以地震震害的主要類型簡述建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計,地震,強(qiáng)柱弱梁

　　一、建筑結(jié)構(gòu)地震震害的主要類型

　　對地震中被毀的房屋進(jìn)行分析，可以歸納出結(jié)構(gòu)震害的主要類型。

　　(一)不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑物破壞嚴(yán)重

　　不規(guī)則建筑物，尤其是沿豎向不規(guī)則的房屋建筑，破壞較嚴(yán)重。典型的有兩類：一是結(jié)構(gòu)底層為空曠結(jié)構(gòu)，下部為薄弱層，結(jié)構(gòu)底層為空曠結(jié)構(gòu)的房屋大多底層為大開間框架結(jié)構(gòu)，方便使用。房屋震害主要表現(xiàn)為底層倒塌、傾斜，原因是底層形成薄弱層，剛度和強(qiáng)度均不足。二是突出屋面的小塔樓結(jié)構(gòu)。突出屋面小塔樓由于沿豎向質(zhì)量和剛度的突變，易產(chǎn)生鞭梢效應(yīng)。在地震中絕大部分受到損壞。

　　(二)框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點易發(fā)生破壞

　　震害總體情況表明，框架剪力墻結(jié)構(gòu)大部分基本完好或輕微破壞，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重破壞。但有少數(shù)框架結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞或倒塌�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)大部分為柱上下端破壞，或框架梁、柱節(jié)點核心區(qū)剪切破壞或壓酥。破壞形式為柱端屈服破壞，屬強(qiáng)梁弱柱形式。經(jīng)常出現(xiàn)節(jié)點區(qū)未按規(guī)范要求配置箍筋的現(xiàn)象，主筋搭接也不符合規(guī)范要求，易導(dǎo)致節(jié)點區(qū)發(fā)生破壞。

　　(三)框架結(jié)構(gòu)中樓梯間震害較普遍

　　地震中，框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯破壞嚴(yán)重。在有些倒塌破壞的房屋中，樓梯間本應(yīng)成為重要的逃生通道，但卻是倒塌破壞最嚴(yán)重的區(qū)域。

　　(四)裝配式樓蓋破壞較嚴(yán)重

　　關(guān)于預(yù)制板結(jié)構(gòu)破壞，在1976年唐山大地震中已有較多震害。地震區(qū)大量的砌體結(jié)構(gòu)房屋中，普遍采用預(yù)制空心樓板，由于未按規(guī)范要求設(shè)計成裝配整體式樓蓋，地震中當(dāng)墻體破壞或外閃，導(dǎo)致樓板塌落，因而達(dá)不到裝配整體式樓蓋的作用。

　　二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的方法

　　(一)選擇合理的建筑抗震場地

　　綜合比較國內(nèi)外歷次大地震可以發(fā)現(xiàn)，施工場地的工程地質(zhì)條件不同，建筑物在地震中受到的破壞程度明顯不同。因此，要提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，首先要選擇好建筑場地，盡量避開不好的抗震場地，降低地震災(zāi)害。

　　選擇有利的建筑抗震場地，如微風(fēng)化、中等風(fēng)化的基巖，密實的砂土層和不含水的粘土層都屬于有利的場地。宜避開不利的建筑抗震地段，如液化土、濕陷性黃土，軟弱土，非巖質(zhì)陡坡、高聳孤立的山丘、邊坡邊緣和河岸等狀態(tài)明顯不均勻地段。當(dāng)無法避開不利的建筑抗震地段時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施，應(yīng)根據(jù)地基液化，濕陷性黃土等級、抗震設(shè)防類別，分別采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施來加強(qiáng)部分消除或全部消除地基液化、濕陷性黃土沉陷，地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度;對于地震時可能導(dǎo)致崩塌、滑移、地裂或地陷的場地，應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)固措施，此類不利地段不經(jīng)處理，不宜建造甲、乙、丙類建筑。

　　(二)盡量采用規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)

