提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法

史丽娟

（克孜勒苏柯尔克孜自治州第一建筑安装工程有限责任公司 845350）

提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法

史丽娟

（克孜勒苏柯尔克孜自治州第一建筑安装工程有限责任公司 845350）

随着我国建筑行业的迅速发展，各类建筑如雨后春笋般出现。但是近年来，全国各地相继频频发生特大地震，特别是在继5.12汶川大地震、2.12于田大地震后，建筑结构抗地震倒塌能力设计已经受到社会各界的广泛关注，本文笔者就对如何提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想和方法进行了简单探讨。

建筑结构；抗地震；设计思想；方法

当前，地震已经成为威胁人类生存的重大自然灾害之一，其因为突发性强、损害严重等特点严重影响社会的正常生活和生产。当地震发生后容易引起建筑物的倒塌，进而扩大灾害程度，归根结底是建筑结构缺乏抗地震倒塌能力引起的，因此研究提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法具有重大意义。

1 建筑结构抗地震倒塌能力设计的必要性

早在1970年左右，结构工程师在经历了多次地震灾害后逐渐意识到了从抗震角度认为传统的“概念设计”比“数值设计”更为重要，从那以后人们开始将目光转向了概念设计。抗地震倒塌概念的设计思想主要指的是设计师最初在设计建筑结构时，对建筑结构抗地震倒塌有了基本的理解并运用各种手段和措施去处理设计中遇到的问题，如：构件的刚度、构件的延展性以及建筑物体系等，然后再借助必要的信息技术和构造措施来减少建筑结构中的薄弱环节，达到抗地震防倒塌的要求[1]。

2 建筑结构抗震抗倒塌设计影响因素

2.1 原材料

建筑结构要达到抗地震防倒塌的要求使用质地较好的原材料，其主要是因为好的原材料不仅能够提高建筑结构抗地震倒塌的性能，还能降低地震对建筑结构产生的破坏性，鉴于原材料在建筑结构抗地震倒塌中发挥的重要性能，在建筑结构的中柱、梁以及墙等重要构件方面应该选择抗震性能较好的材料，从而提高建筑结构抗地震倒塌的能力。

2.2 施工质量

施工作为建筑施工的重要环节，较高的施工质量能够保证建筑物结构抗地震倒塌的能力，但是当前一些建筑物在施工时为了提高经济效益，私自节省工期，忽视了施工质量，严重影响建筑结构抗地震倒塌能力[2]。

2.3 建筑场地所在位置

由于建筑场所的位置差异决定了其地质结构必然存在差异，适合建造的房屋也不同，但是个别建设项目在工程建设前期选址时由于缺乏对建筑物所在位置的地震地质情况进行全面、深入的考察和分析，存在选址不当的行为，如：在河岸滑坡等地方修建房屋其承担的工程风险也将加大，另外还降低了建筑物的抗地震倒塌能力。

3 我国建筑结构抗地震倒塌存在的问题

3.1 在材料选择上存在的问题

针对处于地震发生频率较高地区的建筑结构来说，设计人员应该将设计重点放在使用怎样的建筑材料和结构体系。但是当前我国建筑结构来看，当建筑物高度超过450m时，主要采用的框架支撑、筒中筒以及框—筒三种结构体系，但是从发达国家来看，在抗地震倒塌设计方面都以钢铁结构为主，而我国则是以钢筋混凝土结构为主。

3.2 在高度设计方面存在的问题

我国明确规定了混凝土结构建筑仅仅适用于一定的高度，这个高度不仅跟建筑行业的研究水平、经济实力、施工方案、施工质量有关，还能土木建设体系有关。但是从目前我国建筑结构的实际情况来看，其实很多钢筋混凝土建筑都超过了这个高度。而对于这部分超过最大高度规定的建筑物来说，如果没有全面深入的研究、论证以及必要的模型振动台来测试，一旦发生地震，则很可能导致建筑物的外观出现明显变化[3]。

3.3 在抗地震倒塌方面存在的问题

虽然我国的建筑行业发展迅速，施工质量和施工技术都有了明显的提高，但是大部分建筑结构的安全度依然无法满足我国的基本国情。甚至还有专家指出我国的建筑安全度跟世界其他国家相比处理中低水平，因此首先需提高我国建筑结构设计安全度水平；另外，我国建筑结构抗地震防倒塌的标准也跟其他国家也存在很大差距。

4 提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想分析

当前我国对建筑结构系统科学的相关概念我们发现，在建筑结构中，为了进一步提高建筑的进度，通常需要将整个建筑结构划分成多个独立构件，而建筑构件会对整个建筑结构系统产生很大的影响，要实现建筑结构系统的功能，则需要这些独立的构件相互之间发挥协同作用，一旦少了其中一个构件，不仅会影响建筑结构的作用，还会进一步对整个建筑系统功能造成影响，因此要重视各个建筑构件之间的相互协调。

