浅析抗震的重要性以及设计意义

1、浅析抗震的重要性以及设计意义摘要：地震造成人员伤亡的直接原因是地表的破坏和建筑物、构筑物的破坏与倒塌。据对世界上130余次伤亡较大地震灾害进行的分类统计表明，其中95犯上的伤亡是由于建筑物、构筑物破坏、倒塌造成的。因此，对各种建筑物、构筑物依法进行相应的抗震设防，使其在破坏性地震中不损坏、不倒塌，是避免人员伤亡的关键。建筑结构抗震加固设计及安全施工措施在建设工程中的意义，非常重要！地震灾害防御是地震发生前应做的防御性工作。震害防御主要有工程性防御措施和非工程性防御措施。工程性防御措施是减轻地震灾害最主要的途径。工程性防御措施是用工程的抗震设防和抗震加固来完成防御建筑物、构筑物遭受地震破坏，减轻

2、地震灾害的措施。我国对建设工程的抗震设防作了明确规定：新建、扩建、改建建设工程，必须进行抗震设防，达到抗震设防要求。一般工业与民用建筑建设工程，必须按照国家颁布的中国地震动参数区划图规定的抗震设防要求，进行抗震设防。重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程、核电站和核设施建设工程必须进行地震安全性评价，并根据经过国家和省级地震行政主管部门审定的地震安全性评价结果，确定抗震设防要求，进行抗震设防。建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按抗震设计进行施工。已建成的重大建设工程、可能发生严重次生灾害的建设工程，有重大文物价值和纪念意义以及地震重点监视防御区的建筑物、构筑物，未

3、采取抗震设防措施的，应当按照国家有关规定进行抗震性能鉴定，并采取必要的抗震加固补强措施。关键词：抗震、设计、地震地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。据统计，历史上各种自然灾害曾毁灭了世界各地52个城市，其中因地震而毁灭的城市有27个。地震之外的其它各种灾害，如水灾、火灾、火山喷发、风灾、沙灾、旱灾等毁灭的城市为25座。因此，地震占灾害总数的52%可见地震灾害确系“群害之首”。地震作用具有较强的随机性和复杂性，要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态，不发生破坏

4、是很不实际的；既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重，但不倒塌。因此，依靠弹塑性变形消耗地震的能量是抗震设计的特点，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达至U的目标。一、建筑物破坏类型汶川地震对建筑物的破坏虽然强烈，但仍表现出了破坏的不均匀性，可以说，即使是破坏非常强烈的地区也有较完好的建筑存在。调查表明，建筑物破坏的不均匀性有如下现象和可能成因。1、地震与滑坡耦合造成的强烈破坏事例：北川县城是最典型的事例，县城在地震中遭受了毁灭性破坏，但破坏也有不均匀性，其中破坏严重的范围之一是西城王家岩滑坡周围，滑坡摧毁了半个县城；另一处是禹龙北

5、街东南边2000m一带的房屋被崩落滚石砸毁并成片倒塌。成因探讨：滑坡和崩塌的破坏作用一种是直接砸毁或掩埋房屋，当房屋密集时倒塌的房屋可能砸毁邻近的房屋，产生多米诺骨牌效应；另一种是崩塌和滑坡体落在地上产生次级地震，这种次级地震对局部地方来说是很强烈的，而且次级地震的震动往往与主震的震动不协调。地震时，均匀摇动中的房屋并不一定会倒塌，但如果遇到不协调的冲击则很容易倒塌。2、地基不均匀引起的建筑物不均匀破坏在前面已经有所论述，如变形带及两侧不同程度的破坏。下面再列举一些事实进一步说明。事例：北川县城紧靠禹龙北街东南边有一条宽浅的冲沟通向湎江，两边楼房向沟内及下游方向倾倒，第一层楼发生强烈挠屈，这种

