提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法

张海波

[摘要]众所周知，在地震中造成伤亡的主要原因是建筑物的倒塌，因此提高建筑物架构的抗地震倒塌能力至关重要。建筑物的抗地震倒塌能力取决于建筑整体的质量，主要与结构设计、结构布置、建筑材料、施工质量、施工方法等相关。其中建筑设计阶段是保证建筑物抗震稳定性的重要阶段，为提高建筑物结构抗地震倒塌能力，本文主要从设计思想和设计方法的角度来进行探讨。介绍了主要抗震设计的主要思想以及提高建筑结构抗地震倒塌能力的合理方法。

[关键词]建筑结构；地震倒塌；设计思想；抗震方法

文章编号：2095 - 4085（ 2018） 01 - 0038 - 02

1 地震对建筑物的破坏形式

1.1 整体型破坏

整体型破坏是指建筑结构在地震等突发情况下发生的稳定有序的破坏，此种破坏有利于充分发挥建筑各个部件的抗震能力，此种破坏模式相对较安全，破坏发生时，具有可预测性，能够预留较长时间转移人群，不易造成重要的人身财产安全威胁。整体型破坏是面对地震破坏较为理想的破坏模式。建筑结构设计时，在达到必须发生建筑结构破坏的较大地震强度下，应以此种破坏方式发生破坏。

1.2 局部型破坏

局部型破坏是一种突变的过程，在地震灾害发生时，建筑结构发生不穩定变化：由局部破坏突变为整个系统，整个破坏过程难以控制，不可预测。容易发生此种破坏的代表结构为柱铰机制结构。在工程设计时，应尽量避免易发生局部破坏的设计结构。

2 提高建筑物抗地震倒塌能力的设计思想

2.1 场地和地基

建筑物设计选址应根据工程需要及地层地震带活动规律，对场地进行地震可能发生概率综合评价。对地震不利地段应采取必要的抗震措施。不同地基条件下基础设计也应满足一定抗震要求：同一单元建筑基础地基条件不能差异过大，也不能采用不同的基础形式，若地基条件显著不同无法改变时，则应考虑地震时不同基础的沉降差距提前采取措施。

2.2 建筑物构件布置规则

建筑物的构件布置设计应满足抗震设计要求。建筑设计应尽量采用平面、立面等规则性的建筑结构，规则形体建筑的抗侧滑力构件应对称布置、侧向刚度和承载力不应存在突变，构件尺寸、材料强度等应当均匀变化。对于不规则的建筑应采取相应加强措施，必要时应进行专项研究，结合实际采取特殊抗震加强措施。对于极其不规则的建筑，不应建设在地震带。不规则建筑物设计应按抗震规范进行内力调整，应用空间模型结构计算，局部内力计算可适当增大系数。对于体型较为复杂的建筑，应根据工程实际不规则程度及地质地基条件决定是否设置防震缝。

2.3 结构体系

建筑物的结构体系应根据建筑规模、高度，防震级别，地质条件，建筑材料，施工技术等综合考虑。建筑物的结构体系应有明确的地震传递途径、必要的抗震承载力，应避免产生局部型破坏导致整体突变性破坏。砌体结构构件应设计足够的钢混圈梁和构造柱等；混凝土结构构件应控制尺寸及钢筋箍筋，以保证其他破坏不会先于钢筋的破坏；预应力混凝土构件应当保证钢筋数量；合理控制构件尺寸，避免局部及整体失稳破坏。对于高层混凝土建筑，盖板应优先采用现浇混凝土板，同时应保证整体性。

2.4 构件连接要求

在建筑设计中，要保证整体结构的抗震能力，就应在保证结构布局合理的基础上，加强连接水平，从而优化整体建筑性能、提高受力构件的承载力。各个构件的连接应满足以下设计思想：连接节点的破坏、预埋件的锚固破坏都应晚于构件本身的破坏；装配结构的构件应保证整个结构的整体性，不得出现受力断层；对于预应力混凝土构件，其钢筋应在非核心区锚固。

2.5 抗震材料的选择

建筑整体质量是由很多因素决定的，而建筑材料是保证抗震稳定的一个重要因素，若建筑材料不合格，即使再优化建筑结构也无法保证建筑的抗震性能。施工过程中，应严格保证建筑材料的质量。

3 提高改进建筑物抗地震倒塌能力的方法

我国建筑物抗震准则为“小地震无影响，中等地震可维修，大地震不倒塌”，在分析了设计思想的基础上，介绍防震设计的具体方法，主要分为两个阶段。第一阶段是基本的抗震设计，即计算出地震强度对建筑物的影响，进行抗震计算，可保证“小震不坏”，满足基本承载力安全储备。第二阶段是要实现“大震不倒”，需考虑众多因素且地震产生破坏力也较大，依据设计规范也无法保证抗震安全，因此设计时应结合具体工程，需加强经验总结，充分做好调查研究准备工作，综合考虑各方面影响。

若要切实提高建筑物的抗地震倒塌能力，应在建筑结构设计阶段采用合理的建筑结构体系，全面了解掌握地震破坏的基本原理，选择最优的结构体系和布置形式，从地基处理、整体设计、规则性设计、连接处设计等多方面角度进行抗震优化，才能够保证建筑的抗地震倒塌能力。提高改进建筑物抗地震倒塌能力，也需要从审查方法和管理体制人手。我国目前对结构设计的专家审查方法主要还是按照规范及经验审查，目前我国的抗震规范主要是根据具体构造的设计指导，在整体系统结构的考虑上有所欠缺，而整体结构体系是保证整个建筑物抗地震倒塌的重要依据，若整体体系设计不满足抗震要求，即使单个构件全部满足设计规范要求，也可能造成抗震性能较差、产生地震倒塌。现有规范原则性、可操作性较差，应进行改革提高。

除此之外，在管理体制上，在建筑物抗震设计专业规范等规范和其他相关法律法规之间的关系急需调整。专业规范应当更具有权威性和专业性，而非强制法规性，按照规范照搬硬抄没有考虑实际情况的建筑设计工作者，不应免除其法律责任。设计工作者应灵活掌握使用规范，多做实地考察增加经验累积，而非生搬硬套。近些年来，随着经济发展，我国建筑物设计呈现新、奇、特的趋势，而这种趋势带来的复杂结构的建筑设计，并不利于结构抗震，建筑整体的意外安全储备明显降低。为避免建筑设计师任意采用不规则的复杂设计造型不利于结构抗震设计，应提出建筑师也应承担部分安全方面责任，而非结构设计者完全承担。

参考文献：

[1]叶列平，提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法[J].建筑结构学报，2008，（50）.

[2]云子.周绪红院士：我国建筑结构面临的防灾问题[J].住宅与房地产，2017，（ 14）.

[3]王鑫.关于建筑结构的检测与加固措施研究[J].科技展望，2017，（15）.

[4]周爱国.建筑工程结构抗震设计问题浅析[J].城市建设理论研究（电子版），2017，（05）.

[5]姚新强，天津农居易损性与抗震能力分布研究[J].国际地震动态，2017，（04）.

[6]王旭.钢筋混凝土建筑结构的抗震性能评估及其加固工艺浅析[J].工程建设与设计，2017，（08）.