浅谈建筑抗震设计的特点

2010-08-15闫晓爱

山西建筑 2010年22期

闫晓爱

接二连三的地震引起了人们的恐慌，智利里氏8.8级特大地震;汶川里氏8.0级特大地震;玉树里氏 7.1级地震，造成众大人员伤亡，这些引起了人们的深思。我国建筑抗震设计，从唐山地震后开始。唐山地震中，按日本20世纪30年代抗震规范设计的多层建筑基本没有受到大的破坏，由此我国开始了具有中国特色的抗震设计研究。按《建筑抗震设计规范》要求，结构工程师进行抗震结构设计，其目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，寻求建筑结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定因素，在结构内力分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、材料时效、阻尼变化等多种因素，计算方法还很不完善，单靠微观的数学力学计算很难使建筑结构在遭遇地震时真正确保具有良好的抗震能力。

1 建筑抗震结构体系的基本要求

1.1 结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能

1)结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱”的原则。2)对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。3)承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

1.2 尽可能设置多道抗震防线

1)一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。2)强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌和一旦破坏也易于修复。3)适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。4)在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大代小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

1.3 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力

1)构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。2)要使楼层(部位)的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。3)要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

2 提高抗震性能的措施

有抗震设防要求的建筑除应满足强度、刚度要求外，还要满足延性的要求。无筋砌体本身是脆性材料，只能利用约束条件(如圈梁、构造柱、组合柱等来分割、包围)使砌体发生裂缝后不致崩塌和散落，地震时不致丧失对重力荷载的承载能力。针对预制混凝土在强烈地震中容易脱落导致人员伤亡的震害，新的抗震设计规范推荐采用现浇楼、屋盖，特别强调装配式楼、屋盖需加强整体性的要求。

钢筋混凝土构件抗震性能与砌体相比是比较好的，但如处理不当，也会造成不可修复的脆性破坏。如:混凝土压碎、构件剪切破坏、钢筋锚固部分拉脱(粘结破坏)，应力求避免。

钢筋混凝土构件应用广泛，本身自重较大，是抗震设防的重点之一。按强柱弱梁的原则，柱子的抗震设防是重中之重，因此我们重点讨论柱子。建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所承担的轴力不断增加，在层高一定的情况下，提高延性就要将轴压比控制在一定的范围内而不能过大，这样则必然导致柱截面增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于1.5的超短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成建筑整体结构破坏甚至倒塌。

混凝土短柱的延性主要受轴压比的影响，同时配箍率、箍筋的形式对混凝土短柱的影响也很大。混凝土结构短柱，特别是结构底层的混凝土短柱，其轴压比很大，破坏时呈脆性破坏，其塑性变形能力很小。可采取以下几方面措施提高混凝土的抗震性能:

1)提高短柱的受压承载力。提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比;但高强混凝土材料本身的延性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，也可以采用钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。

当选用了高强混凝土和合适的配箍后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋混凝土柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。

2)采取抗震构造措施。短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。根据强剪弱弯的原则，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度。