6、破坏的原因是，冲沟部位是土体最松软的地带，也是土体结构变化最快的地方。县城内有多幢房屋在地震中整体下陷。3、斜坡带临空一侧建筑物破坏程度高事例1:彭州市白鹿中学最“牛”教学楼西北边坡坎上的小宿舍楼靠坎一边破坏严重，呈梯形垮塌。另在白鹿中学东北边见到临空一侧的房屋成套倒塌，但靠里的房屋保存完好。事例2:在汶川县映秀镇映秀大桥西南头东南边斜坡上也见到类似的房屋破坏型式，一栋红砖砌镶嵌白瓷砖的两层楼房在地震中临空一侧面对河流的前墙倒塌严重，后墙保存较完好。成因探讨：以上说明，斜坡带临空一侧岩土的不均匀性，抗震动性能差，导致上部建筑物倒塌。二、震结构体系设计震结构体系是抗震设计应考虑的最关键问题，对安

7、全和经济起决定性的作用，是综合的系统决策。体系的选择要符合抗震概念设计的几条基本原则。目前主要的抗震结构体系有：1 .多层砌体房屋。是以砌体（无筋砌体或配筋砌体）抗震墙为抗震结构体系，具中以横墙承重为主的结构体系较有利，承重横墙兼作横向抗震墙，纵向自承重墙作为纵向抗震墙，必要时也可以采用纵、横墙混合承重。2 .多层内框架房屋。指外墙为砖墙垛（或壁柱）承重，内柱为钢筋碎柱承重的房屋，适用于工艺上需要较大空间或使用上要求有较空旷的大厅的轻工厂房和民用公共建筑等。3 .底层框架砖房。底层要求有较大空间作商店、服务大厅等，上部则为隔墙较多的住宅或办公楼，是一种上下材料不同、强度和刚度不连续的结构体系，

8、在抗震设计中有较严格的要求。4 .框架结构。多应用于多层及高层民用建筑和多层的工业建筑，建筑平面布置灵活，易于布置较大房间。但纯框架结构侧向刚度小，属柔性结构，故其层数和高度都受到一定限制。5 .框架一抗震墙结构。在多层和高层钢筋混凝土房屋的纵向和横向布置适当的抗震墙，并与框架结构形成框架-抗震墙协同工作的结构体系。在地震作用下层间位移比纯框架结构显著减小，故其建筑高度可以高很多。6 .抗震墙结构。是全部由纵、横抗震墙组成的结构体系，其抗震性能较好，在高层住宅、公寓、旅馆等建筑中广泛应用。国家在建筑抗震设计上要求，一般的民用建筑是要抗7度，及可抗6级地震，对一些超高层的建筑，必须要做地震安全性

9、的评价，通过安全评价性去测试标准，以保证建筑达到基本抗震地区的要求。除了设计达标以外，施工的质量也是非常关键的，要有合规的设计，合乎要求的标准，合格的施工质量，几个方面做好了，才可以达到抗震的标准。较合理的框架地震破坏机制，应该是节点基本不破坏，梁比柱屈服可能早发生、多发生，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱底的塑性较宜最晚形成。即：框架的抗震设计应使梁、柱端的塑性较出现尽可能分散，充分发挥整个结构的抗震能力。在抗震设计中应注意以下方面。1、抗震计算中的延性保证从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出，在抗震设防的第二、三水准时，框架结构构件已进入弹塑性阶段，构

10、件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量，所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明，“强节点”、“强柱弱梁、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移大，抗震性能较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求，且考虑了设计者的使用方便，采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式，只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。综合大量实验研究成果，影响不同受力特征节点延性性质的主要综合因素有：相对作用剪力、相对配筋率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。2、构造措施上的延性保证四川大地震实践证明，当建筑结

11、构在大地震中要求保持足够的承载能力来吸收进入塑性阶段而产生的巨大能量，因为此时的结构在震中进入到一个塑性阶段，容易产生变形。所以，根据这种特点和抗震的要求，多发地震的国家钢筋混凝土结构抗震设计均要求按延性框架结构进行设计，所以建筑结构的设计必须保证结构局部薄弱区的承载力与刚度，保证了建筑构造的整体性，延性的增加也就提高了变形能力，这样可以减少地震的破坏性，提高了建筑的抗震能力。在结构布置上，按扩大了的柱端抗弯承载力进行设计，理论上可将柱屈服的可能性减少，保证“强柱弱梁”的设计原则。但因各种原因，如梁的实际抗弯承载力可能增大，高振型使柱中反弯点的转移等综合因素影响，要使柱中完全避免塑性较是困难的

