论文部分内容阅读
摘要：随着工程规模和复杂程度的提高，地震对于人类社会的破坏作用愈加凸显，抗震目标的实现也越来越被重视。本文结合规范和工程设计经验，对抗震设计中应着重控制的关键点进行了分析与探讨，并将其作用机理进行了必要说明，可供专业技术人员参考借鉴。
关键词：抗震设防；选择；布局；延性设计
1 前言
地震是一种可怕的自然灾害，据统计，在各种自然灾害中，由于地震引发的占到总数的52% [1]，因此，如何通过抗震设防来防御和减轻地震及其次生灾害，具有较大的现实意义。
我国目前在建筑设计中沿用的是“三水准”抗震设防目标，即：“小震不坏、中震可修、大震不倒”，主要目标就是在地震发生时减少人员伤亡。其关键控制环节如下。
2 建设场地选择
新建工程应选择地震危险性较小的地区或地段，使建筑的抗震设计从最初就变的主动。具体就是选择潜在地震发生概率较小的地區；选择场地地震反应较小的地段；选择工程结构地震反应较小的地段，尽量避开高烈度区；选择地质灾害较小的地段。当由于各种原因不得不在条件较差的场地进行建设时，必须对存在问题进行针对性处理。
场地影响主要源于地质构造、土质条件和局部地形，良好的场地条件是抗震设计首要解决的问题，但往往不能尽如人意。在设计时应对以下工作予以重视：首先，尽可能选择基岩和接近基岩的坚硬、密实、均匀的中硬土；其次，应认真做好地质勘查工作，尽量避免选择在覆盖层厚度较大的场地建设；再次，要考虑局部突出地形对地震动参数的放大作用；最后，要重视液化土层的不利影响。
3 建筑的总体布局
居住性建筑数量较大，是抗震设防重点，尤其要注重布局形式。此类建筑应尽量采用外纵墙对齐拼接形式，拼接在一起的住宅单元平面规则，体型规则，使结构布置合理、传力明确，有利于抗震。但应注意拼接单元不宜过多，如图1，使建筑物过于细长，致使地震作用下产生的扭矩过大，产生破坏。此外，要注意抗震缝的构造处理，否则地震发生时有可能在抗震缝部位发生损坏。若由于用地条件限制或造型的需要，几个住宅单元的纵墙错位拼接，造成平面的布局形式和建筑体型不规则，其相关尺寸一定要符合《建筑抗震设计规范》中的不规则指标。有时为了建筑的美观，设计中可能采用折线、曲线等拼接形式，或住宅单元平面本身就呈曲线形，这种结构布置较为复杂，不利于抗震，在设防烈度较高的地区应避免或控制采用。
当功能需要建筑布置成底部大空间、上部住宅小空间时，易出现结构布置错位、结构转换等问题，不利于抗震。此时，应尽可能将结构上下对齐，且应减少底部大空间层数，以减少不利于抗震的结构高位转换。
4 场地交通流线组织
场地的出入口是场地内外交通的衔接点，直接影响着场地布置和流线组织，也间接影响着抗震救灾及避震疏散的效率。当出入口数量较少时，宜设置在与场地外衔接安全的地方，或无不良地质情况的地方，保证出入口的可靠安全。出入口位置要根据用地分区及相邻城市道路情况确定，尽量减少对城市主干道交通的影响。宜分别设置人流、车流等出入口，为提供有序的疏散、救灾提供可能性。
5 建筑结构的选型
常见结构形式有砌体结构、框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构、大跨结构等，各种类型的结构特点不同，但都必须符合：一是本身必须符合力学的逻辑性；二是不同的结构形式应与不同的建筑空间相适应。即应符合抗震概念设计要求，不应采用严重不规则的方案，抗侧力构件的平面布置宜规则、对称，具有良好整体性，立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向构件截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小，避免刚度和承载力突变等。
6 结构的延性设计
以框架结构为例，经济安全的设计是允许其在强烈地震作用下破坏，但不倒塌。因此，合理的破坏机制，应该是节点基本不破坏，梁比柱屈服早发生、多发生，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱底的塑性铰宜最晚形成[2]。大量实验表明，影响不同受力特征节点延性的主要因素有：相对作用剪力、相对配件率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况等。
6.1 强柱弱梁
