建筑结构设计中的抗震措施

建筑结构设计中的抗震措施付黎 明 张积 庆岫岩 建筑设 计研究 院 鞍山 市建筑 设计研 究院摘 要 ： 本文 介绍了 建筑结 构抗震 设计的 标准和 应注意 的要素， 提出了 建筑结 构设计 中的抗 震措施 。关键 词：建 筑； 结构 设计； 抗震 措施中图 分类号 ： S 6 1 1 文献 标识码 ： A 文章 编号：地震 是一种 目前难 以准确 预测的 自然灾 害 。 为避 免它给人类 带来大 的灾难 ，作为 设计人 员在建 筑结构 的设计 中 ， 应从整 体宏观 的角度 出发 ， 综合 处理好 建筑功 能 、 技术 、 艺术 、安 全 可 靠 性 和 经 济 合 理 等 几 方 面 内 容 ， 从 而 创 造 出 更 加 安全、 实用、 经济美 观的建 筑，设 计建造 出具有 更加完 整 ， 安全系 数高以 及更加 优质美 观的建 筑 ， 避免 地震灾 害给人 类造成灾 难和损 失。一、 建筑结 构抗震 设计的 标准根 据国 家标 准 建筑 抗震 设防 分类 标 淮 G B 5 0 2 2 3 的 规定 ， 我国 建筑抗 震设防 分类和 设防标 准如下 ： 建筑 根据其 使用 功能 的 重要 性 分为 甲 类 . 乙 类 . 丙 类 . 丁 类四 个 抗震 设 防类别 。 甲类 建筑应 属于重 大建筑 工程和 地震时 可能发 生严重 次生灾 害的建 筑 ， 乙类 建筑应 属于地 震时使 用功能 不能中 断或需尽 快恢复 的建筑 ， 丙类 建筑应 属于除 甲 . 乙 . 丁类 以外的 一般建 筑 ， 丁类 建筑应 属于抗 震次要 建筑 。 各抗 震设防 类别建筑的 抗震设 防标准 ，应符 合下列 具体要 求。1 . 甲 类建 筑 , 地 震作 用 应高 于 本地 区 抗震 设 防烈 度 的要求 , 其 值应 按 批准 的 地震 安 全性 评 价结 果 确定 ； 抗震 措 施，当 抗震设 防烈 度为 6 8 度 时，应 符合 本地 区抗 震设 防烈 度提 高一 度 的 要求 ， 当 为 9 度 时， 应 符 合比 9 度 抗震 设 防 更高的 要求。2 . 乙 类建 筑 , 地 震作 用 应符 台 本地 区 抗震 设 防烈 度 的要求 ; 抗震 措施， 一般情 况下， 当抗震 设防烈 度为 6 8 度时 ，应符 合本地 区抗震 设防烈 度提高 一度的 要求， 当为 9 度时 ，应符 合比 9 度抗 震设防 更高的 要求； 地基基 础的抗 震措施 ，应符 合有关 规定 。 对较 小的乙 类建筑 ， 当其 结构改 用抗震 性能较 好的结 构类型 时 ， 应允 许仍按 本地区 抗震设 防烈度 的要求采 取抗震 措施。3 . 丙类 建筑 ， 地震 作用和 抗震措 施均应 符台本 地区抗 震设防 烈度的 要求。4 . 丁 类 建 筑 , 一 般 情 况 下 , 地 震 作 用 仍 应 符 合 本 地 区 抗震设 防烈度 的要求 ； 抗震 措施应 允许比 本地区 抗震设 防烈度的要 求适当 降低， 但抗震 设防烈 度为 6 度时 不应降 低。二、 建筑结 构抗震 性设计 中应注 意的要 素尽管 国家标 准对建 筑结构 抗震性 作出上 述严格 规定 ， 但是 在 建 筑 结 构 抗 震 性 设 计 实 践 中 仍 有 部 分 问 题 困 扰 着 设 计者。 主要有 以下两 方面的 问题：1 . 高层 建筑抗 震设计 中的短 柱问题建筑 抗震设 计对结 构构件 有明确 的延性 要求 。 轴压 比和剪跨 比是影 响构件 延性的 最主要 的两个 因素 ， 也是 一对互 成矛盾 的因素 。 在层 高一定 的情况 下 ， 为提 高延性 而降低 压比则会 导致柱 截面增 大 ， 且轴 压比越 小截面 越大 ； 而截 面增大导致 剪跨比 减小 ， 又降 低了构 件的延 性 。 