试论建筑结构抗震设计若干问题

杨元

摘要：我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一，因此，提高建筑结构的抗震性能显得尤为重要。随着综合国力的增强和科学技术的进步，我国的建筑结构抗震设计整体工作取得了很大的进展，但为了满足抗震的需求仍需进一步改进和发展。本文将对建筑结构抗震设计的理论发展和现行标准进行阐述，同时针对我国建筑结构抗震设计中的若干问题进行分析。

关键词：建筑结构；抗震设计；设计标准；改进方法

近些年来，我国部分地区发生了强烈的地震，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，地震已经成为威胁我国人民生命财产安全的主要自然地质灾害之一。地震的破坏性极大，可以在极短的时间内摧毁抗震力较弱的建筑，目前的科学技术水平下很难准确地预测其发生时间和地点，我们只能不断提升建筑结构的抗震性能。建筑结构的抗震设计可以有效地控制地震的破坏性，减少人员伤亡和财产损失。

1 建筑结构抗震设计的理论发展

1.1 静力理论阶段

静力理论是指估计地震力时，不考虑地震的动力特性，也不考虑结构的动力特性。其基本假定是：建筑结构为刚性；地震力水平作用在结构或构件的质量中心上；地震力的大小相当于建筑结构的重量乘一个比例系数k，即把建筑结构看为一个弹性结构物，地震对建筑结构的作用看为一个建筑物质量K倍的水平作用的静力。

1.2 动力理论阶段

静力理论具有一定的历史局限性，随着理论研究的深入，逐渐进入了动力理论阶段。动力理论是指考虑到地面运动加速度和结构动力特性而得到的地震力计算理论，包括反应谱理论和地震反应时程分析理论。反应谱理论认为系数K不仅会受到地震力的影响，还会受到结构动力特性的影响，地震力包含的振动成分的频率不同，因此需要一种谱图来反映其作用特点。反应谱理论应用最为广泛，我国的抗震设计规范中，常采用反应谱理论来确定地震作用，常用的方法主要有两种，即基于地震反应谱的底部剪力法和振型分解法。

2 我国建筑结构抗震设计标准现状

我国现行的建筑结构抗震标准主要还存在以下一些问题：其一，理论阐述和抗震设计方法有待进一步完善；其二，可靠度设计方法的适用性有待进一步商榷；其三，地震作用-延性等级组合有待进一步改进；其四，钢筋混凝土框架结构有待进一步调整；其五，风荷载效应的适用性有待进一步分析。

3 建筑结构抗震设计若干问题分析和建议

3.1 可靠度设计方法的适用性分析

地震是破坏性极大但发生概率相对较小的一种地质灾害，准确把握其规律和特点极为困难，因此，可靠度设计方法并不完全适用于建筑结构地震设计。一方面，地震发生的绝对次数相对较少，在同一地区、同一环境下发生的次数更少，因此，无法采用统计学原理很好地模拟和分析其规律和特点，可靠度设计方法失去了最基本的理论依据；另一方面，地震理论虽然有了长足的发展，但人类并没有完全掌握其规律，难以预测其发生时间和地点，地震存在很多不确定性因素，因此，抗震设计理论的实测检验很难在短期内高效完成，可靠度设计方法存在一定的局限性。因此，有专家对可靠度设计方法提出质疑并指出：在建筑结构抗震设计过程中，多安全系数的设计方法比可靠度设计方法的适用性更强。

3.2 地震作用-延性等级组合分析

地震是一个极其复杂的地质活动，存在很多不确定性因素，因此在建筑结构抗震设计中常常需要借助于建筑工程学理论来进行判断。实践证明，将建筑工程学理论应用于地震设计取得了很好的实际效果。R-μ-T关系是基本理论之一，R-μ-T关系指出在满足一定的刚度需求的前提下，延性好的结构设计可以减弱地震作用。将R-μ-T关系应用于建筑结构地震设计，根据不同的延性要求提出对应的建筑结构改进措施具有一定的现实意义。

目前，我国的抗震设计标准存在一定的问题，对不同的结构体系和设防烈度都采用了相同的折减系数，没有充分考虑到R-μ-T关系的指导作用。为了使抗震设计更加经济合理，应该适当调整抗震设计中的地震作用-延性等级组合。一方面应该适当提高高烈度结构区的延性要求，使之可以适当减弱地震作用；另一方面低烈度结构区的地震作用应折减小些，可以适当降低延性要求。

3.3 钢筋混凝土框架结构的分析

钢筋混凝土框架结构是我国现存建筑的主要结构框架之一，因此，进一步研究和分析钢筋混凝土框架结构对地震设计的影响具有一定的现实意义。以往的地震灾害研究表明：地震对钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏相对其他部位较为严重，因此在建筑结构抗震设计时应该按照 "强柱弱粱"、"强节点"、"强底层柱底"等延性设计原则。

"拟弱柱化法"是计算钢筋混凝土建筑结构楼层受剪承载力的一个有效方法，不仅计算简便，而且误差很小，可以满足工程抗震设计的精度要求。钢筋混凝土结构的钢筋用量对钢筋混凝土框架建筑结构的抗震等级影响很大，一般而言，抗震等级随着钢筋用量的减少而降低。但抗震等级随钢筋用量的变化率相差较大，说明不同抗震等级的内力调整系数有待进一步研究。通过进一步研究不同抗震等级的内力调整系数，可以在经济节约的原则下合理使用钢筋用量，达到更好的抗震效果。

3.4 风荷载效应的适用性分析

各种荷载可能会同时出现在建筑结构中，但出现的概率不同，按照概率统计理论和可靠度理論把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载效应组合。所谓风荷载效应，是指在风荷载作用下结构的内力改变或位移。目前，我国现行的抗震设计标准规定在进行抗震设计荷载效应组合时应考虑风荷载效应，即应该直接将风荷载效应参与荷载效应组合。

但是，风荷载效应的适用性有待进一步商榷，一方面，同时遭遇特大地震和特大强风袭击的概率非常小，接近为零；另一方面，建筑结构抗风设计和抗震设计原则有较大区别。因此，应该采用多安全系数的设计方法，对抗震结构设计和抗风结构设计结果进行对比，取其包络。

3.5 建筑物防震缝宽度确定方法的分析

一般情况下，建筑结构设计时，应尽量调整其平面形状和尺寸，减少复杂立体结构的存在，尽可能不设置防震缝。但是在以下几种情况中应该设置防震缝：其一，建筑结构地基不均匀，各部分之间的沉降差较大；其二，房屋面积较大，存在较多复杂结构；其三，建筑物结构较为复杂，各部分的刚度相差很大。

在需要设置防震缝的情况下，防震缝最小宽度需要经过精确的计算。目前，我国建筑结构抗震设计标准中共有表格法、图标法、公式法等三种方法，三种方法各有优缺点。其中，公式法相对较为简便、科学，直接带入数据可以快速求得最小防震缝宽度，相对较为适合在建筑工程设计中应用，但仍有一定的局限性。

地震是破坏性极大、不可控因素极多的主要自然灾害之一，对人类生命财产安全造成了巨大的威胁。有效减弱地震的破坏力，一方面需要地震学理论研究的不断进步，另一方面需要不断提升建筑结构的抗震性能。建筑结构抗震设计研究是一个重要的研究课题，具有很大的现实意义。随着科学技术的不断进步，我们要逐渐把新的研究成果融入抗震设计标准中，提高建筑物的抗震性能，使之更好地抵御地震等自然灾害。

参考文献：

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