当梁中先出现塑性铰则形成梁铰机构，这种机构塑性铰分布较均匀，要求的非弹性变形量也小，延性要求容易实现；若柱中先出现塑性铰形成柱铰机构，则地震时会伴随较大的层间位移，导致整个结构的倒塌。
6.2 强剪弱弯
“强剪弱弯”的设计原则主要是依靠设计剪力设计值计算、抗剪承载力计算公式选取和必要的构造措施来实现，通过调整地震效应系数，以相对提高抗剪承载力。梁、柱“强剪”后可减少在非弹性变形时发生剪切脆性破坏的危险。
6.3 强节点、强锚固
为保证结构延性，在梁铰机制充分发挥作用前，节点、纵筋锚固不应过早破坏。框架节点破坏是因为节点处核心区箍筋数量不足，在剪压作用下出现斜裂缝，箍筋以及柱的纵筋屈服或被拉断而引起的。保证核心区混凝土强度和箍筋数量足够可防止核心区过早破坏；强锚固的要求可通过在静力设计锚固长度基础上叠加抗震附加锚固长度，利用机械锚固等措施来实现。
7 构造措施上的延性保护
结构遭遇罕见大震时，将进入塑性阶段而产生较大变形，要求结构在保证承载力条件下通过塑性变形吸收地震能量[3]，体现“大震不倒”的设计思想。在“强柱弱梁”原则下，由于梁的抗弯承载力可能增大，高振形使柱中反弯点转移等因素影响，使柱中完全避免塑性铰很困难，这就要通过构造措施来保证结构延性。具体包括：限制轴压比与纵筋最大配筋率、限制约束配筋和配筋形式、保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等。
8 总结
要实现抗震设防目标，需要在选址、规划、建筑设计、结构计算等各个环节都要贯彻抗震理念。随着社会发展，地震产生的巨大经济损失在现实生活中愈来愈不可忽视，建筑物本身的巨大价值及其遭受破坏产生的间接损失也逐渐为社会所不可承受。本文通过对抗震设防设计中应引起重视的关键控制点进行梳理，为抗震设计工作提供借鉴。
[1] 张国名.我国的地震灾害和震灾预防[J].科学对社会的影响.1999（2）：44-47.
[2] 游渊等.钢筋混凝土延性框架梁柱节点的延性设计准则[J].重庆建筑大学学报，1996，18（4）：12-20.
[3] 中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
作者简介：王艳红（1979— ），女，黄骅市人，新地能源工程技术有限公司，主要从事工民建结构设计工作。
关键词：抗震设防；选择；布局；延性设计
1 前言
地震是一种可怕的自然灾害，据统计，在各种自然灾害中，由于地震引发的占到总数的52% [1]，因此，如何通过抗震设防来防御和减轻地震及其次生灾害，具有较大的现实意义。
我国目前在建筑设计中沿用的是“三水准”抗震设防目标，即：“小震不坏、中震可修、大震不倒”，主要目标就是在地震发生时减少人员伤亡。其关键控制环节如下。
2 建设场地选择
新建工程应选择地震危险性较小的地区或地段，使建筑的抗震设计从最初就变的主动。具体就是选择潜在地震发生概率较小的地區；选择场地地震反应较小的地段；选择工程结构地震反应较小的地段，尽量避开高烈度区；选择地质灾害较小的地段。当由于各种原因不得不在条件较差的场地进行建设时，必须对存在问题进行针对性处理。
场地影响主要源于地质构造、土质条件和局部地形，良好的场地条件是抗震设计首要解决的问题，但往往不能尽如人意。在设计时应对以下工作予以重视：首先，尽可能选择基岩和接近基岩的坚硬、密实、均匀的中硬土；其次，应认真做好地质勘查工作，尽量避免选择在覆盖层厚度较大的场地建设；再次，要考虑局部突出地形对地震动参数的放大作用；最后，要重视液化土层的不利影响。
3 建筑的总体布局
居住性建筑数量较大，是抗震设防重点，尤其要注重布局形式。此类建筑应尽量采用外纵墙对齐拼接形式，拼接在一起的住宅单元平面规则，体型规则，使结构布置合理、传力明确，有利于抗震。但应注意拼接单元不宜过多，如图1，使建筑物过于细长，致使地震作用下产生的扭矩过大，产生破坏。此外，要注意抗震缝的构造处理，否则地震发生时有可能在抗震缝部位发生损坏。若由于用地条件限制或造型的需要，几个住宅单元的纵墙错位拼接，造成平面的布局形式和建筑体型不规则，其相关尺寸一定要符合《建筑抗震设计规范》中的不规则指标。有时为了建筑的美观，设计中可能采用折线、曲线等拼接形式，或住宅单元平面本身就呈曲线形，这种结构布置较为复杂，不利于抗震，在设防烈度较高的地区应避免或控制采用。
