有利的抗震建筑場地；二、要加強地基和基礎(chǔ)設(shè)計；三、重視建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性；四、減輕建筑物自重。筆者同時給出幾點對結(jié)構(gòu)抗震有利的建議,以供參考。
　　
　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)抗震；概念設(shè)計；要點；場地；基礎(chǔ)；規(guī)則性；自重
　　
　　1 概念設(shè)計要點
　　建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本要求主要包括概念設(shè)計、計算設(shè)計和構(gòu)造設(shè)計三個方面。
　　在土木建筑工程中，概念設(shè)計主要考慮以下要點:場地條件和場地土的穩(wěn)定性；建筑平、立面布置及外形尺寸；抗震結(jié)構(gòu)體系的選取，抗側(cè)力構(gòu)件布置及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的分布；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系及二者之間的錨拉、材料與施工等。現(xiàn)筆者從概念設(shè)計入手,對建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計要點進行分析探討,意在拋磚引玉。
　　2 選擇有利的抗震建筑場地
　　地震造成建筑物的破壞，除地震動直接引起的結(jié)構(gòu)破壞外，場地條件也是一個重要的原因，“重災(zāi)區(qū)中有輕災(zāi)，輕災(zāi)區(qū)中有重災(zāi)”。地震引起的地表錯動與地裂，地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此抗震設(shè)防區(qū)的建筑工程場地的選擇應(yīng)做到:
　　(1)應(yīng)選擇對建筑抗震有利的地段，如開闊平坦的堅硬場地土或密實均勻的中硬場地土等地段。
　　(2)應(yīng)避開對建筑抗震不利的地段，如軟弱場地土，易液化土，條件突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣，場地土在平面分布上的成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻（如故河道、斷層破碎帶、暗埋的塘濱溝谷及半填半挖地基）等地段。當無法避開時，應(yīng)采取有效的工程場地抗震措施進行排險。
　　(3)不應(yīng)在危險地段造建甲、乙、丙類建筑，建筑抗震危險地段，一般是指地震的可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段，發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位地段。汶川地震中，由于西部地區(qū)建設(shè)選址主要位于山區(qū)，而由山體滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害造成的損失尤勝于地震本身的慘痛教訓(xùn)已經(jīng)給了我們很大警示，加強建筑工程場地的選址工作，選擇有利地段，避開危險地段是十分必要的。
　　根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分的場地類別見表1所示。
　　表1

　　注:Vse——土層等效剪切波速(m/s)
　　Vse=d0/t，
　　式中：d0——計算深度（m）取覆蓋層厚度和20m二者的較小值；
　　t——剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間；
　　 di——計算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度（m）；
　　 Vsi——計算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速（m/s）；
　　n——計算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。
　　建筑場地為I類時，甲、乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施；丙類建筑允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施，但抗震設(shè)防烈度為VI度時，可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。另外，場地土的剛度大小和場地土覆蓋層厚度是影響建筑物震害的主要因素。震害調(diào)查表明，土質(zhì)越軟，覆蓋層越厚，建筑物震害越嚴重反之越輕。
　　3 加強地基和基礎(chǔ)設(shè)計
　　 在實際工程中，基礎(chǔ)設(shè)計的抗震概念可以重點考慮以下幾個方面：
　　(1) 注意基礎(chǔ)的選型，加強其整體性的剛性，同一建筑單元不宜設(shè)置在性質(zhì)不同的地基上，也不宜部分采用天然地基，部分采用樁基。高層建筑在同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，不宜采用局部箱形基礎(chǔ)。同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，避免出現(xiàn)部分有地下室，部分無地下室的情況。
