建筑防震抗震研究

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摘要：根据抗震设计规范，研究了当前建筑防震抗震设计存在的问题，并提出了防震抗震的具体措施。

关键词：建筑；抗震；破坏

1 引言

地震是人类社会面临的一种严重的自然灾害。据统计，地球每年平均发生500万次左右的地震，其中，5级以上的破坏性地震约占1000次。地震通常给人类带来巨大的经济和财产损失，其产生的影响是长久的。目前，科学技术还不能准确预测并控制地震的发生。长期的工程实践证明，地震并不可怕，完全可以运用现代科学技术手段来减轻和防止地震灾害，对建筑结构进行抗震设计即是减轻地震灾害的一种积极有效的方法。

我国为地震多发区，全国大部分大中城市处于地震区，由于城市人口及设施集中，地震灾害会带来严重生命和财产损失。据统计，全国450个城市中有3/4处于地震区，而其中大中城市的4/5以上均在地震区。因此，为了抗御和减轻地震灾害，有必要进行建筑结构的抗震分析与设计。

2 地震对建筑的破坏作用

多层和高层钢筋混凝土房屋大致有以下震害现象：

（1） 平面布置不当产生的震害

建筑物的平面不规则、质量和刚度分布不均匀、不对称而造成刚度中心与质量中心有较大不重合，易使结构在地震时由于过大的扭转反应而严重破坏。如：1985年墨西哥城地震中，平面不规则的建筑物也产生了整体扭转破坏，角柱破坏严重。

（2） 竖向不规则产生的震害

结构沿竖向的布置或刚度有过大突变时，突变处应力集中，刚度突然变小的楼层成为薄弱层，变形过大，极易发生破坏，甚至倒塌。1976年罗马尼亚地震，某4层框架房屋底层为咖啡馆，无隔墙，而上面几层为住宅，砖隔墙多，震后，底层柱因柱折断而倒塌。

（3） 防震缝处碰撞

防震缝两侧的结构单元由于各自的振动特性不同，在地震时会发生不同形式的振动，如果防震缝宽度不够或构造不当，就有可能发生碰撞而导致震害。例如：唐山地震时，北京民航大楼防震缝处的女儿墙和北京饭店西楼防震缝处的外贴砖假柱被破坏。

（4） 框架柱的震害

框架柱在地震时的破坏有不同的情形。一般框架长柱的破坏发生在柱上下两端，特别是柱顶。其变现形式是，在弯矩、剪力、轴力的复合作用下，柱顶周围有水平裂缝或交叉裂缝，严重者会发生混凝土压碎，箍筋拉断或崩开，纵筋受压屈曲呈灯笼状。短柱由于刚度较大，分担的地震剪力大，而剪跨比又小，容易导致脆性剪切破坏。

3 防震抗震一般措施

（1） 对基础结构的要求

选择建筑场地时，应掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，宜选择有利地段，避开不利场地，不在危险地段建设。地基和基础设计应符合下列要求：同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；同一结构单元不宜部分采用天然地基，部分采用桩基；地基为软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应的措施。

高层建筑宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础以增强结构的整体性与稳定性；当地质条件好、荷载较小且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式；地基承载力或变形不能满足要求时，可采用桩基，桩基承台之间设基础系梁。单独柱基适用于地基土质较好、层数不多的框架结构，单独桩基之间有时也需要按规范要求设置基础系梁。框架-抗震墙结构和部分框支抗震结构的抗震墙基础，应有良好的整体性和抗转动能力。

基础埋深应根据地基土质、地震烈度及建筑物的体型和高度等条件来确定。根据具体情况，基础埋深可采用地面以上的房屋总高度的1/18～1/15。为了保证在地震作用基础的抗倾覆能力，高度比大于4的高层建筑基础底面不宜出现零应力区，高度比不大于4的高层建筑基础底面的零应力区面积不宜超过基础底面面积的15%。地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室层数不宜少于两层，地下室顶板不宜有较大洞口，地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用。

（2） 建筑结构的规则性

建筑结构不规则可能造成较大的地震扭转效应，产生严重应力集中，或形成抗震薄弱层。因此，在建筑抗震设计中，应使建筑物的平、立面布置规则、对称，具有良好的整体性。质量和刚度变化宜均匀，防止在平面上质量中心与刚度中心不重合而造成严重的扭转振动。竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变而形成薄弱层。

建筑结构的不规则类型可分为平面不规则和竖向不规则。当采用不规则建筑结构时，应按建筑抗震设计规范的要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震结构措施。

对体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元，但应注意使设缝后形成的结构单元的自振周期避开场地上的卓越周期。

（3） 结构延性的利用

除强度与刚度要求外，在地震区结构要有良好的抵抗塑性变形的能力，即延性要求。这样通过结构的塑性变形来吸收和消耗地震输入能量，有利于抗御倒塌破坏，提高抗震潜力。

在设计中，可采用多种构造措施和耗能手段来增强结构与构建的延性。如对于钢筋混凝土框架结构采用强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的设计思想，对砌体结构采用配筋措施等。在结构中通过设置一些耗能节点或耗能支撑，吸收并耗散地震能量，也可大大提高结构的延性。此外，如国际著名抗震专家日本武滕清提出的在高层框架结构设置带竖缝的混凝土墙板，不仅增加了柔性框架抗侧力强度和刚度，还大大改善了其延性性能。

（4） 建筑材料

建筑物所受地震荷载大小和它的重量成正比，减轻建筑物重量是减少地震荷载最有效的途径，也是较为经济的措施。要减轻建筑物的自重，就要求在满足抗震强度的前提下，尽量用轻质高强的建材来建造主题结构和围护结构。如当前采用陶粒混凝土、石膏板隔墙、空心大板框架，另外要是建筑物的中心位置尽量降低。

（5） 施工质量

建筑物在强震作用下的完好程度，既是对抗震设计的检验，也是在检验施工质量。房屋的抗震能力与施工质量有很大的关系，因此，在进行建筑施工时要注意按图施工，注意原材料的规格和性能，做好隐蔽工程的验收检验，确保混凝土的标号和钢筋的力学、物理性能，还要加强薄弱部分的施工与检查，注意施工工序，对工程质量高标准、严要求。

4 结论

本文介绍了地震灾害对建筑的破坏作用，并从基础结构、设计、施工等方面探讨了建筑防震抗震的措施，可在实际应用中为建筑设计施工提供参考。

参考文献

[1] 黄健. 抗震设计300问. 北京：中国电力出版社，2010.

[2] 郭继武. 建筑抗震设计. 北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3] GB5001-2001. 建筑控震设计规范[S].