建筑抗震设计中细节的问题分析

秦海江

【摘要】本文结合从事建筑结构设计的实践经验，对目前建筑结构设计中容易被结构设计人员忽视的问题，即楼梯以及由于填充墙不合理砌筑所形成的短柱进行分析，并提出加强抗震构造措施。

【关键词】 建筑结构设计；地震；楼梯；短柱；抗震构造措施

前言：

本文论述了建筑设计在建筑抗震設计中的重要作用， 指出了建筑设计是结构抗震设计的基础。建筑设计中是否考虑好抗震要求， 将直接影响建筑物的抗震能力。好的建筑抗震设计必须是建筑设计与结构设计的共同协作和良好配合才能实现。文中提出了建筑设计中的主要抗震设计问题， 如：建筑体型， 建筑平面和竖向布置要有利于建筑抗震。并结合震害， 论述了建筑体型简单对称、平面和竖向布置中质量与刚度分布均匀协调对建筑抗震的重要性。文章强调了应重视建筑立面装饰构件、室内建筑构件（非承重内隔墙， 内隔断等）以及各种建筑装饰制品与主体结构的抗震连接与锚拉， 保障其不发生伤人的灾害；此外还提出了高层建筑中屋顶的某些抗震要求和多层砌体房屋应遵守的总高度、层数以及高宽比限值控制问题。

一、短柱

1.1 如何确定短柱

地震作为破坏性超强的自然灾害，想要最大限度降低其对建筑的破坏，保证建筑设计坚实的质量是最基本的防护措施。相比较而言，我国建筑设计水平发展较为缓慢，在地震设计方面也存在不够合理的情况，这使得很多建筑结构都出现了地震安全隐患，过大的自身重量也加大了地震危害。为了保证建筑结构抗震水平，必须要在建筑抗震设计环节中科学的运用抗震理论，根据相关设计原则，利用有效措施来提高建筑结构的可靠性与安全性。

根据《建筑抗震设计规范》式6.2.9- 3，剪跨比λ=Mc/Vcho，即由柱端或墙端截面组合的弯矩计算值Mo、对应的截面组合剪力计算值Vc 及截面有效高度ho 确定，并取上下端计算结果的较大值；反弯点位于柱高中部的框架柱可按柱净高与2倍柱截面高度之比计算。在设计中可以按以下判别：

（1）非地震组合作用下：Hn/2ho≤2 的柱即为短柱；

（2）地震组合作用下：当反弯点在柱层高范围内Hn/2ho≤2 即为短柱，否则，以λ=Mc/Vcho≤2 判定短柱。

1.2 容易形成短柱的位置

短柱的廷性很差，超短柱更是几乎没有延性，在建筑遭受本地区抗震设防烈度或高于本地区抗震设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构失稳甚至倒塌。

（1）现在的一些建筑，首层架空，一些截面较大的柱容易形成短柱。再者，架空层不设填充墙，这样导致填充墙不连续，也一定程度上导致刚度突变，对整体结构抗震不利。

（2）各种由于填充墙的设置，如建筑开窗等，都会使得柱净高减小，形成短柱。

（3）屋面水箱的支承柱，柱净高与柱截面高度之比一般不大于4。

1.3 短柱的破坏

（1） 非地震组合作用下，一般以竖向压力为控制荷载组合，在竖向压力作用下柱的整个截面的应变是均匀分布的，随着荷载的增加应变也迅速增加，最后，混凝土达到极限应变，柱出现纵向裂缝，混凝土保护层剥落，箍筋间的纵向钢筋向外凸，构件因混凝土被压碎而破坏，这是一种脆性破坏。

（2）地震组合作用下，水平地震力为控制荷载组合，在水平力作用下柱将产生较大的水平剪力，而短柱在水平剪力作用下，易产生剪切破坏，这也是一种脆性破坏，破坏的结果将可能导致整个建筑物的严重破坏。

1.4 如何加强短柱的抗震构造措施

在设计中应尽量避免形成短柱，确实无法避免的，应人为地加强抗震构造措施。

（1）沿柱全高设置填充墙。

（2）按《建筑抗震设计规范》6.3.9 条，箍筋应全柱段加密。

（3）根据柱的重要性可适当提高柱的抗震构造措施等级。

二、楼梯

2.1 简要由于目前我国的电梯多数没有抗震设计，尚未安装抗震设备，地震来临时，电梯一般不能作为逃生工具，从窗户逃生也仅适用于低楼层的住户。楼梯，是准一的逃生通道。因此，必须强化楼梯在建筑结构设计中的地位，使楼梯间成为安全岛。