　　(2) 建筑物基礎(chǔ)的埋深不宜淺，建筑物基礎(chǔ)埋置深度增加，可以增強地基土對建筑物的嵌固作用，從而減小建筑物的振幅，減輕震害，所以，在條件允許時，建筑物的基礎(chǔ)應(yīng)盡可能埋得深一些，并切實做好基槽回填和夯實，使其與基礎(chǔ)側(cè)面緊密接觸。一般來說，采用天然地基時基礎(chǔ)埋置深度不應(yīng)小于建筑高度的1/12，采用樁基時可不小于建筑高度的1/15，樁的長度不計在埋置深度內(nèi)。同時基礎(chǔ)的埋置深度還必須滿足地基變形和穩(wěn)定的要求
　　(3) 加強基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性，為了加強基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的整體作用，基礎(chǔ)在室內(nèi)地坪下宜作內(nèi)外交圈的基礎(chǔ)圈梁，上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱鋼筋插入圈梁使構(gòu)造柱與地面下圈梁連接牢固，當?shù)鼗�土質(zhì)較差時，還宜在基底布置圈梁，基礎(chǔ)應(yīng)盡可能取直和拉通，避免切斷。
　　(4) 軟土地基的基礎(chǔ)應(yīng)有較多的安全儲備，宜加強基礎(chǔ)的整體性和剛性。
　　4 重視建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
　　建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求，不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。
　　房屋的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。實際工程中，我們應(yīng)盡量做到：建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱、整體性較好，特別注意抗側(cè)剛度很大的鋼筋混凝土墻體和芯筒的平面位置應(yīng)居中和對稱、抗震墻宜沿房屋周邊布置，以使結(jié)構(gòu)具有較強的抗扭剛度和抗傾覆能力；建筑的立面和豎向抗拉力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐步減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則類型的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)按《抗震規(guī)范》要求進行水平地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并對薄弱部位采取有效的抗震措施。
　　對體型復(fù)雜，平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，要在適當位置設(shè)置防震縫，形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元，防震縫要留有足夠的寬度，保證兩側(cè)上部結(jié)構(gòu)完全分開。理論上，防震縫的寬度不宜小于兩側(cè)建筑物在較低建筑物屋頂高度處的垂直防震縫方向的側(cè)移之和。防震縫的寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度和房屋高度確定，對多層砌體房屋可采用50～100mm，對混凝土結(jié)構(gòu)房屋可采用100～150mm。鋼結(jié)構(gòu)房屋防震縫的寬度不應(yīng)小于相應(yīng)混凝土房屋縫寬的1.5倍。當結(jié)構(gòu)需要設(shè)置伸縮縫和沉降縫時，其寬度應(yīng)符合防震縫的要求。在高層建筑中，新《高層規(guī)程》規(guī)定了防震縫的最小寬度，在實際工程設(shè)計中當三縫合一設(shè)置時，三縫寬度均宜加大。汶川地震中相鄰建筑碰撞破壞現(xiàn)象隨處可見，震害證明三縫合一時寬度值取值嚴重偏小，故筆者建議此種縫寬宜加大最小為120mm。
　　5 減輕建筑物自重
　　地震時建筑物重量越大，地震力越大，結(jié)構(gòu)越易破壞，屋蓋越重晃動越強烈，因此震區(qū)房屋在保證正常的使用條件下，結(jié)構(gòu)各部分應(yīng)做的輕一些。
　　(1) 減輕樓蓋和屋蓋自重，盡可能采用輕質(zhì)材料。震害表明，樓蓋和屋蓋越重震害越重，但樓蓋和屋蓋本身破壞的并不多見。
　　(2) 圍護結(jié)構(gòu)要輕，承重墻體更要輕。當墻體自重大時，抗剪程度和抗拉程度都很低，如果沒有合理的抗震設(shè)計，結(jié)構(gòu)的抗震性能很差，特別是在強地震力的作用下更容易產(chǎn)生破壞，故應(yīng)注意墻體自重和材料特性。在我國遭遇多發(fā)地震的情況下，推廣采用加氣混凝土砌塊等各種輕質(zhì)墻體砌筑材料，推行墻體材料改革，減輕墻體自重和改善墻體材料特性是一項非常重要的工作。
　　(3) 屋頂不要做笨重附屬物，“鞭梢效應(yīng)”明顯的建筑物易破壞，在工程中盡量不做或少做，如果必須建造，也要做得矮些牢固些，建議用輕質(zhì)材料組合成凸出物，或用鋼材做成鋼結(jié)構(gòu)，并進行局部加強設(shè)計。
　　(4) 周期計算是抗震計算的要點。自由體系自震周期的計算公式為:
　　T=
　　式中：T——結(jié)構(gòu)體系的自振周期；
　　 ∏——常數(shù)，取3.14；
　　m——結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量；