因此 ， 在高 层特别是超 高层建 筑结构 设计中 ， 为满 足规程 钢筋 砼高层 建筑结构 设计 与 施工 规 程 （ J G J 9 1 ） 和 建 筑抗 震 设计 规 范 （ G B J 1 1 8 9 ） 对轴 压 比 限值 的 要 求， 柱 子 的截 面 往往 比较大 ， 在结 构底部 常常形 成短柱 甚至超 短柱 。 另外 ， 诸如 图书 馆 的 书 库 . 层 高 较 低 的 储 藏 室 . 高 层 建 筑 的 地 下 车 库 等 由于使 用荷载 大 ， 层高 较低 ， 在设 计中也 不可避 免地会 出现短柱 。 众所 周知 ， 短柱 的延性 很差 ， 尤其 是超短 柱几乎 没有延性 ， 在建 筑遭受 本地区 设防烈 度或高 于本地 区设防 烈度的 地震影 响时， 很容易 发生剪 切破坏 而造成 结构破 坏甚至 倒塌 ，无法 满足 “ 中震 可修 ， 大震 不倒 ” 的设 计准则 。 因此 ， 必须在高 层建设 抗震设 计中避 免短柱 脆性破 坏问题 。2 . 多层 砖房抗 震设计 中存在 的问题这类 问题主 要表现 在：（ 1 ） 城市 住宅砖 房建设 中 ， 房屋 超高或 超层时 有发生 ，尤其 是底层 为 “ 家带 店 ” 的砖 房，高 度超过 限值 1 m 以上 。（ 2 ） 在 “ 综合 楼 ” 砖房 中 ， 底层 或顶层 有采用 “ 混杂 ”结构 体系的 ， 即为 满足部 分大空 间需要 ， 在底 层或顶 层局部采用 钢筋砼 内框架 结构。 有的仅 将构造 柱和圈 梁局部 加大 ，当作 框架结 构。（ 3 ） 住宅 砖房中 为追求 大客厅 ， 布置 大开间 和大门 洞 ，有的 大门洞 间墙宽 仅有 2 4 0 m m ， 并将 阳台作 成大悬 挑 ( 悬挑 长度大 于 2 m ) 延扩 客厅面 积 ； 部分 “ 局部 尺寸 ” 不满 足要求 时 ，有的 不采取 加强措 施 ， 有的 采用增 大截面 及配筋 的构造 柱替代 砖墙 肢 ；住 宅 砖房 中 限于 场 地或 “ 造 型 ” , 布 置成 复 杂平面 ， 或纵 . 横墙 沿平面 布置多 数不能 对齐 , 或墙 体沿竖 向布置上下 不连续 等等。（ 4 ） 多层 砖房抗 震设计 中 , 未作 抗震承 载力计 算的占 多数 ， 加之 缺乏工 程经验 ， 使相 近的多 层砖房 采用的 砌体强 度等级 相距甚 远。（ 5 ） 在构 造柱和 圈梁的 设置上 ， 多数 设计富 余较大 , 部分设 计设置 不足 ( 含大 洞口两 侧未设 构造柱 ) 。三、 建筑结 构设计 的有利 抗震措 施1 . 建筑 物结构 悬挂隔 震 ， 将建 筑物的 全部或 者一部 分悬挂起 来以隔 离地震 ， 就是 我们常 说的悬 挂结构 ， 名字 很恰当地表 达了它 的特点 ， 同时 ， 我们 也能很 直接的 感受到 它的缺点和 局限， 即耗费 的成本 太大， 并不适 合于普 遍的推 广 ， 虽然是 一种非 常行之 有效的 方法 ， 但是 执行起 来却是 值得商 榷的 。 一般 情况下 ， 大型 的钢结 构会采 用此种 措施 。 大型 钢结构一 般分为 主框架 和子框 架 ， 在悬 挂体系 中 ， 子框 架通过 索链或 者吊杆 悬挂于 主框架 上 ， 地震 来临时 主体框 架虽然 受到冲击 ， 但是 其子框 架以及 其他零 部件是 用近似 于双节 棍的链接方 式与主 体相连 的 ， 那么 主体受 到的冲 击力在 传送给 子框架时 就会减 小很多 ，有益 于保护 子体框 架。2 . 