　　房屋平面布置要規(guī)則，結(jié)構(gòu)力求對稱。房屋外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大，形心質(zhì)心偏心大，同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻、不對稱，平面長度過長等，均不利于抗震。

　　(三)最大限度減少薄弱樓層的存在

　　多層建筑應(yīng)該使其各層之間強(qiáng)度和剛度勻稱，如存在薄弱樓層，則該處就會成為地震力作用下的變形集中部位，從而使建筑物首先從該部位發(fā)生嚴(yán)重破壞，甚至整個建筑的破壞。例如比較常見的底商住宅設(shè)計，底層為框架，上部為磚混住宅。底層框架抗側(cè)移剛度比上層住宅抗側(cè)移剛度小的多，底層是抗震的薄弱環(huán)節(jié)。為加強(qiáng)底部側(cè)移剛度，在縱橫方向都應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置剪力墻，所以底層框架住宅正確的設(shè)計應(yīng)該是底層框架剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　(四)采用強(qiáng)柱弱梁框架

　　為避免框架倒塌，提倡采用強(qiáng)柱弱梁框架結(jié)構(gòu)。在單一的框架結(jié)構(gòu)中，框架是唯一的抗側(cè)力構(gòu)件，那么采用強(qiáng)柱弱梁型延性框架，在水平地震力的作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的變形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防線的位置。

　　(五)合理分析填充墻的抗震性能

　　磚砌圍護(hù)墻和隔墻，嵌砌于框架之間，地震力作用時可減輕主體結(jié)構(gòu)的破壞。但混凝土填充墻可能會造成框架比較顯著的局部破壞，所以說砌體填充墻對主體結(jié)構(gòu)抗震有有利和不利兩種影響，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)抗震時加以具體分析，同時使隔墻和圍墻在平面上要對稱均勻分布，以及沿豎向連續(xù)均勻分布。

　　(六)改進(jìn)和加強(qiáng)樓梯間的抗震設(shè)計

　　如前所述，樓梯間本應(yīng)是重要的逃生通道，但在地震中，樓梯間倒塌破壞情況較多，需要引起我們進(jìn)一步的重視。一方面，應(yīng)加強(qiáng)樓梯間的構(gòu)造措施要求;另一方面，在進(jìn)行設(shè)計計算分析時，要對樓梯間構(gòu)件進(jìn)行更加詳細(xì)的分析。

　　(七)設(shè)置多道抗震防線

　　要設(shè)置多道抗震防線，即在一個抗震結(jié)構(gòu)體系中，一部分延性好的構(gòu)件在地震作用下，擔(dān)負(fù)起第一道抗震防線的作用，其他構(gòu)件則在第一道抗震防線屈服后才依次形成第二、第三或更多道抗震防線，這樣的抗震結(jié)構(gòu)體系對確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常行之有效的。

　　(八)推廣隔震技術(shù)

　　使用隔震技術(shù)不僅達(dá)到了減輕地震對上部結(jié)構(gòu)造成損壞的目的，而且建筑裝修及室內(nèi)設(shè)備也得到有效保護(hù)。隔震建筑的結(jié)構(gòu)體系一般由下部結(jié)構(gòu)、隔震裝置、上部結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)隔震層設(shè)置的位置不同，可分為以下幾種：

　　1、地基隔震

　　地基隔震即隔震層設(shè)在基礎(chǔ)以下的地基中。歷史上曾采用糯米墊層或砂墊層隔震，也能取得一定效果。還有的用一層軟粘土一層砂土，其間加入一層土工布，使地震波在地基中被多次反射吸收達(dá)到衰減的效果。但由于土的性狀較難由人來控制，它常隨自然條件而變更，因此效果不穩(wěn)定。