　　k——結(jié)構(gòu)體系的剛度，與其自身柔度成反比。
　　可見，當周期一定時，質(zhì)量越大，周期越長，自振周期是結(jié)構(gòu)的一種固有屬性，它是結(jié)構(gòu)本身的一個很重要的動力特性。在建筑的設(shè)計中，盡可能使組成結(jié)構(gòu)的各部分質(zhì)量要輕，剛度宜大，才能有效地減輕震害。
　　6 幾點建議
　　(1) 處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可以防止附加震害，減少損失。在人流出入口、通道及重要設(shè)備附近要加強非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的可靠連接或錨固，避免倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備；在砌體填充墻與框架或單層廠房柱之間采用柔性連接或彼此脫開，且避免不合理的設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。
　　(2) 抗震結(jié)構(gòu)在材料選用、施工質(zhì)量，特別是材料的代用上有特殊的要求，因此材料的性能指標應(yīng)符合規(guī)范的要求。在混凝土結(jié)構(gòu)施工中，當缺乏設(shè)計規(guī)定的鋼筋規(guī)格型號而需用另外規(guī)格型號代替時，應(yīng)注意不宜以屈服強度高的鋼筋代替原設(shè)計中的主要鋼筋。按承載力相等原則換算時，還應(yīng)注意由于鋼筋的強度與直徑改變影響正常使用階段的撓度和裂縫寬度，以及最小配筋率和鋼筋間距等構(gòu)造要求。
　　(3) 重視砌體結(jié)構(gòu)圈梁和構(gòu)造柱的布置。多次震害表明圈梁能極大地減輕震害，圈梁的作用體現(xiàn)在：加強縱橫墻體的連接以增強墻體的穩(wěn)定性和房屋的整體性，限制墻體斜裂縫的開展和延伸；作為樓屋蓋的邊緣構(gòu)件，增強樓蓋的水平剛度；抵抗由于地震或其它原因引起的地基不均勻沉降而對結(jié)構(gòu)造成的破壞。構(gòu)造柱對結(jié)構(gòu)抗震也有著極為重要的作用:雖然對提高墻體受剪承載力有限，僅有10％～20％，但和每層圈梁一起形成對墻體的分片約束，顯著增強墻體的變形能力和延性，限制裂縫延伸和墻體錯位，防止磚墻碎塊脫落（此為要害），維持豎向承載能力靠摩擦消耗吸收地震能量。在具體設(shè)計中，圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置至少應(yīng)滿足規(guī)范要求，建議圈梁最好每層設(shè)置，構(gòu)造柱數(shù)量也宜多不宜少，且在承重墻體交叉處均設(shè)置，同時注意新《抗震規(guī)范》特別修訂的“樓、電梯間四角，樓梯段上下端對應(yīng)的墻體處，外墻轉(zhuǎn)角處”均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱。
　　(4) 結(jié)構(gòu)延性能力。延性對抗震來說是極其重要的一個性質(zhì)，我們要想通過抗震措施來保證結(jié)構(gòu)的延性，那么就必須清楚影響延性的因素。從構(gòu)件角度來看，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點：混凝土極限壓應(yīng)變和破壞時的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實質(zhì)都是這兩個根本因素的延伸。如受拉鋼筋配筋率越大，混凝土受壓區(qū)高度就越大，延性越差；受壓鋼筋越多，混凝土受壓區(qū)高度越小，延性越好；混凝土強度越高，受壓區(qū)高度越低，延性越好。從結(jié)構(gòu)角度來看，延性可用頂點位移或?qū)娱g極限位移比表示。延性比大的結(jié)構(gòu)，地震作用下結(jié)構(gòu)可通過屈服截面的塑性變形耗散更多的地震能量，避免發(fā)生脆性破壞。因此，對于延性框架的設(shè)計要做到“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點強錨固”，對于延性剪力墻的設(shè)計要做到“強墻肢弱連梁、強剪弱彎、限制剪壓比、限制墻肢軸壓比”。
　　7 結(jié)束語
　　結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計有許多不確定或不確知的因素，很難做到對結(jié)構(gòu)進行精確的抗震計算，并得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實反應(yīng)。因此結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計除了必須進行細致的計算分析外，要特別注重結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計。如采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，確定明確的計算簡圖，選取對建筑抗震適宜的建筑場地，設(shè)計延性結(jié)構(gòu)，采用輕質(zhì)高強建筑材料，設(shè)置多道抗震設(shè)防，加強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，重視結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施等方面，只有這樣才能保證結(jié)構(gòu)良好的抗震性能。