有关提高建筑结构抗震性能的探讨

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摘要：文章主要探讨了如何提高建筑结构的抗震性能，先是强调选择有利于抗震的场地，接着从结构设计方面介绍了提高建筑物的抗震性能的三点方法，即提高建筑结构的规则性、增强建筑物的刚度及整体性、保证结构的延性能力。

关键词：建筑结构；抗震性能；刚度；延性

一、引　言

2008年5月的汶川地震中，大量建筑物的突然倒塌是造成大量人员死亡的主要原因，可见，提高建筑结构的抗震性能，对于延缓逃离时间，减少地震人员伤亡和财产损失有着重要意义。

二、选择有利的抗震场地

建筑场地的工程地质条件对建筑物的抗震性能起到很关键的影响作用，因此，要加强建筑结构的抗震性能，首先要选好建筑场地，尽量避开对抗震不利的场地进行建设，以减轻地震灾害。选择建筑场地应遵循以下几点原则。

1.应选择对建筑抗震有利的地段，如宽阔平坦而又坚实均匀的场地。坚实的砂土层，微风化、中等风化的基岩和不含水的粘土层都属于良好的场地；尽量避开软弱土、液化土，高耸孤立的山丘、非岩质陡坡、河岸和边坡边缘等状态明显不均匀地段；

2.当无法避开上述的不利地段时，应根据抗震设防类别、地基液化等级来采取适当的加强措施，可加强地基和上部结构整体性和刚度，采取措施部分消除或全部消除地基液化造成的沉陷；

3.当地基内存在软弱粘性土层、严重不均匀土层和新近填土时，应估计地震时造成的地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取对桩基、地基的加固措施以及加强基础和上部结构的处理，对于地震时可能导致滑移、崩塌、地陷或地裂的场地，应采取相应的地基稳定措施，并且此类地段不宜建造甲、乙、丙类建筑。

三、从结构设计方面加强建筑物的抗震性能

1.尽量提高建筑结构的规则性

多次地震经历表明，简单、规则、对称的建筑在地震时不易被破坏，其抗震能力较强，并且结构规则的建筑容易准确计算其地震反应，确定地震作用的传递途径，并进行细部处理或采取其他抗震构造措施。建筑结构外形应满足以下几点。

(1)建筑形状力求简单规则。即尽量不让平立面出现凸角的结构，若凸角难以避免，应满足建筑平面突出部分的长度不大于该方向总长度的30％，且不大于建筑的总宽度。除了局部突出的楼、电梯间之外，房屋立面局部收进尺寸不大于总尺寸的25％。

(2)建筑结构尽量对称均匀。结构对称均匀是抗震设计十分重要的原则，不对称结构会在地震作用下产生较强的扭转作用。若周边构件的强度和刚度不对称，则应在布置时从总体上减小刚度偏心，并在计算时充分估计构件的内力和变形及薄弱侧的位移。

(3)尽可能满足建筑竖向均匀性。如果建筑的竖向布置不均匀，容易产生刚度和强度的突变，从而引起竖向的应力或变形集中，在地震中极易损坏甚至倒塌。通常在柔性底层建筑中，构件的应力和变形集中非常严重，在抗震设计时配置强韧性良好的构件以承受大的侧移。在设计抗震墙时，应考虑连续抗震墙的间距以及限制上下层的刚度。设置框架内的填充墙时，应使墙柱分开，或采用轻质墙以使框架柱连续。对于建筑中门、窗、管道等开洞，尽量开设整齐，以避免形成应力集中的薄弱环节。

2.增强建筑物的刚度及整体性

建筑物是由纵、横向承重构件和楼盖组成的结构体系，它必须具有足够大的整体刚度和整体稳定性。增大结构构件的刚度，可以推迟地震时构件屈服，降低对构件延性的要求。还应注意抗侧力构件的布置以及结构质量的分布。刚性楼盖能保证各个抗侧力的构件按各自侧移刚度合理分配地震作用。采用现浇钢筋混凝土楼板及屋盖是较理想的抗震构件，其具有整体性好、水平刚度大的优点，可消除滑移、散落问题，它还可使平面上墙体对齐的要求适当放宽，可有效控制层间变形。较强的楼板及屋盖水平刚度还能有效地传递荷载，尤其是在上下墙体在平面上没对齐时，它们起到一定的传递水平力的作用，对楼板和屋盖现浇还能增加其对墙体的约束。可见，采现浇楼、屋盖能有效增强建筑结构空间刚度和整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。

3.保证结构的延性能力。

要使建筑物在遭受大地震时具有较强的抗震能力，可通过使部分结构构件破坏来延性耗散地震能量，从而减少整体承受的地震能量。结构延性能抵抗地震作用下的非弹性变形，其对于结构抗震性能的作用丝毫不亚于结构的强度。为使结构在地震中表现出必要的延性，就应尽量使塑性变形更多地集中在具有一定延性能力的构件上。可采取以下方法提高结构的延性：

(1)选择一个可接受的塑性变形机构，即通常所说的“强柱弱梁”。它是通过人为作用使柱的抗弯能力比梁强，使得在地震作用下，钢筋混凝土框架的梁端塑性铰出现较早，而柱端塑性铰出现较晚，在达到最大非线性位移时，前者塑性转动较大，而后者塑性转动较小或根本不出现塑性铰。这样就能保证框架具有较大的塑性耗能能力。

(2)为避免在强烈地震作用下，结构在其延性未发挥出来之前就遭到剪切破坏，应人为增大各类构件的抗剪切能力，即我们通常所说的强剪弱弯，即增大梁端、柱端以及节点处的组合剪力值，来避免构件发生剪切破坏。可直接将一跨梁两端截面的组合弯矩值乘以增大系数，再从平衡关系中求得梁端剪力。

(3)通过相应的抗震构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有足够的塑性转动能力和塑性耗能能力。我国的抗震措施中采用“梁柱塑性铰机构”耗能机构模式。增加箍筋能提高构件在发生剪切破坏时所达的延性。

四、结束语

总之，为尽可能地避免地震给人类带来的灾难和损失，我们工程技术设计人员应对建筑结构进行充分研究和合理设计，做好场地选择、平立面布置、结构体系等各方面的设计工作，有效控制地震作用下结构的薄弱环节，提高建筑的抗震性能。