建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法探讨

赵聪

摘要：地球正在进入地壳运动活跃期，世界上的地震呈现出集中爆发的特点，一旦发生地震将会对人民的生命财产安全造成巨大的影响。同时随着地震灾害的频发，建筑的抗地震与抗倒塌能力面临着新的要求与挑战，这就要求在建筑结构设计中，在保持结构强度与刚度要求的基础上，提升建筑结构的抗震性能与塑性能力，这样才能减少地震发生时带来的损失，本文主要对建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法进行了探究和分析。

关键词：建筑结构、设计思想、地震倒塌

中图分类号：TU3文献标识码： A

一、前言

震灾害是人类生存中所面临的重大威胁，并且具有难以预见性与突发性，同时灾害后果严重，对于社会有着重大的影响。地震发生时，主要通过纵波、横波以及混合波三种形式进行传播。通常而言，纵波对建筑物的破坏相对较小，而横波与混合波会对建筑结构产生较大的破坏，从而使建筑物发生剧烈震荡，并在建筑重力与建筑物加速度作用力形成的合力下，最终倒塌。因此，提高建筑结构的抗地震倒塌能力是很有必要的。

二、建筑结构增加抗震倒塌能力的设计思想

1、正确的选择建筑结构的类型

在设计建筑结构时，应该做到正确选型。要想做到正确选型就必须对建筑的实际高度、用途、功能、周边环境以及抗震性能进行综合考虑，选择最佳的结构类型和体系。尤其是高层建筑，正确选型直接关系着建筑物建成后抗震倒塌的性能。在建筑结构的体系中钢结构、剪力墙结构以及框架-剪力墙结构是较为常用的建筑结构设计体系。如剪力墙结构和框架-剪力墙结构能够承受垂直与水平方向上的荷载，钢度较强，因此抗震性能较好。这种结构要求设计人员要科学的设计楼层间的变形量，确保建筑结构在地震中充分发挥框架与剪力墙的作用。同时在设计中应该采用强肢弱梁的理念，这可以有效避免墙肢在地震中受到破坏。而钢结构体系最大的优势在于具有良好的延展性，延展性可以有效的弱化由于地震波产生的破坏力，从而达到避免或减少地震波对建筑结构造成的破坏。另外钢结构的建筑具有工期短、环保的特点，但是其缺点是施工技术要求比较高。因此设计人员在设计过程中应该根据建筑物的实际情况决定结构体系的选择。剪力墙结构的建筑物是由剪力墙承担垂直与水平的负荷，钢度和强度较大，因此该种建筑物的抗震能力较高，被广泛应用于7级以上地震建筑物结构中。不同的结构体系具有不同的抗震倒塌优势和缺点，这需要设计人员根据建筑物所在地的实际情况选择正确的类型。

2、科学的布置建筑结构

在正确选择建筑结构体系的同时还应科学的布置建筑结构，只有这样才能确保建筑结构具有较强的抗震倒塌性能。具体操作要求：一、如果建筑结构的承重是竖向的，这时要求均匀布置结构，同时采用固定的规则进行布设，同时钢度变化应该做到统一、采用上小下大的形式，这样可以避免结构内收或外挑现象的出现。二、同时在布置中要保证建筑结构的钢度、变形能力以及承载能力，这主要是用于防止局部构建的损坏导致整个建筑结构承重能力的下降。

三、影响建筑结构抗震倒塌性能的因素

1、建筑结构的材料

建筑工程是较为复杂的系统，尤其是建筑结构的施工。只有选择合格的材料才能为建筑结构的质量提供可靠的保障。质量越好的材料用于建筑结构施工中，建筑结构的稳定性就越强，抗震能力就越强，反之则越弱。

2、建筑结构工程质量

建筑结构的施工质量对建筑结构的抗震倒塌性能具有关键性的影响。在建筑结构的施工中如果有一个环节出现问题，将会影响整个建筑结构的施工质量，导致建筑结构防震能力的降低。