由于地震的发生往往具有复杂性和不确定性，因此即使在对建筑结构抗震设计中，仅仅根据当地地质情况和相关资料来对地震强度进行演算是不行的，如果发生了超过该设计强度的地震则可能造成严重后果。因此在建筑结构抗地震倒塌设计时，还应该充分考虑到整体建筑结构各个方面的因素，掌握设计的方向，根据建筑物所处位置制定出最科学和最合理的设计方案。

5 提高高层建筑结构抗地震倒塌能力的设计方法

5.1 选择合适的地基，设置多道抗地震防线

由于在建筑结构中，地基的沉降引起结构破坏最终导致建筑结构倒塌的主要原，因此要想提高高层建筑结构的抗地震倒塌能力首先应该重视对地基抗震的设计工作，根据建筑物的具体特性选择最合理的地理。另外，设计建筑结构时还应该重视前期的现场勘察工作，从而避免不利的地震地段，例如：泥石流、滑坡易发地带或者山崖岩崩频发地段等修建建筑物，将建筑物的地基最好选择在土质坚硬的地段，从而有效降低地震的破坏程度。除此之外，还应该对埋置的深度进行合理设置，主要是为了让建筑物在水平作用下产生滑移和倾覆产生抵抗作用，全面提高建筑结构的稳定性。

另外，在建筑结构设计工作中，还应该通过设计多道地震防线的方式来避免因为建筑结构中的个别构件或者局部结构被破坏而引起的建筑结构体系风荷载和重力荷载的承受能力、承受地震的能力丧失。例如：设计人员在设计框架——剪力墙的结构时，应该让剪力墙连梁的屈服先于墙肢的屈服，将剪力墙连梁跟框架作为第二道和第三道防线。与此同时在建筑结构抗地震倒塌设计时，剪力墙连梁最好在梁端性屈服，从而让建筑结构拥有足够的变形能力，另外在设计墙肢时应稍短，最好是连肢墙；最后，在剪力墙结构体系中，可以适当配置一些纵筋，也可以通过降低梁刚度等方法来让梁先屈服[4]。

5.2 提高建筑结构延性和规则性设计

所谓结构延性主要指的是当建筑结构受到地震屈服后，其具有的塑性变性能力。结构延性主要是运用自身塑性变形对地震产生的能量进行消耗的特点。在建筑结构设计时合理采用延性设计能够提高建筑结构的承载能力，当建筑结构发生塑性变形时，就能够成功避免因为脆性突出或者塑性变形过量等问题。

简而言之就是通过对建筑结构实施延性设计，能够有效提高建筑结构的极限弹性和抗震能力，从而提高整个建筑结构的抗地震抗倒塌的性能，具体来说可以从以下几个方面出发：①通过加强墙体、圈梁跟构造柱之间的结构设计来形成塑性区域，提高建筑墙体的极限弹性，当建筑结构遭遇地震时，通过发挥自身塑性变形功能，最大程度降低地震对建筑物产生的破坏性；②对于建筑结构的钢筋混凝土结构同样也需要采用延性结构，并根据建筑结构自身特点，合理设计配筋和柱节点等位置，进一步强化梁和柱的结构延性；③在结构设计时坚决不能采用不规则的结构设计方案，因为这种方案通常会降低建筑结构的抗地震效果。

值得注意的是在建筑结构设计中，要确保结构平面和立面的布置尽可能对称和规则，并且保证刚度的变化要均匀，避免建筑在重心偏移。从最近几年我国发生的地震灾害来看，保证建筑结构设计的规则性，从而保证建筑结构刚度和质量分布均匀，有效抵抗地震灾害产生的破坏。

5.3 优化设计结构构件，提升建筑结构性能

由于发生地震时，地震产生的横波和混合波均会对建筑结构产生很强的破坏性，因此在建筑结构设计时，设计人员应该重视建筑结构局部和组成构件的设计工作，从而保证建筑结构的主体结构跟其他组成构件之间连接的可靠性、有效性、稳定性，另外还应该重视对建筑结构的后砌墙之间的连接设计和框架设计。如：在对建筑框架性设计时，要严格按照“弱梁强柱”和“钢梁柔柱”的设计原则，进一步提高受力构件的安全性，全面提高建筑结构抗地震倒塌的能力。

6 结语

综上所述，鉴于影响建筑结构抗地震抗倒塌设计的影响因素是多方面的，再加上当前我国在建筑结构设计方面还存在很多问题，因此要提高建筑结构抗地震倒塌的能力就应该充分运用科学的方法对各个影响因素进行全面综合地考虑，并严格按照国家对建筑设计的具体规范和要求开展实际，提高建筑结构的安全性，提高其抗地震倒塌的能力，从而避免类似5.12汶川地震悲剧再次上演。

[1]施炜，陆新征，叶列平.塞于一致倒塌风险的建筑抗震评价方法研究[J].建筑结构学报，2012，33（6）：1～7.

[2]陈新，韩卓铭.建筑上程抗震加固施工的方法选择[J].城市建筑，2013 （10）：55～56.

[3]蒋洪洋.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J].城市建筑，2013 （10）：22～23.

[4]李俊.提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法[J].中华民居，2014（6）：79～80.

TU973.31

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1673-0038（2015）37-0040-02

2015-8-26