房屋建筑結構抗震設計若干問題及探討

馬傳政　劉洋　吳長城

摘 要：為了保證擬建建筑物的安全可靠，需要對建筑物的結構設計進行優(yōu)化，以完善建筑物的結構體系，提高建筑物的抗震性能，降低建筑物在地震災害中的損壞程度，促進其綜合經濟效益和社會效益的全面提高。

關鍵詞：建筑結構；抗震性能；優(yōu)化方案；鋼結構

中圖分類號：TU323.5 文獻標識碼： A 文章編號：1671-3362（2013）07-0140-01

1 房屋建筑結構設計相關因素分析

建筑物按建筑結構分類可分為：砌體結構、磚混結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構等。建筑物結構形式的確定，與其抗震能力是密切相關的。相關的科學研究表明，在遭遇相同等級的地震災害后，采用鋼結構的建筑物受損壞的程度明顯要低于鋼筋混凝土結構的建筑物。日本也是一個多地震的國家，其鋼結構的房屋建筑占全國建筑的半數以上，也是其在遭遇地震后人員傷亡較少的主要原因之一。

目前，我國的建筑抗震系數系統依舊是不完善的，不能確保結構設計人員準確、有效地應用。歷次地震災害表明，影響抗震系數的因素是很多的，比如其抗震的等級、建筑物的類別、場地類別、建筑物總高度等。為了促進其實際工作的需要，應對各種相關因素和相關參數展開一系列的優(yōu)化分析，得到一個最優(yōu)的設計方案。

房屋建筑的抗震性能與許多因素有關系，比如其建筑的體型設計。汶川地震震害表明， 許多平面形狀復雜， 例如平面上的較大外凸和凹陷、不對稱的側翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。海城地震和唐山地震中有不少這樣的震例。而平面形狀簡單規(guī)則、傳力途徑明確的建筑在地震中都未出現較重的破壞；有的甚至保持完好。上述情況表明，很多損害嚴重的建筑物的設計方案不是很合理，如果能夠選擇一個好的設計方案，震后損失可能會減小很多。

2 建筑物選址及建筑設計環(huán)節(jié)的優(yōu)化

2.1 建筑工程選址應注意的問題

四川汶川地震的震害情況表明，那些建在斷裂帶上和斷裂帶沿線的建筑物都完全倒塌，破壞極其嚴重。因此，建筑物建設地點的確定是極其重要的，它是決定建筑物抗震性能的前提條件，只有正確的選址方案，才能保證建筑物滿足建筑抗震設計的相關要求，保證其安全性、可靠性。

2.1.1 選擇建筑場地時

應根據工程的實際需要和工程地質、地震活動情況等相關資料，選擇對建筑物抗震有利的地段，避開對抗震不利的地段，嚴禁在地震斷裂帶及斷裂帶沿線附近建造甲、乙、丙類建筑物[1]。

2.1.2 選擇建筑場地時

應避開地震時可能發(fā)生山體滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等次生災害地段。汶川地震發(fā)生時，北川老縣城發(fā)生規(guī)模較大的山體滑坡，王家?guī)r山體在地震作用下瞬間崩塌，崩塌的山體傾瀉而下瞬間摧毀山下及周邊的建筑物，北川老縣城的5個街區(qū)的大部分建筑物被厚厚的土體掩埋，造成大量人員傷亡。這樣的結果不是靠提高抗震設防等級、提高建筑物的抗震性能和措施所能避免的。所以避開此類危險地段，才能避免因選址不當所造成的嚴重的人員傷亡和財產損失。

2.2 建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用形狀嚴重不規(guī)則的建筑設計方案

2.2.1 建筑物平面設計應該注意的問題

建筑物的平面布置規(guī)則與否、是否對稱和具有良好的整體性，也是影響建筑物抗震性能的重要因素之一。例如酒店、公寓、商場、住宅、體育館等不同建筑物的使用功能不同，其平面布置也千變萬化，其柱距、開間、進深、隔墻的布置、樓梯的位置、電梯井的布置等也有很大差別，如果柱子、墻體等布置不對稱、不規(guī)則，使得平面剛度急劇變化，遭遇地震后，將發(fā)生嚴重的扭轉破壞。因此，建筑設計時，應使柱子和抗震墻（剪力墻）等抗側力構件均勻、對稱布置，剛度較大的樓梯間、電梯井應盡可能居中布置，不要布置在建筑物的轉角處。要盡可能作到使結構的質量和剛度分布均勻、對稱協調，避免突變，防止在地震作用下產生扭轉效應。

2.2.2 建筑物豎向設計應該注意的問題

建筑物的豎向布置設計也將對其抗震性能產生巨大的影響。近些年來，由于國民經濟的迅速發(fā)展，商場、寫字樓等高層、超高層建筑越來越多，其要求底層或下面幾層大開間、大空間，這就形成了建筑物下面幾層柱子和抗震墻（剪力墻）較少，層間質量和抗側剛度沿建筑物高度分布不均勻，在抗側剛度較差的樓層形成了對抗震極為不利的薄弱層，在地震作用下，引起較為嚴重的破壞。汶川地震中，有許多底層框架—抗震墻砌體房屋底層柱子直接破壞，建筑物由原來的4層直接變?yōu)?層[2]。主要原因就是，沿著建筑物高度方向，質量和抗側剛度發(fā)生突變，底層柱子較少，抗側剛度較小，地震作用下，底層柱子直接壞掉。所以，建筑物的豎向布置設計時，應盡可能使其沿豎向的抗側剛度分布比較均勻，抗震墻（剪力墻）并使其能沿豎向貫通到建筑底部，不宜中斷或不到底，盡量避免某一樓層抗側剛度過小，以避免在地震作用下，因薄弱層的存在引起建筑物的倒塌。

3 建筑結構設計環(huán)節(jié)的優(yōu)化

汶川地震中各類結構形式建筑的震害情況統計表明[2]，從破壞程度嚴重而應立即拆除和停止使用所占的比例來看，不同結構形式的抗震性能按以下順序依次增強：砌體結構→砌體—框架混合結構→框架結構→框架—剪力墻（核心筒）結構→鋼結構。除了各類結構本身抗震性能的差別以外，結構體系和施工質量的離散程度也對結構的抗震性能有一定的影響。因此，在確定結構設計方案時應優(yōu)先依次選用：鋼結構、剪力墻（核心筒）結構、鋼筋混凝土框架結構、砌體—框架混合結構、砌體結構。

4 結語

通過對汶川地震的震害分析，有效汲取過去房屋建筑過程中的失敗經驗，針對不同結構的抗震能力展開分析，找到優(yōu)化建筑結構的方法，促進其房屋結構的抗震性能的提升，滿足建筑物使用安全的需要，確保其的綜合效能的提升，促進社會經濟環(huán)境的穩(wěn)定，這是人們群眾的安居樂業(yè)的需要，也是國家經濟穩(wěn)定運行的需要。因此，需要相關設計人員引起足夠的重視。

參考文獻

[1] GB50011-2010.建筑抗震設計規(guī)范[S].

[2] 汶川地震建筑震害分析[J]. Vol.129，No14，2008（8）.

[3] JGJ3-2002/J186-2002.高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].