12、，同时为实现“强剪弱弯”的要求，保证塑性较区域的局部延性，也必须通过一定的构造措施来保证结构的延性，具体做法如下：(1) .限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性，为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态，以提高塑性较区域的转动能力，规范限制轴压比与纵筋最大配筋率，同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。(2) .限制约束配筋和配筋形式。加密塑性较区内的箍筋间距是很重要的一点，为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性较区域的局部延性，有必要加密塑性校区内的箍筋间距，这不但可提高柱端抗剪能力，还可约束核心区内混凝土，对纵向钢筋提供侧

13、向支承，防止大变形下纵筋压曲，从而改善塑性校区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性较区域的最小长度等做出了详细的规定，并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。随着工程应用中箍筋强度和混凝土强度不断提高，对塑性较区域内箍筋布置的要求是抗震构造措施的一个重要方面，这一情况将导致高强度混凝土中约束箍筋配筋率的减少而降低结构的设计可靠度，建议以配筋特征值代替原体积配筋率，同时鉴于约束配筋对柱端塑性校区的良好约束作用，建议适当增大配筋量。(3) .限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量，材料延性对确保构件(结构)延性极为重要，为此规范对材料也提出了相应的限制，如保证钢筋强屈

14、比、延伸率及混凝土强度等级等，同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。三、房屋建筑抗震技术的应用近年来，随着科学技术的发展，新思想、新材料、新技术得到了大量的应用，这大大丰富了提高建筑抗震性能的手段，提高了构件的极限承载能力，降低了结构的自重，并更有效地减轻了地震所带来的灾害。其中，隔震和消能减震就是建筑结构减轻地震灾害的两种技术。1、隔震技术。目前，国际上较热门的工程抗震新技术就是隔震技术，它是通过把如橡胶隔震垫等隔震消能装置安放在结构物底部和基础(或底部柱顶)之间，来隔开上部结构和基础，从而改变结构的动力作用和动力特性，有利于减轻结构物的地震反应。实践证明，隔震技术具有很大的

15、垂直承载力及垂直压缩刚度，具有足够大的初始刚度及较小的水平变形刚度，能够抵抗风荷载和轻微地震，且耐久性好，使用寿命长，因此，主要适用于较重要的如学校、医院、商场、科研机构及重要的指挥职能单位的低层和多层建筑。2、消能减震技术。消能减震技术主要用于高层或超高层建筑，其原理是指在建筑结构的某些部位，如节点、剪力墙、支撑、连接件或连接缝等，设置消能元件，通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来耗散或吸收地震能量以减小主体结构的水平和竖向地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，以达到减震抗震的目的。虽然隔震技术和消能减震技术能够大幅度提高建筑结构的抗震性能，但因为施工较复杂，很难合理把握，因此，在实际运

16、用中，还需要更加合理的设计及科学的施工，以保证房屋建筑具备优质的抗震性能。三、如何增强房屋建筑的抗震性能1、合理设计设计单位应当按照抗震设防要求和工程建设强制性标准进行抗震设计，并对抗震设计的质量以及出具的施工图设计文件的准确性负责。首先，房建场地的选择应避开地震时可能发生地基失效的松软场地，应选择坚硬场地。其次，综合运用抗震原则，以刚度、承载力和延性为主导目标，多道防线刚柔结合，使结构具有多道支撑和抗水平力的体系，同时保证结构体型简单，结构传力和受力途径直接，整体结构和结构构件共同作用。第三，设计中要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，使结构具备足够大的、适当的承载能力、延性和耗能能力，以

17、及以减少地震作用下的位移和扭转的刚度。第四,结构布置要力求使刚度、质量、延性、几何尺寸等规整、对称、均匀，避免突然变化。另外，地震是一场灾难，为最大限度地保护人民以及整个社会的利益，确保我国国民经济持续稳定增长，建筑行业在考虑增强房屋建筑抗震能力的同时，也应高度重视由地震引发的次生灾害（最主要的就是火灾）及地质灾害。因此，房屋设计中有必要增加结构抗火设计，同时基础和地基的设计也应充分考虑到地基变形对房屋安全的影响。2、正确施工合理的抗震设计必须通过高质量的施工才能起到抗御地震的作用，只有把好抗震设计和施工两道关才能有效地提高建设工程的抗震性能。施工图审查单位应当将房屋建筑抗震设防作为专项审查内

