翟荣兵 马文涛 王利辉

摘要地震是危及人民生命财产的突发性灾害,搞好民用建筑抗震设计,提高其结构抗震能力,是预防和减轻地震灾害的有效途径。本文从场地选择、地基设计、结构设计等方面提出了抗震设计中应着重考虑的若干防范措施。

关键词民用建筑抗震结构设计

中图分类号:TU312文献标识码:A

地震是危及人民生命财产的突发性灾害,它具有多年不遇、无法预报、破坏严重的特点。我国是一个多地震的国家,抗震设防区的面积约占全国总面积的60%。2008年5月12日,突如其来的汶川地震,使大面积房屋顷刻倒塌,造成人员的惨重伤亡。这次强震再次表明抗震设防的重要性。在我国,民用建筑是应用最广泛、涉及面最宽的建筑形式之一。在民用建筑结构设计中,搞好抗震设计,提高其抗震能力,是预防和减轻地震灾害的有效途径。

1 有利的场地和地基基础

1.1场地选择

地震造成建筑物的破坏,除震动直接引起的结构破坏之外,场地条件也是一个重要的因素,如地震引起的地表错动与地裂,地基土的不均匀沉陷、滑坡,粉、砂土液化等。抗震设防区的建筑工程场地的选择应做到以下几点:首先,地震区的建筑宜选择有利地段,如开阔平坦的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土等段。其次,当无法避开时,应采取适当的抗震加强措施。

1.2地基处理

基础设计时应注意:避免把建筑物置于易液化的地基上,消除地基的不均匀因素;当地基有软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时,应加强上部结构及基础的整体性和刚度;同一建筑单元不宜设置在性质不同的地基土上;建筑物的基础应尽可能埋深,并切实做好基槽回填和夯实,使其与基础侧面紧密接触;在墙下设置地圈梁,抵抗不均匀沉降,以加强基础与上部结构的整体性。

2 优化的平立面布置

建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,从而确保房屋具有良好的抗震性能。关于建筑结构设计的平面与立体结构,有以下几个方面可以参考:

2.1结构的规则性

建筑的平、立面布置宜规则、对称,使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递,并使质量分布与结构刚度分布协调,限制质量与刚度之间的偏心。应避免狭长、凸出部分的长度过大、细腰形和角部重叠的平面,而选择对抗震有利的建筑平面是简单、规则、对称、长宽比不大的平面。平面布置均匀规则,有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌,使地震作用能在各子结构之间重分布,增加结构的赘余度数量,发挥整个结构耗散地震能量的作用。

2.2结构的刚度和抗震能力

结构平面布置不规则的房屋其质量中心与刚度中心往往容易偏离,在水平地震作用下,结构产生严重扭转效应而倒塌破坏。为实现对抗震有利的结构平面布置,一是结构刚度中心与质量中心尽可能重合,二是增大结构的抗扭刚度,减少地震对结构产生的扭转反应。建筑立面应避免头重脚轻,重心尽可能降低,避免采用错落的立面,突出屋面建筑部分的高度不应过高,不要悬挑房间,尽量避免在砖混结构上建墙楼、钟楼,以免地震时发生鞭梢效应。

2.3结构的整体性

房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系,其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。楼盖相当于水平隔板,对建筑物结构的整体性起到非常重要的作用,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构,而且要求这些子结构能协同承受地震作用,特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时,整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。采用现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法,另外,设置配筋圈梁可限制散落问题,从而提高房屋的抗震性能。

3 合理的抗震结构体系

抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,经过技术、经济条件比较综合确定。

3.1尽可能设置多道抗震防线

地震有一定的持续时间,且可能多次往复作用,通过对地震后倒塌建筑物的分析,地震的往复作用使建筑物遭到严重破坏,但最后倒塌则是由于结构因被破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理单元承载能力的强弱关系和结构构件承载能力的强弱关系,使其形成两道或更多道防线,这是增加结构抗震能力的重要措施。

3.2优选建筑材料

在地震多发区,尤其应注意建筑材料的优选。尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。当建筑物超过一定高度后,由于钢结构质量较小而且较柔,为减小风振而需要采用混凝土材料,钢骨(钢管)混凝土通常作为首选。

3.3提高结构和构件的延性水平

地震作用下,结构的延性与结构的刚度具有同等重要的意义,结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形。为了使建筑物结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性,就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。如在钢筋混凝土房屋建筑中,实现延性结构抗震设计具体思路有三步:通过调整构件之间承载力的相对大小,实现合理的屈服机制,即“强柱弱梁”、“强墙肢弱连梁”、“强核芯区弱构件”;通过调整构件斜截面承载力和正截面承载力的相对大小,实现构件延性破坏形态,即“强剪弱弯”;通过采取抗震构造措施,使构件自身具有大的延性和耗能能力。