　　2、基礎(chǔ)隔震

　　基礎(chǔ)隔震是在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置，減小地震動往上部結(jié)構(gòu)傳遞，降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。該種隔震方法適用于體形規(guī)則的低層或多層建筑結(jié)構(gòu)，用于高層建筑結(jié)構(gòu)的效果較差(隔震結(jié)構(gòu)延長了結(jié)構(gòu)的自振周期)。

　　3、層間隔震

　　層間隔震是結(jié)構(gòu)隔震與抗震相結(jié)合的一種方法，它是在原結(jié)構(gòu)上安裝由質(zhì)量和隔震支座組成的耗能減震裝置，地震時，耗能減震機(jī)構(gòu)吸收并消耗地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。該方法適用于舊房加層、抗震加固，減震效果一般在10%～40%之間。雖然層間隔震的效果不如基礎(chǔ)隔震，但它可利用結(jié)構(gòu)的加層或原結(jié)構(gòu)的隔熱層，做適當(dāng)?shù)母慕ǘ�達(dá)到減震的目的，簡單易行，有很好的效果。

　　4、懸掛隔震

　　懸掛隔震是將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來，使地面運(yùn)動傳遞不到主體質(zhì)量，產(chǎn)生不了慣性力，從而起到隔震作用。它最具有代表性的是巨型鋼框架懸掛體系，其結(jié)構(gòu)分為主框架和子結(jié)構(gòu)：主框架同—般框架結(jié)構(gòu)，子結(jié)構(gòu)采用索或吊桿懸掛，分布有主要質(zhì)量，此體系可以有數(shù)地隔離主框架和子結(jié)構(gòu)，減少地震作用的傳遞，控制結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。因此，目前已經(jīng)被很多國家采用，該方法在橋梁、火電廠鍋爐架中應(yīng)用廣泛。

　　(九)采用消能減震技術(shù)

　　消能減震技術(shù)主要通過提高結(jié)構(gòu)的附加阻尼來減少結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。其應(yīng)用十分廣泛：不僅可用于新建結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計，也可用于現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗震加固，適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，更適合鋼結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)。一般應(yīng)用于上部結(jié)構(gòu)，也可應(yīng)用于基礎(chǔ)隔震建筑中的隔震層。消能減振技術(shù)是用特別設(shè)置的機(jī)構(gòu)和元件將地震動的能量加以吸收耗散，以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全。這比傳統(tǒng)的依靠結(jié)構(gòu)本身及其節(jié)點的延性耗散地震能量相比顯然是前進(jìn)了—步。

　　消能減震技術(shù)的實際應(yīng)用效果與所選用的消能裝置關(guān)系較大，消能裝置的種類繁多，主要有摩擦阻尼器、塑性肖能器、粘滯阻尼器、磁流變阻尼器、形狀記憶合金阻尼器等。從阻尼器的工作原理方面可分為滯回型和粘滯型兩類，亦可稱為位移相關(guān)型和速度相關(guān)型。

　　結(jié)語

　　綜上，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是一項復(fù)雜的工程，因此如何準(zhǔn)確、合理的運(yùn)用不同的抗震設(shè)計方法，是非常重要的。通過多年的研究，我國在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計領(lǐng)域取得了很大進(jìn)步，但也存在諸多問題，需要設(shè)計人員在今后的工作實踐中發(fā)揚(yáng)攻堅克難、激流勇進(jìn)的精神，不斷將我國的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計推向前進(jìn)，真正達(dá)到建筑物小震不壞、中震可修、大震不倒的標(biāo)準(zhǔn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]方小丹，魏璉.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計若干問題的討論[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2011.12.

　　[2]寇秀梅.結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計問題[J].中國西部科技，2008.6.

　　[3]建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2010)[S].中國建筑工業(yè)出版社，2010.

　　本文選自《中國建筑金屬結(jié)構(gòu)》。 《中國建筑金屬結(jié)構(gòu)》雜志是由中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主管，中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會主辦。國際刊號ISSN：1671-3362，國內(nèi)刊號CN：11-4723/TU。郵發(fā)代號2-453。本刊為月刊。