抗震结构设计问题探讨

【关键词】山地建筑结构； 抗震设计；抗震分析；概念设计  

　　1 引言 

　　虽然国内外不乏山地城市，但缺乏对山地建筑结构抗震设计特殊问题的认识及相关震害的调查和分析，有针对性的研究还较为少见。目前基本投有开展山地建筑结构设计特殊问题方面的系统研究，缺乏对山地建筑结构设计有指导意义的研究成果，更谈不上相关的设计规程或规范，理论研究明显滞后于工程实践的需要。设计人员只能按一般结构和根据设计经验进行设计．当遇到山地建筑结构特殊问题时经常无所适从，可能存在安全隐患。但不幸的是山地建筑结构的特殊性和由此带来的问题还没有引起足够的重视。因此，迫切需要根据山地建筑结构的特点，归纳、梳理和总结其特殊阿题，并开展研究和提出对策及解决办法[1,2]。下面将对山地建筑结构的类型界定、建筑震害、设计误区、特殊问题等分别进行归纳和梳理。 

　　2 山地建筑结构类型及设计误区分析 

　　山地建筑结构是指山地建筑特有的结构形式。根据山地建筑特点，我们将山地建筑结构归纳为悬挑、吊脚、掉层、错层、连鏖、附崖等,或由这些形式组合而成。 

　　由于目前现行规范对山地建筑结构没有给出明确的设计方法和指导措施，导致在设计中常常存在一些设计误区。下面通过5.12汶川地震中．典型山地建筑结构房屋的震害，来说明山地建筑结构设计存在的误区及需要注意的问题。 

　　2.1 山地建筑结构架空层易形成柔弱底层，对于不等高柱架空，容易形成短柱，建议从概念设计上考虑和采取必要的抗震构造措施，尽量避免短柱和上刚下柔。 

　　2.2 山地建筑架空层常会为了设计和施工方便，直接把桩基础伸出地面当柱使用，由于其抗弯和抗剪都较弱，容易在出地面桩身发生破坏，建议设计时勿用桩代替柱。 

　　2.3 错层式山地建筑结构房屋在锩层部位楼梯柱(短柱)及梯段板麓害尤其严重，建议采取必要的抗震构造措施，设计时进行必要的抗震验算。 

　　2.4 对于无法避免在陡坎附近建山地建筑，建议在设计时考虑局部场地的影响及陡坎边坡稳定问题。 

　　2.5 由于山地建筑结构竖向刚度不规则，扭转效应明显，建议设计时底部加强。 

　　2.6 从上述山地建筑结构震害可以看出，山地建筑结构抗震设计方法及山地建筑结构地震动输入问题有待进一步研究。 

　　3 山地建筑结构的设计特殊问题 

　　3.1 概念设计 

　　建筑结构的抗震设计分为概念设计、抗震计算和抗震构造措施三个层次。概念设计是对结构整体抗震性能的总体把握，通常采用结构总高度限定、结构高宽比限定、结构的扭转控制等指标来体现。由于山地建筑结构接地方式的复杂性，则将这些指标的应用存在两个问题：一是指标的适用性；二是指标如何计算。概念设计中的指标是综合结构受力性能、经济性等在大量的工程实践和经验的基础上提出的，但没有考虑到山地建筑的特殊性，因此其在山地建筑结构中的合理性有待验证。现行规范对结构的总高度、结构高宽比、结构扭转控制等指标都规定了计算方法，但山地建筑结构中如何确定则有待分析，如吊脚、掉层、错层、连崖、附崖等结构的高度起算点如何定，取最高接地点还是最低接地点；这些结构的高宽比如何计算，也就是高宽比中高度和宽度如何取值等问题。 

　　山地建筑结构概念设计体现可以有两种思路，一是根据概念设计的目的和山地建筑结构特点提出新的控制指标；二是以现有的概念设计指标为依据，考虑山地建筑结构特点加以修正。这两种思路均应以大量的算例分析为依据，但相对而言，第二种思路更具有操作性。 

