房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問題及探討

馬傳政，劉 洋，吳長(zhǎng)城

（1.沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168；2.遼寧省交通科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110015；3.東北金城建設(shè)股份有限公司，遼寧 沈陽 110000）

房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問題及探討

馬傳政1，劉 洋2，吳長(zhǎng)城3

（1.沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168；2.遼寧省交通科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110015；3.東北金城建設(shè)股份有限公司，遼寧 沈陽 110000）

為了保證擬建建筑物的安全可靠，需要對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以完善建筑物的結(jié)構(gòu)體系，提高建筑物的抗震性能，降低建筑物在地震災(zāi)害中的損壞程度，促進(jìn)其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的全面提高。

建筑結(jié)構(gòu)；抗震性能；優(yōu)化方案；鋼結(jié)構(gòu)

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)因素分析

建筑物按建筑結(jié)構(gòu)分類可分為：砌體結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等。建筑物結(jié)構(gòu)形式的確定，與其抗震能力是密切相關(guān)的。相關(guān)的科學(xué)研究表明，在遭遇相同等級(jí)的地震災(zāi)害后，采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑物受損壞的程度明顯要低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物。日本也是一個(gè)多地震的國(guó)家，其鋼結(jié)構(gòu)的房屋建筑占全國(guó)建筑的半數(shù)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(guó)的建筑抗震系數(shù)系統(tǒng)依舊是不完善的，不能確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確、有效地應(yīng)用。歷次地震災(zāi)害表明，影響抗震系數(shù)的因素是很多的，比如其抗震的等級(jí)、建筑物的類別、場(chǎng)地類別、建筑物總高度等。為了促進(jìn)其實(shí)際工作的需要，應(yīng)對(duì)各種相關(guān)因素和相關(guān)參數(shù)展開一系列的優(yōu)化分析，得到一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

房屋建筑的抗震性能與許多因素有關(guān)系，比如其建筑的體型設(shè)計(jì)。汶川地震震害表明, 許多平面形狀復(fù)雜, 例如平面上的較大外凸和凹陷、不對(duì)稱的側(cè)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(jiǎn)單規(guī)則、傳力途徑明確的建筑在地震中都未出現(xiàn)較重的破壞；有的甚至保持完好。上述情況表明，很多損害嚴(yán)重的建筑物的設(shè)計(jì)方案不是很合理，如果能夠選擇一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案，震后損失可能會(huì)減小很多。

2 建筑物選址及建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的優(yōu)化

2.1 建筑工程選址應(yīng)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(yán)重。因此，建筑物建設(shè)地點(diǎn)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(shè)計(jì)的相關(guān)要求，保證其安全性、可靠性。

2.1.1 選擇建筑場(chǎng)地時(shí)

應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際需要和工程地質(zhì)、地震活動(dòng)情況等相關(guān)資料，選擇對(duì)建筑物抗震有利的地段，避開對(duì)抗震不利的地段，嚴(yán)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(chǎng)地時(shí)

應(yīng)避開地震時(shí)可能發(fā)生山體滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等次生災(zāi)害地段。汶川地震發(fā)生時(shí)，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(gè)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(jié)果不是靠提高抗震設(shè)防等級(jí)、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(xiǎn)地段，才能避免因選址不當(dāng)所造成的嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2.2 建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用形狀嚴(yán)重不規(guī)則的建筑設(shè)計(jì)方案

2.2.1 建筑物平面設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的問題

建筑物的平面布置規(guī)則與否、是否對(duì)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(chǎng)、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?nèi)f化，其柱距、開間、進(jìn)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(duì)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(yán)重的扭轉(zhuǎn)破壞。因此，建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使柱子和抗震墻（剪力墻）等抗側(cè)力構(gòu)件均勻、對(duì)稱布置，剛度較大的樓梯間、電梯井應(yīng)盡可能居中布置，不要布置在建筑物的轉(zhuǎn)角處。要盡可能作到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻、對(duì)稱協(xié)調(diào)，避免突變，防止在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

2.2.2 建筑物豎向設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的問題

建筑物的豎向布置設(shè)計(jì)也將對(duì)其抗震性能產(chǎn)生巨大的影響。近些年來，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，商場(chǎng)、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(zhì)量和抗側(cè)剛度沿建筑物高度分布不均勻，在抗側(cè)剛度較差的樓層形成了對(duì)抗震極為不利的薄弱層，在地震作用下，引起較為嚴(yán)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(zhì)量和抗側(cè)剛度發(fā)生突變，底層柱子較少，抗側(cè)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(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能使其沿豎向的抗側(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的優(yōu)化

汶川地震中各類結(jié)構(gòu)形式建筑的震害情況統(tǒng)計(jì)表明[2]，從破壞程度嚴(yán)重而應(yīng)立即拆除和停止使用所占的比例來看，不同結(jié)構(gòu)形式的抗震性能按以下順序依次增強(qiáng)：砌體結(jié)構(gòu)→砌體—框架混合結(jié)構(gòu)→框架結(jié)構(gòu)→框架—剪力墻（核心筒）結(jié)構(gòu)→鋼結(jié)構(gòu)。除了各類結(jié)構(gòu)本身抗震性能的差別以外,結(jié)構(gòu)體系和施工質(zhì)量的離散程度也對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有一定的影響。因此，在確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)優(yōu)先依次選用：鋼結(jié)構(gòu)、剪力墻（核心筒）結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、砌體—框架混合結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

通過對(duì)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(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的抗震能力展開分析，找到優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的方法，促進(jìn)其房屋結(jié)構(gòu)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(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的穩(wěn)定，這是人們?nèi)罕姷陌簿訕窐I(yè)的需要，也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的需要。因此，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員引起足夠的重視。

[1]GB50011-2010.建筑抗震設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

TU323.5

A

1671-3362（2013）07-0140-01