2.2 楼梯的主要破坏形式

以《2008 年汶川地震建筑震害图片集》第3.3 节，楼梯的震害图片来分类，楼梯的主要破坏形式可分为三种。

（1）楼梯板的破坏。在《建筑抗震设计规范》实施前，楼梯一般作为独立构件来设计，两端假定简支，在正常使用情况下设计考虑静力荷载作用，按计算结果配置通长受力刚进即可满足设计要求。但实际上，楼梯是与整个建筑相连的，作为结构系统的一部分，受到地震力的影响，楼梯板会承受较大的轴向力，处于交替的拉弯、压弯状态，导致破坏。

（2）平台梯梁的破坏。笔者认为，梯梁作为楼梯中受力最复杂的构件应引起结构设计人员的足够重视。楼梯的结构形式决定了楼梯平台梁是受力最复杂的构件。梯板类似剪刀形，与楼梯梁不在同一平面，平台梁即受弯矩作用，又受剪力、扭矩作用，在上下梯板中间的节点更是应力集中点。复杂的受力状态下，如果只按梁常规计算配筋，规范也没有对构造措施进行特定的要求，那么楼梯平台梁在地震中是非常容易提前破坏的。

（3）支承楼梯平台的构造柱的破坏。受其他专业的影响，一些支承楼梯平台的构造柱截面较小，还有可能形成短柱。震害表明，该处构造柱在地震中是容易造成破坏的。

2.3 如何加强楼梯的抗震构造措施

楼梯间作为主要疏散通道，其结构应有足够的抗倒塌能力。楼梯间宜为剪力墙，结构布置宜尽量避免导致结构平面不规则。不管主体结构是否计入楼梯构件的地震作用及其效应的影响，结合震害研究，楼梯各个独立的构件都应相应加强。

（1）楼梯板。梯板应双层双向配筋，受力方向每层钢筋配筋率不应小于0.25%。能有效增加梯板的抗拉、抗压能力。

（2）平台梯梁。①抗震等级可与所在的主体结构本身相同，提高整体抗震能力。②箍筋建议全长加密，且不小于φ8mm@l00mm，提高抗扭、抗剪能力。③建议配置间距不大于200mm腰筋，提高抗扭能力。

（3）支承楼梯平台的构造柱。①柱的抗震等级可与所在的主体结构本身相同。②应避免由于各专业设计需要所形成的短柱。③柱截面短边不应小于200mm，箍筋应全长加密，且不小于φ8mm@lOOmm。

2.4 强化楼梯作为安全岛的设计要求建筑抗震设计规范除了注重上述的构件设计外，按《建筑抗震设计规范》第7.3.1 条及第7.3.8 条，增加了6 度区要求；楼梯、电梯间的四角、楼梯段上下端对应的墙体、错层部位横墙与内纵墙交接处应设构造柱。楼梯间的砌体填充墙，应设置间距不大于层高且不大于4m 的钢筋混凝土构造柱，并采用钢丝网砂浆面层加强。

三、效能减震技术应用

效能减震是实现对地震所产生动能的消耗，来减轻地震能的传导大小，从而降低其对建筑物的破坏程度。目前，在此技术方面一般采用消能器和阻尼器，两种器械都能够实现地震能量的有效消耗和吸收，减小震力对建筑主体的破坏，以达到对建筑主体结构安全、稳性定的保护。目前，效能减震技术在我国建筑防震设计中得到了有效的应用，其在新建筑的防震设计和旧建筑的抗震加固方面，都起到了良好的效果。

四、结语

本文例举了两个建筑抗震设计中比较容易受到破坏的地方，并提出一些提高抗震能力的措施供同行参考、探讨。作为结构设计人员，不能固步自封，应不断在全世界的震害中学习，不断学习新规范，相互交流，才能使自己设计的建筑在地震中尽可能地保护人们的人身安全，减小财产损失。

参考文献；

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[2] 马卉，赵静，王鹏.对结构抗震设计方法的分析[J].考试周刊，2013（31）：195