建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)

□文/楊洪勝

地震災(zāi)害具有突發(fā)性，至今可預(yù)報(bào)性很低，給人類社會(huì)造成的損失嚴(yán)重是各類自然災(zāi)害中最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。隨著建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)理論的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路也經(jīng)歷了一系列的變化。設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了從彈性到非線性，從基于經(jīng)驗(yàn)到基于非線性理論，從單純保證結(jié)構(gòu)承載能力的“抗”到允許結(jié)構(gòu)屈服，并賦予結(jié)構(gòu)一定的非彈性變形能力的“耗”的一系列轉(zhuǎn)變。由于地震作用的隨機(jī)性、復(fù)雜性、藕聯(lián)性，每次地震所產(chǎn)生的波形各異，因而其對建筑物的作用各不相同，所產(chǎn)生的破壞程度也千差萬別。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮多方面因素，而切實(shí)做好抗震概念設(shè)計(jì)又顯得尤為重要。

一、抗震概念設(shè)計(jì)的含義

建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)是指在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從概念上，特別是從結(jié)構(gòu)總體上考慮抗震的工程決策，即正確地解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。

二、抗震概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

1、建筑設(shè)計(jì)應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對抗震能力重要影響的認(rèn)識始自若干現(xiàn)代建筑在地震中的表現(xiàn)。最為典型的例子是1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。馬那瓜有相距不遠(yuǎn)的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當(dāng)?shù)氐卣鹆叶裙烙?jì)為8度。一幢破壞嚴(yán)重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復(fù)使用。研究發(fā)現(xiàn)破壞較輕的建筑平、立、剖均較規(guī)則、對稱；結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度、材料強(qiáng)度和質(zhì)量的分布也較均勻、連續(xù)，而另一棟建筑則恰恰相反，導(dǎo)致產(chǎn)生嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)、抗剪不足等而破壞嚴(yán)重。

2、合理選擇建筑的結(jié)構(gòu)體系。抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題，結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理，對安全性和經(jīng)濟(jì)性起決定性作用。

（1）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。要求結(jié)構(gòu)體系受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實(shí)際表現(xiàn)相符合。

（2）應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力?？拐鹪O(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是結(jié)構(gòu)應(yīng)有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能。諸多震后實(shí)例均印證了它的重要性，設(shè)計(jì)時(shí)要引起足夠重視。

（3）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。足夠的承載力和變形能力是需要同時(shí)滿足的。有較高的承載能力而缺少較大變形能力，如不加約束的砌體結(jié)構(gòu)，很容易引起脆性破壞而倒塌。必要的承載能力和良好的變形能力的結(jié)合便是結(jié)構(gòu)在地震作用下具有的耗能能力。

3、提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性。結(jié)構(gòu)的變形能力取決于組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及其連接的延性水平。規(guī)范對各類結(jié)構(gòu)采取的抗震措施，基本上是提高各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性水平。這些抗震措施如：采用水平向（圈梁）和豎向（構(gòu)造柱、芯柱）混凝土構(gòu)件，加強(qiáng)對砌體結(jié)構(gòu)的約束，或采用配筋砌體；使砌體在發(fā)生裂縫后不致坍塌和散落，地震時(shí)不致喪失對重力荷載的承載能力；避免混凝土結(jié)構(gòu)的脆性破壞（包括混凝土壓碎、構(gòu)件剪切破壞、鋼筋同混凝土粘結(jié)破壞）先于鋼筋的屈服；避免鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體和局部失穩(wěn)，保證節(jié)點(diǎn)焊接部位（焊縫和母材）在地震時(shí)不致開裂等等。

4、抗震設(shè)計(jì)要注重非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑附屬機(jī)電設(shè)備，自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。結(jié)合相關(guān)震后資料，啟示如下：（1）附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時(shí)倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備；（2）圍護(hù)墻和隔墻應(yīng)考慮對結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞；（3）幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠連接，避免地震時(shí)脫落傷人；（4）安裝在建筑上的附屬機(jī)械、電氣設(shè)備系統(tǒng)的支座和連接應(yīng)符合地震時(shí)使用功能的要求，且不應(yīng)導(dǎo)致相關(guān)部件損壞。

三、結(jié)束語

“5.12”汶川大地震后，國家對《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》重新進(jìn)行了修定，不難看出新的規(guī)范對于抗震概念設(shè)計(jì)提出了更高的要求。一幢抗震性能優(yōu)良的建筑除了進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)計(jì)算之外，概念設(shè)計(jì)更為重要。作為結(jié)構(gòu)工程師來說，必須使這一理念貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程當(dāng)中，既要嚴(yán)格把握好設(shè)計(jì)的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，為社會(huì)創(chuàng)造更多精品工程。

[1]GB50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]王亞勇.汶川地震建筑震害啟示－抗震概念設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2008.

[3]郭繼武.建筑抗震設(shè)計(jì)（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.