結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震措施的探討

惠希存 申磊 孫峰 朱俊有

日照市規(guī)劃設(shè)計研究院，山東 日照 276800

引言

2008年5月12日，四川汶川發(fā)生8.0級地震，震中烈度達(dá)11度，造成近10萬人傷亡，此次地震為新中國成立以來國內(nèi)破壞性最強、波及范圍最廣、總傷亡人數(shù)最多的地震之一。

此次地震，促使我國各種結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范加快更新，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）相繼實施，新規(guī)范在總結(jié)我國發(fā)生的幾次大地震基礎(chǔ)上，對部分內(nèi)容進(jìn)行了修改，特別是對于結(jié)構(gòu)抗震措施有了較大的改進(jìn)。本文將針對抗震措施的概念，抗震措施包括的內(nèi)容展開論述，以便于讀者加深對規(guī)范的理解。

1.結(jié)構(gòu)抗震措施的概念

結(jié)構(gòu)抗震措施是指除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設(shè)計內(nèi)容，包括建筑總體布置，結(jié)構(gòu)選型，地基抗液化措施，考慮概念設(shè)計要求對地震作用效應(yīng)（內(nèi)力及變形）的調(diào)整以及抗震構(gòu)造措施等。

抗震構(gòu)造措施是指根據(jù)抗震概念設(shè)計原則，一般不需計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求，是抗震措施的一部分。

2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要抗震措施

2.1 結(jié)構(gòu)方案布局

結(jié)構(gòu)布置原則：結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中盡量做到體型（平面和立面的形狀）簡單，抗側(cè)力體系的剛度和承載力上下變化連續(xù)、均勻，平面布置基本對稱。即在平立面、豎向剖面或抗側(cè)力體系上，沒有明顯的、實質(zhì)的不連續(xù)（突變）。規(guī)范中雖然列出了不規(guī)則的量化標(biāo)準(zhǔn)，但我們在設(shè)計中還是應(yīng)該盡量從概念上把握。

圖1

幾次大的地震表明，結(jié)構(gòu)方案的不合理更容易造成房屋的整體破壞。如圖1為汶川地震中北川的一沿街樓倒塌的照片，此結(jié)構(gòu)為三層底部框架砌體結(jié)構(gòu)，地震中一層全部的倒掉，二三層卻完好無損。因此在設(shè)計中此類結(jié)構(gòu)盡量避免采用。

2.2 場地和地基

地震造成建筑的破壞，除地震動直接引起結(jié)構(gòu)破壞外，還有場地條件的原因，如：地震引起的地表錯動與地裂，地基土的不均與沉陷、滑坡和粉、砂土液化等。因此應(yīng)盡量選擇對抗震有利的地段，避開斷裂、滑坡、液化等不利地段。

2.3 內(nèi)力的調(diào)整

為達(dá)到大震不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)，需要對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力進(jìn)行一定的調(diào)整，主要有框架強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點的調(diào)整，剪力墻剪力、彎矩的調(diào)整，框支柱內(nèi)力調(diào)整等。

2.3.1 強柱弱梁

強柱弱梁指的是使框架結(jié)構(gòu)塑性鉸出現(xiàn)在梁端的設(shè)計要求。用以提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止在強烈地震作用下倒塌?！皬娭趿骸辈粌H是手段，也是目的，其手段表現(xiàn)在人們對柱的設(shè)計彎矩人為放大，對梁不放大。其目的表現(xiàn)在調(diào)整后，柱的抗彎能力比之前強了，而梁不變。即柱的能力提高程度比梁大。這樣梁柱一起受力時，梁端可以先于柱屈服。

規(guī)范中對于一級框架結(jié)構(gòu)和9度的一級框架是按照實際承載能力進(jìn)行調(diào)整，而對于其他的梁柱僅進(jìn)行內(nèi)力的調(diào)整，但在實際設(shè)計中往往出現(xiàn)梁配筋超過內(nèi)力所需的情況，如裂縫控制、構(gòu)造配筋、樓板鋼筋的影響等，因此要真正實現(xiàn)“強柱弱梁”不能僅進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整,更應(yīng)該復(fù)核調(diào)整后柱的承載能力是否大于梁的承載能力，梁筋超配的情況下，柱配筋也相應(yīng)調(diào)整。

從汶川地震中建筑物破壞情況看，多數(shù)框架結(jié)構(gòu)破壞塑性鉸均出現(xiàn)在柱上，強柱弱梁很難實現(xiàn)，因此我們在設(shè)計中在滿足承載力要求的情況下應(yīng)盡量減小梁的配筋，加大柱配筋。

2.3.2 強剪弱彎

剪切破壞為脆性破壞，結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)脆性破壞極易造成建筑物無征兆的突然倒塌，因此我們應(yīng)避免這種破壞。強剪弱彎即是通過內(nèi)力及配筋的調(diào)整，使構(gòu)件的抗剪能力強于抗彎能力，彎曲破壞早于剪切破壞。

同強柱弱梁情況類似，有些情況僅進(jìn)行內(nèi)力的調(diào)整，在設(shè)計中同樣應(yīng)注意梁柱主筋超配時箍筋相應(yīng)調(diào)整，真正做到強剪弱彎。

2.3.3 剪力墻內(nèi)力的調(diào)整

對于抗震等級為一級的剪力墻，底部加強部位以上的部位，墻肢的組合彎矩設(shè)計值及剪力設(shè)計值均乘以放大系數(shù)，彎矩放大是為保證剪力墻的塑性鉸出現(xiàn)在底部加強部位，剪力放大是彎矩放大的同步，為實現(xiàn)強剪弱彎的要求。一級剪力墻調(diào)整前后的組合彎矩設(shè)計值如圖2，圖3所示。

對于其他剪力墻僅對底部加強部位進(jìn)行強剪弱彎的調(diào)整，彎矩不作調(diào)整。

2.4 抗震構(gòu)造措施

由于地震的不確定性以及目前我們對地震的研究還達(dá)不到精確計算的程度，為實現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)，還需要大量的抗震構(gòu)造措施。大量的震害表明，采取恰當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施比設(shè)計進(jìn)行精確的計算更具意義。如下圖（圖4）北川地震前新建砌體結(jié)構(gòu)房屋，按規(guī)范采取一定的抗震構(gòu)造措施，如圈梁、構(gòu)造柱，此樓在地震中嚴(yán)重傾斜，但在圈梁、構(gòu)造柱等的拉結(jié)下并未倒塌，在實際地震烈度遠(yuǎn)大于設(shè)防烈度的情況下，仍達(dá)到了大震不倒的設(shè)防目標(biāo)。

圖2 一級剪力墻調(diào)整前彎矩圖

圖3 一級剪力墻調(diào)整后彎矩圖

圖4

抗震構(gòu)造措施主要包括：豎向構(gòu)件（墻、柱等）的軸壓比，構(gòu)件的截面尺寸要求，配筋率、箍筋加密區(qū)要求，砌體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)、構(gòu)造柱、圈梁要求等等。

四川雅安地震中新建建筑破壞情況表明，嚴(yán)格按照現(xiàn)有規(guī)范采取抗震構(gòu)造措施的建筑基本能達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo)要求。

3.結(jié)語

綜上所述，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)充分理解抗震措施在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性，采取必要的抗震措施，以達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo)，避免在大震中發(fā)生大面積的樓房倒塌、人員傷亡等情況，保證人民生命財產(chǎn)安全是一個結(jié)構(gòu)設(shè)計者義不容辭的責(zé)任。

[1]建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）.

[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）.