摘要：地震破坏力巨大，常造成严重的经济损失和人员伤亡，而地震的破坏力主要体现在导致建筑物倒塌，所以提高建筑的抗震能力是非常重要的事情。本文分析了建筑结构设计中的一些抗震问题，并提出了相应的改进方法与对策。
关键词：抗震问题；建筑结构设计
地震是突发式的自然灾害，能造成严重的经济损失和人员伤亡。从历年发生的重大震灾中可以发现，地震本身并不会导致人员大量伤亡，建筑物倒塌才是罪魁祸首[1]。但目前的科技水平尚无法准确预测地震的发生，也没有有效的预防地震发生的措施，只能遵循抗震基本原则，将灾害损失减至最低，所以通过抗震设计保障建筑物安全至关重要[2]。随着地震学、结构分析与试验等学科的发展，并通过强震观察、震害调查及学习借鉴其他国家经验，结构抗震设计不断走向成熟[3]。然而结构设计面临的实际问题远比规范规定的适用条件宽广得多，不少问题没有明确的标准和方法[4]，这给结构抗震设计带来不小困难，因此本文对建筑结构设计中的抗震问题进行了探讨。
1 结构抗震设计中的一些问题分析
1.1 抗震设计方法适用问题
我国数次强震都造成大量人员伤亡和经济财产损失，远的如1976年的唐山7.8级地震，近的如2008年的四川汶川8.0级地震、2010年的青海玉树7.1级地震，这些地震造成严重灾害的一个重要原因是发生在低烈度设防区，有不少专家学者质疑现行结构设计安全度偏低，而且多年坚持的“小震不坏，中震可修，大震不倒”原则实施过程中也面临不少问题。欧美、日本采用基于中震的地震参数进行构件承载力设计，确保中震作用下的安全性；而我国以小震作为设计依据，通过富余安全系数的小震组合，来保证“中震可修”，虽然抗震目标并无明显差别，但抗震设计方法与构造安全性要求还是比国外低，配筋率、轴压比等保证抗震延性措施方面也不如国外严格，所以目前的结构抗震设计方法在应对强震方面还是有明显的不足。
1.2 超限问题
按照现行规范《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010），对于结构不满足规范适用条件要求的工程即“超限”工程，应当采用更严格的计算和构造措施，并根据《超限高层建筑工程抗震管理规定》、《全国超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要求》等相关规定进行分析、论证和专项审查。目前，超限主要包括高度超限、高宽比超限、平面规则性超限、竖向规则性超限等。超限建筑的整体稳定性、抗倾覆能力肯定劣于不超限建筑物，而且经济上也要比后者付出更高代价，但其也有功能好、外观效果佳的特点。对于超限建筑的设计多采用基于性能的抗震设计方法，然而结构性能目标制定、结构分析模型选择等方面仍然存在普遍性的问题。
1.3 地基、结构体系、材料选择问题
高层建筑宜选择地形平坦开阔、地层稳定承载力高的区域，远离河岸、抗震性弱的地段，但不少开发商出于商业利益考虑，选址明显不科学，对建筑的抗震性影响较大。结构体系宜选择规则、对称、传力途径简单直接的体系，但业主、建筑师出于功能多样化及建筑平立面艺术化的要求，导致结构体系复杂、体型不规则，使建筑结构抗震安全性面临较大挑战。一些结构工程师为了规避超限审查及额外的工作量，与业主、建筑师反复沟通妥协的结果却是放弃一些抗震性较好的结构，采用性能更差的结构，例如为了满足周期比要求，将核心筒改为4个L形柱。材料选择上应结合建筑结构综合考虑，例如为了控制成本，高层建筑一般选择价格更低的钢筋混凝土结构，但超过一定高度后，价格较高的钢结构或钢骨结构更有优势，因为后者在减少柱断面尺寸、改善结构抗震性方面表现出更佳的效果。
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2 结构抗震设计改进方法与对策
2.1 采用多安全系数法、概念设计与设置多抗震防线