建筑 物基础 设置隔 震装置 减震 ， 这这 种减震 措施与 上文 的 不 同 之 处 在 于 是 在 建 筑 物 中 间 加 上 辅 助 材 料 或 者 部 分已达 到减震 目的 ， 而前 者则是 在整体 框架结 构上的 创新上 入手 ， 减震 装置属 于独立 于建筑 物自身 的材料 ， 使用 得当最 多可使 震力减 少三分 之一左 右 ， 不过 这种方 法局限 于非高 层建筑， 高层如 果采取 这种方 法，反 而会增 加建筑 物的质 量 ， 而使地 震来临 时 ， 这些 附属物 的重量 给生命 和财产 造成更 大的伤害 。3 . 建筑 物地基 ， 用具 有防震 功能的 材料 ， 彻底 从根源 上稳固 地基 ， 将防 震落实 到最底 部 ， 从而 到达减 震的最 终目的 。传统 的做法 是在建 筑物的 基础部 位用粘 土和砂 子结合 固定 ，也可 以直接 设置粘 土或砂 子垫层 。 在我 国建筑 史上 ， 曾经 有人突 发奇想 以糯米 为原材 料 ， 采起 优良的 粘着性 ， 在建 筑物底部 形成防 震的糯 米垫层 ， 减少 地震对 建筑物 的损害 ， 不可谓不 奇 ， 当然 现当今 的的材 料学 ， 尤其 是建筑 材料学 已经发展的 足够进 步 ， 我们 可以不 仿照古 人的做 法了 ， 但是 这种创新和 探索的 精神还 是值得 我们学 习的。4 . 层间 隔震 ， 层间 隔离主 要用于 旧房改 建的改 建中对 于防震 的需求 ， 在施 工方面 很简洁 ， 专业 性不强 ， 居民 可自行操作 。 当然 于此对 应的是 低收益 ， 也就 是层间 隔离的 效果没有上 述几种 方法明 显 ， 这也 是必然 的 ， 因为 旧房改 建 ， 旧房的地 基 ， 基础 结构是 不能改 变的 ， 也是 无法改 变的 ， 所以 只能作 为辅助 结构使 用 ， 其作 用原理 与前面 提到的 在建筑 物中增加 辅助减 震的原 理基本 相同 ， 可以 借鉴 ， 也可 以根据 不同的具 体情况 选择使 用。以 上 我 们 阐 述 的 几 种 措 施 主 要 是 对 建 筑 结 构 的 一 部 分或者 几部分 进行减 震方面 的设计 ， 所谓 安装减 震装置 减少地震的 能量向 建筑物 传递 ， 也是 在于局 部的减 震 。 无论 哪一种 ，都 是 利 用 建 筑 物 的 一 部 分 或 者 几 部 分 的 特 征 然 后 有 针 对 性的进 行减震 设计。对于 辅助类 的装置 ，主要 分为滞 回型和 粘滞型 两种 。 主要有 以下两 种情况 ： 其一 ， 在对 建筑物 的地基 或基础 进行隔震设 计时 ， 我们 一定要 在建筑 物没有 动工以 前按照 隔震设 计的措 施 ， 完成 相应的 工作 。 最迟 也是在 建筑物 的施工 过程当中 ， 在建 筑物的 关键部 位设置 特殊的 隔震装 置 。 然而 ， 建筑物建 成以后 ， 若想 加强防 震能力 的话 ， 只有 采取增 添辅助 器具的 方式和 方法了 ，在添 加的时 候注意 与室内 设计相 结合 ，保证 功能的 同时兼 顾室内 设计的 和谐感 ， 在此 基础上 在建筑物的 结构上 重新添 加消能 减震装 置 。 可以 尽量添 加在不 影响整体 观感的 位置。 其二， 随着人 们安全 意识的 不断增 强 ， 对于防 震避灾 的重视 ， 建筑 结构设 计也在 不断更 新中 ， 以满 足人们 对于居 所的规 避自然 灾害和 风险的 要求 。 设计 师在从 事设计 的时候 ， 依照 上文的 迹象建 议 ， 除了 可以对 建筑物 的基础部 分采用 特殊处 理之外 ， 还可 以借助 外力的 转移来 保证人们的 财产和 省生命 安全 ， 这是 我们从 事设计 的最终 目的和 最美好 的愿景 。参考 文献： 1 郑 剑 扬 . 建 筑 结 构 设 计 抗 震 措 施 探 讨