18、容，对施工图抗震设防质量负责。建设单位、施工单位应当选用符合施工图设计文件和国家有关标准规定的材料、构配件和设备。施工单位应当按照施工图设计文件和工程建设强制性标准进行施工，并对施工质量负责。工程监理单位应当按照施工图设计文件和工程建设强制性标准实施监理，并对施工质量承担监理责任。3、房屋加固对房屋建筑进行加固改造，也是增强房屋建筑抗震性能的有效手段。对于木结构房屋的抗震加固应根据实际情况，采取减轻屋盖重力、加强构件连接、加固木构架、增砌砖抗震墙、增设柱间支撑等措施；对于土石墙房屋的加固，则可根据实际情况采取加固墙体、加强墙体连接、减轻屋盖重力等措施；对于多层砌体结构的加固，则可采取拆砌或增设

19、抗震墙、修补和灌浆、外加柱加固、面层或板墙加固、增设支撑或支架加固、柱、墙垛采用现浇钢筋混凝土套加固、设置钢拉杆、长锚杆、增设圈梁、构造柱等方法;对于多层钢筋混凝土结构的加固，则可采取单向框架宜加固为双向框架，或采取加强楼、屋盖整体性且同时增设抗震墙、抗震支撑等抗侧力构件的措施；框架梁柱采用钢构套、现浇钢筋混凝土套加固，或贴钢板加固；增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙加固等方法。几十年来，对房屋建筑的抗震加固，除了传统的增设钢筋混凝土构造柱和圈梁、夹板墙、抗震墙、钢支撑、钢拉杆、钢构套，以及扩大受力构件截面等方法之外，还开发应用了高强钢绞线、高强结构胶、碳纤维布、聚合物砂浆等材料和预应力技术，使我国的

20、建筑结构加固技术达到了国际先进水平。汶川地震给我国造成了巨大的损失，我们也从中得到了经验和教训：(1)坚持贯彻国家标准，严格保证工程质量，绝不偷工减料，坚决做好抗震设计,保障人民人身财产安全。(2)应加强房屋的结构评估和抗震鉴定工作，保证建筑结构符合抗震设计要求，杜绝不符合国家规范的建筑工程。(3)加大抗震减灾新技术和新产品的推广应用力度，应用新技术解决建筑结构在抗震设计中的难题，保证建筑结构的抗震设计水准。(4)在设计和审图过程中，强调采用合理结构体系的重要性。不能因为追求建筑结构的标新立异而舍本逐末地降低结构的抗震设计要求。(5)加大对群众防震减灾知识的普及和教育，坚持预防为主，树立科学减

21、灾理念,更加重视灾前防范，最大限度地减轻地震灾害造成的人员伤亡和经济损失四、关于建筑结构抗震概念设计的概述我国结构计算理论经历了经验估算、容许应力法、破损阶段计算、极限状态计算，到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。现行的建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001则采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则，以使建筑结构的设计得以符合技术先进、经济合理、安全适用的原则。概率极限状态设计法更科学、更合理，但该法在运算过程中还带有一定程度近似，只能视作近似概率法，并且仅凭极限状态设计也很难估算建筑物的真正承载力。事实上,建筑物是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，并非是脱离

22、结构体系的单独构件。地震具有随机性、不确定性和复杂性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前是很难做到的。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在着不确定性。因此，结构工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决。应立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节构造，

23、从根本上提高结构的抗震能力。汶川地震和舟曲地震以后，建筑设计考虑抗震设计，严格遵守抗震规范，已经成为特别重要的环节，因为它关系着人民生命财产安全。五、抗震概念设计的基本原则与要求1 .选择有利场地。造成建筑物震害的原因是多方面的，场地条件是其中之一。由于场地因素引起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仅依靠工程措施来弥补是很困难的。因此，选择工程场址时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑抗震不利的地段，任何情况下均不得在抗震危险地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。对建筑抗震有利的地段，一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地

24、土。建造于这类场地上的建筑一般不会发生由于地基失效导致的震害，从而可从根本上减轻地震对建筑物的影响。对建筑抗震不利的地段，就地形而言，一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非岩质的陡坡、河岸和边坡的边缘；就场地土质而言，一般是指软弱土、易液化土、故河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。2 .采用合理的建筑平立面。建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。经验表明，简单、规则、对称的建筑抗震能力强，在地震时不易破坏；反之

