土建结构抗震现状分析及研究

【关键词】土建结构，抗震，震害现状，措施 

　　1.结构抗震理论现状 

　　1.1地震作用的基本特征 

　　（1）振动破坏。地震波是震源地释放的一种能量，它是以弹性波形式向外传播。地震波造成的地面振动，通过基础传到地面以上，导致建筑物的振动。通常来说，建筑是按静力条件进行设计和建造的，很少考虑振动影响。在振动作用下，有一定的弹性振动限度，当地震造成的振动强度超过这个极限时，会造成不可恢复的破坏。 

　　（2）地基失效引起的破坏。在强烈振动作用下，会使地基部位的松散粉、细砂层发生液化，从而地基失去承载能力。根据建筑抗震规范2010版的说明：多遇地震为50年超越概率约为63%；抗震设防烈度为50年超越概率约为10%的地震烈度；罕遇地震为50年超越概率为2%-3%。第3.10.3条条文说明：多遇地震的理论重现期为50年，设防地震为475年，罕遇地震的7度约为1600年，9度约为2400年。本文主要研究的是罕遇地震7度烈度下的建筑抗震情况。 

　　1.2结构抗震设计方法 

　　1.2.1静力法。静力法产生于20世纪初期，是最早的结构抗震设计方法。上世纪初前后在日本浓尾、美国旧金山和意大利Messing的几次大地震中，人们注意到由地震产生的水平惯性力对结构的破坏作用，提出把地震作用看成是作用在建筑物上的一个总水平力，该水平力取为建筑物总重量乘以一个经验性的地震系数。意大利都灵大学应用力学教授Panetti建议，一层建筑物设计地震水平力为上部结构重量的1110，2层和3层取上部重量的1/2。这是最早的将水平地震作用定量化的建筑抗震设计方法。日本关东大地震后，1924年日本的“都市建筑规范”首次增设的抗震设计规定，取地震系数为0.10。1927年美国UBC规范第一版也采用静力法，地震系数也是取0.1。 

　　1.2.2反应谱法。根据结构动力学的观点，地震作用下结构的动力效应，即结构上质点的地震反应加速度不同于地面运动加速度，而是与结构的自震周期和阻尼比有关。采用动力学的方法可以求得不同周期单自由度弹性体系质点的加速度反应。以结构的地震加速度反应为纵坐标，以体系的自震周期为横坐标，所得到的关系曲线称为地震加速度反应谱，以此来计算地震作用引起的结构上的水平惯性力显然更为合理，这即是反应谱法。对于多自由度体系，可以采用振型分解法来确定地震作用。 

　　1.2.3基于反应谱和构造保证延性的设计方法。为解决由静力法向反应谱法的过渡问题，以美国UBC规范为代表，’通过地震作用降低系数R将由反应谱法得到的加速度反应值a二降低到与静力法中的水平地震相当的设计地震加速度。 

　　1.3结构抗震能力的主要影响因素 

　　1.3.1建筑结构的场地选择。地震对建筑物的破坏，情况各异，其中之一则为建筑过程场地选择不当造成的。 

　　1.3.2建筑结构的设计。在建筑结构的抗震设计中，要确保结构平面布置时结构的刚心和质心相重合，以避免或减小地震所产生的扭转效应；平面布置不规则的建筑结构，要注意偏离结构刚心远端抗震墙或框架柱承载力的验算。此外，建筑立面应尽量避免头重脚轻，尽可能降低结构重心；出屋面建筑部分要确保高度适当，不要过高，以减小地震带来的鞭梢效应的影响。 

　　1.3.3建筑结构的原材料。地震对建筑结构的破坏作用与建筑结构的质量大小成正比。也就是说。在相关条件一致的情况下，建筑结构质量越大，地震产生的破坏作用越大；反之，则震害越小。因此，在建筑结构中的墙体、隔断、框架、围护墙、楼板及屋而构件中，我们往往采用能显著改善抗震性能的轻质材料，诸如硅酸盐砌块、多孔砖、加气混凝土板、陶粒混凝土、瓦楞铁空心塑料板材等。 

　　2.土建结构抗震措施研究 

　　2.1砌体结构抗震措施 

　　在多层砌体房屋的抗震设计中，要特别注意合理的建筑结构布置和抗震构造要求： 

　　（1）砌体结构平、立面布置要规则。历次地震灾害告诉我们，当结构形体比较简单时，如长方型，由于各部位受力比较均匀、薄弱环节较少，震害程度要相对轻一些。而如L型平面，由于扭转和应力集中等影响可能导致震害加重。由此看来，越是体型复杂的结构，越难以避免扭转的影响和变形不协调现象的产生。 

　　（2）设置合理的地震作用传递途径。多层砌体房屋的结构体系可分为：纵墙承重、横墙承重以及纵横墙共同承重三类。纵墙承重的砌体结构，由于楼板的侧边一般不嵌入横墙内，横向地震作用有很少部分通过板的侧边直接传至横墙，而大部分要通过纵墙经由纵横墙交接面传至横墙。因此遭受地震作用时，外纵墙常因板与墙体的拉结不良而成片向外倒塌。由于横墙一般开洞较少，又有纵墙作为侧向支撑，一般来说，横墙承重的多层砌体结构具有较好的传递地震作用的能力。但如果横墙过多，结构的面积和自重也会相应的增大，而且平面设计时房间的划分会受到诸多限制。纵横墙共同承重的房屋，无论是采用现浇板、还是采用预制板，既能直接传递横向地震作用，又能直接或通过纵横墙的连接传递纵向地震作用，而且房间布置比较灵活。因此，选择合理的地震作用传递途径，应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。 

　　2.2框架结构抗震措施 

　　（1）强弱分明的设计概念。在抗震设计中，有“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等重要的强弱分明的概念。之所以要强弱分明，是因为结构体系内各个构件担任的角色不尽相同，重要性有轻重之分。一旦不可意料的破坏力量突然袭来，为了保住最重要的构件免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁，就要让次要构件先去承担灾难。对于一般的框架结构而言，柱先于梁破坏更容易造成结构整体的失效。因此应有意识地将梁设计成相对薄弱的环节，使其破坏在先，从而保证柱在最后失效，以最大限度地减少可能出现的损失。 

　　（2）加强框架结构的侧向刚度。 

　　框架结构的主要缺点是：侧向刚度小变形大，这一点大大限制了框架结构的建造高度。尤其框架结构的底部应加强其侧向刚度，可以设置剪力墙或斜杆支撑。