3、建筑物地基

地震是通过造成滑坡以及山崩等灾害对建筑物进行摧毁的伤害从而导致建筑物倒塌，因此建筑物地基的选择对建筑结构防震能力同样具有较大的影响[5]。

四、提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计方法

1、合理选择地基，设置多道抗震防线

地基沉降引起的结构破坏是高层建筑地震破坏的主要来源，基于此，强化地基抗震设计，合理选择地基就成为高层建筑抗震抗倒塌设计中必不可少的内容。在设计中，要强化前期的场地勘察工作，避免在不利的抗震地段，如河流泥石流易发地带，或山崖频发地段、地质灾害频发或生态脆弱等地段建设高层建筑，最好选择场地土坚硬的地段，以降低地震的破坏程度。同时，合理设置基础的埋置深度，从而对建筑在水平作用下产生的滑移与倾覆产生抵抗作用，提高建筑结构稳定性。此外，在高层建筑的结构设计中，设计多道抗震防线利于避免由于建筑结构中的局部构件或者结构破坏而引发建筑结构体系风荷载、重力荷载的承受能力以及承受地震作用能力等综合抗震抗倒塌能力的丧失。例如，在框架-剪力墙的结构设计中，应使剪力墙连梁的屈服先于墙肢的屈服，使剪力墙连梁与框架作为第二道与到三道防线。在设计中，剪力墙连梁最好在梁端塑性屈服，并使其具有足够的变形能力，同时墙肢的设计应稍短，最好为联肢墙。

2、注重结构延性设计与规则性设计

建筑结构受地震屈服之后，其塑性变形能力即称之为结构延性。它主要是运用其塑性变形对地震产生的能量进行耗散，对高层建筑结构进行合理的延性设计，促使结构的承载能力提升，那么在发生建筑结构的塑性变形时，就会有效避免变脆性突出以及塑性变形过量等问题产生。也即是通过对建筑结构的延性设计，提高建筑结构的极限弹性与抗震能力，从而提高高层建筑结构的抗震抗倒塌性能。在延性设计中，一方面可通过加强墙体、圈梁与构造柱之间的结构设计，形成塑性铰区域，提升墙体的极限弹性，避免塑性破坏现象产生，在地震发生时，可使建筑结构发挥其塑性变形功能，减轻地震作用力对建筑物的破坏程度。另一方面，高层建筑的钢筋混凝土结构也应设计成延性结构，并结合建筑结构的特点，对配筋、柱节点位置等进行合理设计，强化柱、梁的结构延性。此外，禁止采用严重不规则的结构设计方案，以免降低建筑结构的抗震效果。在设计中，结构平面与立面布置要尽量做到具有对称性与规则性，建筑刚度变化要均匀，防止偏心现象出现。从过去的震害经历中可以看出，强化建筑结构的规则性设计，使建筑结构刚度与质量分布与变化均匀，可减轻地震对高层建筑结构的破坏力度。

3、优化设计结构构件，提升结构性能

根据地震破坏原理，地震产生的横波以及混合波对建筑结构具有较强的破坏作用，因此在高层建筑结构设计中，应高度重视建筑结构局部与构件的设计，确保高层建筑的主体结构与其余构件的有效、稳定连接，重点加强对高层建筑的后砌墙的连接设计与框架设计。例如，在框架设计中，要严格遵循“弱梁强柱与钢梁柔柱”等原则进行设计，提升受力构件的安全性，进而提高高层建筑结构的抗震性能与抗倒塌能力。

五、结束语

综上所述，本文主要对建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法进行了分析和探究，地震中造成人员伤亡以及财产损失的主要原因即为地震中的建筑倒塌，而地震灾害中的倒塌现象是完全可以通过优化建筑结构设计来加以改善。由于建筑物倒塌主要是受到混合波影响所致，因此要想防止建筑倒塌，就必须全面提升建筑结构的抗震与抗倒塌性能，要全面掌握地震的破坏原理的基础上，正确选择建筑结构体系，并进行合理的布置，这样才能提高建筑的结构坚固稳定性，从而减少地震所造成的人身伤亡和经济损失。

参考文献：

[1]叶列平，陆新征，赵世春，李易.框架结构抗地震倒塌能力的研究 [J].建筑结构学报，2009（06）.

[2]施炜，叶列平，陆新征，唐代远.不同抗震设防RC框架结构抗倒塌能力的研究[J].工程力学，2011（03）：41-48.

[3]王连坤,宋章树.建筑结构抗震概念设计的教学实践和探讨[J].中国电力教育.2012(20):406-408.