25、，如果房屋体形不规则，平面上凸出凹进，立面上高低错落，在地震时容易产生震害。而且，简单、规则、对称结构容易准确计算其地震反应，可以保证地震作用具有明确直接的传递途径，容易采取抗震构造措施和进行细部处理。3.选择合理的结构形式。抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。按结构材料分类，目前主要应用的结构体系有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构等；按结构形式分类，目前常见的有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简体结构等。结构体系的确定受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等诸多因素影响，是一个综合的技术经济问题，需进行周密考虑确定。抗震规范对建筑结构体

26、系主要有以下规定：结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；结构体系宜具有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；结构体系应具有必要的抗震承载力，良好的变形能力和耗能能力；结构体系宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；结构在两个主轴方向的动力特性宜相近，在结构布置时，应遵循平面布置对称、立面布置均匀的原则，以避免质心和刚心不重合而造成扭转振动和产生薄弱层。4.提高结构的延性。结构的延性可定义为结构在承载力无明显降低的前提下发生非

27、弹性变形的能力。结构的延性反映了结构的变形能力，是防止在地震作用下倒塌的关键因素之一。结构良好的延性有助于减小地震作用，吸收与耗散地震能量，避免结构倒塌。而结构延性和耗能的大小，取决于构件的破坏形态及其塑化过程，弯曲构件的延性远远大于剪切构件，构件弯曲屈服直至破坏所消耗的地震输入能量，也远远高于构件剪切破坏所消耗的能量。因此，结构设计应力求避免构件的剪切破坏，争取更多的构件实现弯曲破坏。始终遵循“强柱弱梁，强煎弱弯、强节点、弱锚周”原则。构件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系，致使结构的周期发生变化，以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。用“地动山摇”“

28、山崩地裂”来描述地震到来时的情形一点也不过分。由于建筑物依附在地球表面，建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方式影响。简单地说建筑物破坏有三种方式：上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。多数时候，还是三种方式的复合作用。决定房子抗震能力的主要因素有许多方面：1、房子的体形。体形规则、均匀、对称的房子抗震能力强。上大下小头重脚轻的房屋体形叫竖向不规则，平面局部凸出的L形、“丁”字形体形叫平面不规则，一头沉一头轻的叫扭转不规则，不规则建筑抗震能力都较差。2、房子的结构形式。砖混结构的抗震能力要比钢筋混凝土框架、框架-剪力墙弱底层框架上部砖混、带转换层的房子、底层空旷的房子、板柱体系的房子抗震能力都比较

29、差。底层弱容易“坐”下来。3、房子的施工质量。照图施工、技术到位，房屋质量就好。否则设计再好，施工质量差也会出问题。4、房子的建筑材料。混凝土标号够不够，钢筋是否合格，有没有偷工减料等都很重要。5、房子的建设年代。较早的房子依据的抗震设防标准相对较低。由于认识水平和财力的增长，后建的房子抗震能力相对较强。具体到新建房屋，应当注意以下几点：1是选址要好。重新选址时，应当避开地震活动断层或者生态脆弱和可能发生洪灾、山体滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等灾害的区域以及传染病自然疫源地。2是设计施工水平要高。要选择有资质的设计单位和施工队伍，加强施工队伍技术能力培训。3是建筑材料的质量要控制好。要从正规厂家购进建筑材料。4是要加强工程监理。总之，规划、设计、施工、监理四大环节很重要，都要严格把关。5.确保结构的整体性。结构是由许多构件连接组合而成的一个整体，并通过各个构件的协调工作来有效地抵抗地震作用。若结构在地震作用下丧失了整体性，则结构各构件的抗震能力不能充分发挥，这样容易使结构成为机动体而倒塌。因此，结构的整体性是保证结构各个部分在地震作用下协调工作的重要条件，确保结构的整体性是抗震概念设计的重要内容。为了充分发挥各构件的抗震能力，确保结构的整体性，在设计的过程中应遵循以下原则：结构应具有连续性。结构的连续性是使结构在地震作用时能够保持整体的重要手段