　　3.2 分析方法与地震作用 

　　分析方法是指采用什么方法进行山地建筑结构的抗震分析。现行的抗震分析方法是基于基础固端且各固端输入相同进行的地震分析，分析方法主要为反应谱法和时程方法。但悬挑、吊脚、掉层、错层、连崖、附崖等形式的山地建筑结构由于接地方式的复杂性，地基相连点间有高差，受局部地形影响明显。现行的结构抗震分析方法在山地建筑结构的抗震分析的适用性有待研究。考虑地基-结构相互作用的精细抗震分析模裂是进行山地建筑结构抗震分析的理想模型，但由于地基影响范围、计算量等影响，难以在结构设计中采用，但可以作为山地建筑结构抗震分析方法研究的基础和依据。在现行的结构抗震分析方法基础上的修正方法不失为一种好的方法，但必须以大量的研究为前提。 

　　地震作用计算是以抗震分析方法相对应的，不同的地抗震分析方法采取的地震作用计算方法不相同。当山地建筑结构仍采用反应谱法分析时，由于局部地形对地震动谱特性的影响，则地震作用计算还有待调整。 

　　3.3 结构抗震分析与计算 

　　山地建筑结构分为悬挑、吊脚、掉层、错层、连崖、附崖等形式，应对这些结构的抗震性能加以分析，包括其受力特点、变形特点、薄弱部位等。在此基础上提出不同结构的适应条件和相应的构造措施。 

　　另外，山地建筑结构会出现一些特殊部位，如山地建筑的吊脚架空结构、地下室、山地建筑转换层、掉层位置等，应对这些特殊部位加以分析。 

　　山地建筑由于地形环境的影响容易形成一侧嵌入、两侧嵌入或三侧嵌入的地下室，这种地下室在地震作用下的性能特点和抗震性能有待研究。如掉层形式的山地建筑结构，基础出现在不同高度，目前没有相应的抗倾覆验算方法，有必要在分析的基础上提出合适的山地建筑抗倾覆验算方法。 

　　3.4 抗震构造措施 

　　抗震构造措施是结构抗震性能的重要保障。山地建筑结构除了一般建筑结构的抗震构造措施外还有特殊部位的抗震构造措施，主要涉及吊脚、掉层、错层等结构接地部分的抗震构造措施；吊脚和掉层结构最高接地点处平台的抗震构造措施：错层部位竖向构造的抗震构造措施；连崖结构的连崖构件的抗震构造措施；以及附崖结构的附崖构件的抗震构造措施等。 

　　对吊脚、掉层、错层结构的接地构件是重要的受力构件，也是结构的薄弱位置之一，其受力复杂，应在该类结构抗震分析基础上，分析其抗震特性，提出合理的抗震构造措施以保证结构的抗震性能。吊脚和掉层结构最高接地点处平台类似是结构的转换层，是将上部结构的荷载合理地传至下部结构的关键部位，除从抗震计算进行合理的抗震设计外，还应给出合理的抗震构造措施使该部位具有足够的抗震性能。 

　　错层结构错层处竖向构造受力复杂，往往形成短柱或受力复杂的剪力墙，是结构的关键构件之一，应给出合理的抗震构造措施满足该构件的抗震性能。 

　　连崖结构的连崖构件和附崖结构的附崖构件的可靠性是这两类结构抗震性能的重要保障，因此应提出相应的构造措施保证其地震作用下的安全性。 

　　4 结语 

　　随着城市化的发展山地建筑越来越多。与一般的建筑结构相比，山地建筑结构具有若干特殊的抗震设计问题，但目前山地建筑结构的抗震问题没有得到足够的重视，应该对山地建筑结构的特殊问题应引起重视，在积累了一定研究成果的条件下应编制有关山地建筑结构的抗震设计规程。 

　　参考文献 

　　[1] 向申敏, 唐鸿卿. 对新建筑抗震设计规范的两点讨论[J]. 四川建材, 2011,37(4). 

　　[2] 王丽萍, 李英民, 郑妮娜. 5·12汶川地震典型山地建筑结构房屋震害调查[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版）, 2009,41(6).