建筑结构抗震设计的重要性探讨

关键词：建筑结构 抗震设计 结构动力特性 战略规划 

　　一、研究背景以及结构抗震理论的发展 

　　近年来，我国地震频发，自2008年“5·12”汶川大地震之后，2009年6月30日云南姚安6.0级地震，2010年4月14日青海玉树发生7.1级地震，2012年9月7日云南彝良、贵州威宁交界处发生5.7级地震，2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生7.0级大地震等等。在地震中，无一例外的伴随着大量房屋倒塌以及其他建筑物被损毁的现象，不仅仅造成了大量的财产损失，也严重威胁人民群众的生命安全。而且注入日本等一些地震多发地区对于建筑物结构的抗震设计要求较高，我国近年来对此也不断加以重视，也取得了一些进展，但是由于各方面的原因，整体建筑物的抗震能力还较差。事实上，国家在建筑物抗震设计当中，明确提出三个标准：“小震不坏，中震可修，大震不倒。”地震防烈度7度以下（含7度）为小震；8度为中震；9度以上（含9度）为大震。因此，对于建筑物结构设计中的抗震设计是应该有着明确的规划和指导的。 

　　自20世纪以来，结构地震反应计算方法的发展，大致可以划分为三个阶段。第一阶段为静力理论阶段---静力法。1920年，由日本大森房吉提出。假设建筑物为绝对刚体，结构所受的水平地震作用，可以简化为作用于结构上的等效水平静力F，其大小等于结构重力荷载G的k倍。第二阶段是反应谱理论阶段，地震反应谱是单自由度弹性体系在地震作用下其最大的反应与自振周期的关系曲线称为地震反应谱。1943年美国皮奥特（ M. A. Biot）发表了以实际地震记录求得的加速度反应谱，提出的“弹性反应谱理论”。由于反应谱理论正确而简单地反映了地震特性以及结构的动力特性，从而得到了国际上广泛的承认。实际上到20世纪50年代，反应谱理论已基本取代了静力法。目前，世界上普遍采用此方法。 第三阶段是动力分析（时程分析法）阶段，时程分析法将实际地震加速度时程记录作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。不仅可以全面考虑地震强度、频谱特性、地震持续时间等强震三要素，还进一步考虑了反应谱所不能概括的其它特性。时程分析法用于大震分析计算，借助于计算机计算。 

　　二、建筑结构抗震设计的重要性分析 

　　一是充分保护人民群众的生命财产安全。人类社会在发展过程中，首先要解决的就是温饱与安全的需求（马斯洛的需要层次理论可以说明），如据有关报道，在2008年的汶川地震的主震区内，完好的建筑几乎没有。除却地震本身的烈度较高，破坏性较强的原因之外，一个更重要的问题值得我们的深思，就是建筑结构的抗震能力非常差，长时期以来，国人对于建筑的抗震设计重视不够，一方面在技术水平上缺乏突破，另一方面一部分人受利益驱动，往往在施工过程中，存在偷工减料等行为，导致了建筑物抗震能力薄弱，加强建筑结构抗震设计的重要性，对于保护人民群众的生命财产安全不言而喻。 

　　二是促进建筑结构设计技术与理念的创新与发展。我们知道，日本是一个地震多发地区，事实上，在1880年以前，日本对于建筑物结构的抗震设计也不是很重视。1880年横滨地震（M=5.4）之后，日本成立了日本地震学会，1891年在浓尾地震之后，鉴于地震给建筑物造成的重大损害，日本成立了“震灾预防调查委员会”，开始着手进行抗震结构设计研究。经过近百年的发展，日本的建筑物结构抗震设计无论是在技术还是在理念上都处于领先的地位，如大量的震害分析表明，反应谱理论虽考虑了振幅和频谱两个要素，但只解决了大部分问题，地震持续时间对震害的影响始终在设计理论中没有得到反映。这是反应谱理论的局限性，后来，日本大规模的采用动力分析（时程分析法）。 

　　三是具有良好的社会正向效应。整个社会发展是一个复杂的系统，从这一战略高度加以认识的话，我们不难发现，对于建筑物抗震结构设计的加强对于构建和谐社会具有重要意义，良好的建筑物抗震能力，能够减轻人民群众的生命财产损失和风险，有利于维护社会稳定，对于建设“美丽中国”，实现“中国梦”，具有良好的社会效应。因此，不能孤立的片面的静止的对待建筑结构抗震设计。 

　　三、建筑结构设计抗震设计的对策分析 

　　一是加强对建筑结构抗震设计的战略规划。建筑结构抗震设计是一个系统工程，涉及到众多方面的内容，如建筑场地、地基与基础；结构地震反应分析和抗震验算；多层砌体结构抗震设计；钢筋混凝土结构的抗震设计；多、高层钢结构房屋的抗震设计；单层钢筋混凝土厂房的抗震设计；结构隔震与消能减震控制等等。因此，要从战略层面加以重视和规划，我国发布有《建筑工程抗震设防分类标准》、《城市抗震防灾规划管理规定》等国家标准，对建筑物抗震设防分类、责任划归、防灾规划均有具体划分。应该加强在实际工作中的执行力度。 

　　二是优化建筑结构抗震设计的技术方法。建筑结构抗震设计的基本方法与不做包括，首先计算结构的地震作用—地震荷载；其次计算结构、构件的地震作用效应—M、Q、N及位移；再次，地震作用效应与其他荷载效应进行组合、验算结构和构件的抗震承载力及变形。 

　　我们知道，地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节，是确定所设计的结构满足最低抗震设防安全要求的关键步骤。由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。 

　　三是加强结构抗震设计的二次优化。在当前的地震多发情况下，尤其是烈度较大的情况下，抗震结构设计的二次优化至关重要。在多遇地震作用下结构的弹性变形验算，属于第一阶段的抗震设计内容；在罕遇地震作用下结构的弹塑性变形验算，属于第二阶段的抗震设计内容。经过第一阶段抗震设计的结构，构件已经具备了必要的延性，多数构件可以满足在罕遇地震下不倒塌的要求；对某些处于特殊条件的结构，尚须计算其在罕遇地震作用下的变形，即进行第二阶段抗震设计，以考察安全性。在此基础上，确定建筑物的相关结构内容，从建筑方来讲，总想把外立面做得很美观，显得特别复杂；但从抗震角度讲，外观越复杂的，恰恰就越不抗震，因此，更应该充分重视建筑结构设计，选择合理的建筑结构，不能因噎废食。 

　　参考文献： 

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　　[2]李碧雄，甘立刚，王清远等.基于震害和数值分析的加固建筑结构抗震性能评估[J].四川大学学报（工程科学版），2010，42（5）：142-149. 

　　[3]耿中举.建筑结构抗震加固方法应用探析[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（12）. 

　　[4]夏念恩，谭正清.从汶川地震谈对建筑结构抗震的几点思考[J].黄冈职业技术学院学报，2008，10（4）：11-13.