强震是小概率事件，往往抗震设防区的建筑物在其整个服役期内没有经历强震，而设防烈度低的地区却遭遇较大地震，所以尽管地震学研究已取得很多进展，但对于地震机理的认识还比较肤浅。诸如竖向荷载、风荷载、材料力学性能这些规律和特征可通过大量试验和统计分析取得，但强震发生机会少，无法获得大量有价值的统计数据，因此也不能给定一个可靠模型来预测将来可能发生地震的强度、频谱特性、持续时间等对结构反应有关键性影响的因素，也就是说适合一般荷载规律的可靠度方法不适用于抗震设计，而传统的安全系数法尽管看起来比较粗糙，但对于表征强震这样不确定性问题的安全度已经足够。事实上，近几年来基于性能的抗震设计已不考虑可靠度了。
对于地震这样不确定性显著的事件，完全依赖计算设计是非常不可靠的，概念设计更显其重要价值。概念设计是依据震灾和工程经验所形成的总体设计原则，进行结构选型、总体布置、确定抗震构造的方法。概括起来，抗震概念设计就是选择有利场地，避开不利和危险地段，然后做好地基基础的抗震设计；再选择良好抗震结构体系，形体宜对称、规则；合理设置抗震缝；设置多道抗震防线；做好结构构件连接及防范非结构构件震害影响等。
设置多道抗震防线是避免建筑物倒塌的关键措施。第一道防线抗侧力构件破坏后，第二道或第三道防线的抗侧力构件接续抵挡后续地震波的冲击。例如框架-剪力墙结构，剪力墙是第一道防线，任一层框架和墙应承受剪力墙开裂后重分配的地震剪力，通过设置连梁组成多肢联肢墙发挥多道抗震防线的功能。
2.2 基于性能的抗震设计方法
首先合理设定抗震性能目标，也就是设定地震作用下结构预期性能水准。超限建筑应结合结构不规则程度，再从提高结构承载力与提高延性变形能力方面选择保证安全的措施。例如可提出小震弹性、中震弹性、中震不屈服、大震不屈服、大震屈服5个性能水准。其次，选择分析软件、分析模型，例如通过试验或FEMA356模型参数得到骨架曲线、恢复力关系。再次，选择至少2条场地人工波和至少5条实测地震波，并从场地安全报告中给出的模拟曲线、实际时程曲线中挑选时程曲线。然后再将地震波调整为目标谱或地震加速度峰值调整为目标设计加速度峰值。
2.3 合理选择场地、结构体系
应根据地质勘查情况选择有利场地，如果无法避开不利地段，应采取提高抗震能力的措施。一般应根据地基地质特点及受地震破坏作用强弱对场地进行分类，再根据场地抗震设防要求选择合适的基础型式。选择结构体系，应从提高结构刚度、抗震能力、结构整体性方面进行考虑，使结构沿平面两个主轴方面都具备足够的刚度与抗震能力，同时考虑楼盖对建筑整体的作用，利用楼盖对各个竖向抗侧力构件的协同作用，提高建筑结构整体抗震能力。选择结构体系时应注重平面设置的规则性、对称性，不规则结构应采用空间架构核算模式。
3 结语
强震发生概率很低，一旦发生往往造成巨大经济损失和人员伤亡，在目前无法对地震进行有效预报的前提下，提高建筑结构抗震能力非常必要，但大幅度提升结构安全度不现实，需要转变结构抗震认识，增加“保有耐力”，避免建筑倒塌是减少人员伤亡的重要对策，国外许多国家和地区都做得到，我国也应该做得到。
参考文献：
[1] 尹海峰. 基于抗震理念的民用建筑结构设计[J]. 山西建筑，2016,42(23)：57-58.
[2] 宋少广. 试论建筑结构抗震设计的问题及改良方案[J]. 河南建材，2016(4)：107，110.
[3] 方小丹. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 建筑结构学报，2011,32(12)：46-51.
[4] 戴金华，韩小雷，林生逸. 基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法[J]. 土木工程学报，2011,44(5)：1-5.
论文作者:曾月猛
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/6
标签：结构论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 强震论文; 方法论文; 防线论文; 性能论文; 《基层建设》2016年第33期论文;