建筑结构抗震设计的影响因素与优化路径

　　1 引言

　　自 2008 年以来，我国先后经历了汶川、玉树、鲁甸等地震灾害，不仅给国家经济带来了巨大的损失，更严重威胁到了人民群众的生命财产安全。我国地处两大地震带之间，是一个地震多发的国家。如近段时间新疆和田地区皮山县发生的 6. 5 级地震，已造成 3 人死亡，142 人受伤，倒塌房屋 38697 间，严重损坏 22100 间。可见，建筑物的倒塌与损坏是造成地震灾害严重的主因，建筑结构的合理与否直接关系着房屋建筑的质量，更关系着地震灾害的危害程度。因此，从影响建筑结构抗震性能的因素出发，探讨建筑结构抗震设计的优化路径，具有积极的现实意义。

　　2 影响建筑结构抗震性能的因素

　　2. 1 建筑物本身的设计建筑物本身的结构设计对于抗震相当重要。在地震中，容易坍塌的建筑一般都是因其平面布置过于复杂，使得建筑结构质心与刚心不重合而产生扭转效应，最终导致发生整体坍塌。例如，汶川大地震中倒塌的一栋钢筋混凝土建筑，其倒塌原因就是因为平面布置不规则，结构的质心和刚心不一致，在水平地震的作用下发生了扭转效应。针对此类建筑物的平面设计，必须要考虑到偏离刚心远端框架柱以及抗震墙承载力的大小。而针对此类建筑物的立面设计，如果建筑结构重心过高，受根部与下部结构连接薄弱和鞭梢效应的影响，地震时出屋面部分容易率先破坏倾倒。因此，结构重心要设计得尽可能低，以降低地震时鞭梢效应的影响。

　　2. 2 建筑场地地震对不同建筑物的破坏程度是不一样的，具体原因有以下三点：

　　（ 1） 在地震过程中，地面产生剧烈运动，极有可能使得建筑物因形变过大、强度不足或整体性遭到破坏而损坏； （ 2） 有些建筑受地震引发的堰塞湖、水库坍塌、泥石流等次生灾害影响而被摧毁； （ 3） 在地震中，有些建筑因场地发生地层陷落、断层错动等地面变形而被直接摧毁。常见的加固措施可以有效预防前两种情况，但后一种情况单纯地依靠加固技术难以到达预防目的。因此，对于建筑场地的选择一定要慎重，要在详细勘察地质、地形的基础上，最大限度选择对建筑抗震有利的地形，从源头上降低地震带来的危害。

　　2. 3 建造结构所用的材料及施工质量通常情况下，地震对建筑结构的破坏力大小与建筑结构的质量大小呈正相关。即同一条件下，地震产生的破坏力会随着建筑结构质量的大小而变化。因此，为减轻建筑结构质量，在选择建筑的框架、隔断、屋面构件、墙体等材料时，要多采用质量轻、能改善建筑抗震性能的陶粒或加气混凝土、空心塑料板材、多孔砖等。同时，施工质量也会对建筑结构的抗震性产生很大的影响。细节决定成败，任何一个施工环节都至关重要，如施工所造成的截面几何特征、材料性能、砂浆强度的变动，都可能使得建筑结构的抗震性能下降。

　　3 建筑结构抗震设计的优化路径

　　3. 1 合理选择建筑结构体系合理选择建筑结构体系作为建筑结构抗震设计中重要的一环，对建筑物的安全性和经济性有着直接的影响。具体设计中，应注意以下几个方面：

　　一是，建筑结构体系要有合理的刚度。保持建筑物足够的刚度，有利于降低地震给高层建筑物带来的损害。主体侧抗力的结构刚度，要满足规范规定的水平位移、整体稳定、强度延性要求，这是其结构刚度的下限值，必须满足，但也不宜过大，以略大于规定值为最佳； 钢筋砼结构的设计要按照“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等原则进行，合理地选择柱截面尺寸，注意构造配筋要求，控制柱的轴压比，以保证其具有足够的承载力和延性； 针对楼屋盖结构刚度，要求楼屋盖的断面尺寸要选择合理、布置适当。

　　二是，建筑结构体系要加入冗余度的设计。在工程结构设计领域，冗余度有时也被称作超静定次数。在实际工程结构中，加入冗余度设计，能够保证工程结构在丧失部分约束或局部连接后依然具有一定的荷载能力，能在一段时间内维持结构整体的稳定性。在建筑结构的体系中，要设置多道抗震防线，以保证在地震的作用下，一部分延性好的构件首先达到屈服，担负起第一道抗震防线的作用，其他构件再依次屈服，从而形成多道抗震防线。

　　三是，建筑结构体系要有合理的荷载传力途径。（ 1） 垂直荷载的传力。楼屋盖梁系的布置，应尽量使垂直荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去； 竖向构件的布置，应尽量使竖向构件与垂直荷载作用下的压应力水平接近均匀，以避免竖向构件之间压应力的二次转移；（ 2） 水平荷载的传力。建筑结构要满足结构顶点水平位移、层间水平位移的一定限值要求，避免整体结构过大的侧移变形对结构产生不利影响，从而影响建筑物的正常使用。

　　3. 2 注重建筑场地的选择建筑场地一直是整个建筑结构的关键，其对建筑的抗震能力有着直接的影响。因而，设计师们必须加大对建筑场地的重视程度，以多层次、全方位、综合性考量为基础，对建筑场地予以科学选择。在选择建筑场地的过程中，应选择如平坦开阔的中硬土地基、稳定岩石地基等对建筑抗震有利的地形。同时，要最大限度地避开如易液化土、半挖半填的地基土等地段，以免因场地因素而对建筑结构造成损坏。在一些特定的环境中，建筑场地无法避开不利地段时，必须要采取适当的加固措施。例如，可以采用地基、桩基加固以及上部结构的强化处理等措施，来处理建筑地基受力区域内土壤中存在半挖半填地基土、软弱粘性土层和明显不均匀土层的现象。地震过程中，可能会出现地裂或滑移的场地，需要采用相应的地基稳定措施。

　　3. 3 重视建筑平、立面布置建筑物的平、立面布置，要求遵循结构均匀对称的原则，这是因为结构均匀对称的建筑能够在重力荷载下正常工作，并能有效抗震抗风。

　　因此，在建筑结构设计中，要多采用规则的建筑结构设计，最大限度地避免不规则的建筑结构，以提升建筑结构的抗震性能。建筑结构的规则性，主要体现在建筑主体抗侧力结构上。因此，在实际过程中，需要注意以下四个问题： 一是，建筑主体抗侧力结构构成变化、沿竖向断面需均匀分布，且两个主轴方向的刚度和变形特性要比较相近； 二是，从建筑主体抗侧力结构的平面布置来看，要避免某一、两片刚度大而延性差的结构，如长窄的实体剪力墙，应尽可能地使得同一主轴方向各片抗侧力结构刚度均匀； 三是，主体抗侧力结构的平面布置，还要保持中央核心与周边结构的刚度协调均匀，以避免产生过大的扭曲变形。

　　4 结语

　　房屋建筑结构抗震设计，是目前用于保证我国房屋建筑安全性和耐久性的一种重要方法。我们要立足于国内房屋建筑的实际经验和教训，立足于我国地震多发的特点，结合国内外房屋建筑的成功经验，来不断提升抗震设计技术，以降低国家和人民的生命财产损失，保证房屋建筑的安全性与稳定性。
　　
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