当功能需要建筑布置成底部大空间、上部住宅小空间时，易出现结构布置错位、结构转换等问题，不利于抗震。此时，应尽可能将结构上下对齐，且应减少底部大空间层数，以减少不利于抗震的结构高位转换。
4 场地交通流线组织
场地的出入口是场地内外交通的衔接点，直接影响着场地布置和流线组织，也间接影响着抗震救灾及避震疏散的效率。当出入口数量较少时，宜设置在与场地外衔接安全的地方，或无不良地质情况的地方，保证出入口的可靠安全。出入口位置要根据用地分区及相邻城市道路情况确定，尽量减少对城市主干道交通的影响。宜分别设置人流、车流等出入口，为提供有序的疏散、救灾提供可能性。
5 建筑结构的选型
常见结构形式有砌体结构、框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构、大跨结构等，各种类型的结构特点不同，但都必须符合：一是本身必须符合力学的逻辑性；二是不同的结构形式应与不同的建筑空间相适应。即应符合抗震概念设计要求，不应采用严重不规则的方案，抗侧力构件的平面布置宜规则、对称，具有良好整体性，立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向构件截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小，避免刚度和承载力突变等。
6 结构的延性设计
以框架结构为例，经济安全的设计是允许其在强烈地震作用下破坏，但不倒塌。因此，合理的破坏机制，应该是节点基本不破坏，梁比柱屈服早发生、多发生，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱底的塑性铰宜最晚形成[2]。大量实验表明，影响不同受力特征节点延性的主要因素有：相对作用剪力、相对配件率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况等。
6.1 强柱弱梁
当梁中先出现塑性铰则形成梁铰机构，这种机构塑性铰分布较均匀，要求的非弹性变形量也小，延性要求容易实现；若柱中先出现塑性铰形成柱铰机构，则地震时会伴随较大的层间位移，导致整个结构的倒塌。
6.2 强剪弱弯
“强剪弱弯”的设计原则主要是依靠设计剪力设计值计算、抗剪承载力计算公式选取和必要的构造措施来实现，通过调整地震效应系数，以相对提高抗剪承载力。梁、柱“强剪”后可减少在非弹性变形时发生剪切脆性破坏的危险。
6.3 强节点、强锚固
为保证结构延性，在梁铰机制充分发挥作用前，节点、纵筋锚固不应过早破坏。框架节点破坏是因为节点处核心区箍筋数量不足，在剪压作用下出现斜裂缝，箍筋以及柱的纵筋屈服或被拉断而引起的。保证核心区混凝土强度和箍筋数量足够可防止核心区过早破坏；强锚固的要求可通过在静力设计锚固长度基础上叠加抗震附加锚固长度，利用机械锚固等措施来实现。
7 构造措施上的延性保护
结构遭遇罕见大震时，将进入塑性阶段而产生较大变形，要求结构在保证承载力条件下通过塑性变形吸收地震能量[3]，体现“大震不倒”的设计思想。在“强柱弱梁”原则下，由于梁的抗弯承载力可能增大，高振形使柱中反弯点转移等因素影响，使柱中完全避免塑性铰很困难，这就要通过构造措施来保证结构延性。具体包括：限制轴压比与纵筋最大配筋率、限制约束配筋和配筋形式、保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等。
8 总结
要实现抗震设防目标，需要在选址、规划、建筑设计、结构计算等各个环节都要贯彻抗震理念。随着社会发展，地震产生的巨大经济损失在现实生活中愈来愈不可忽视，建筑物本身的巨大价值及其遭受破坏产生的间接损失也逐渐为社会所不可承受。本文通过对抗震设防设计中应引起重视的关键控制点进行梳理，为抗震设计工作提供借鉴。
[1] 张国名.我国的地震灾害和震灾预防[J].科学对社会的影响.1999（2）：44-47.
[2] 游渊等.钢筋混凝土延性框架梁柱节点的延性设计准则[J].重庆建筑大学学报，1996，18（4）：12-20.
[3] 中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
作者简介：王艳红（1979— ），女，黄骅市人，新地能源工程技术有限公司，主要从事工民建结构设计工作。