试论建筑物结构抗震设计

摘要: 由于经济快速发展和建设需求,各种形式的高层结构体系不断出现,评估和保证高层建筑在地震作用下的可靠性尤为重要。本文简要分析了建筑结构抗震设计方法，对现行规范规定的抗震性能设计方法进行了讨论，提出一些补充建议，根据不同结构类型提出对应的细化的构件性能目标要求等。

关键词: 建筑结构；抗震设计;

中图分类号：TU3文献标识码： A

一、建筑抗震结构设计原则

结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能

（1）结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则。（2）对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。（3）承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

尽可能设置多道抗震防线

（1）一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架―剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。（2）强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。（3）适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力

（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。（2）要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。（3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

二、建筑结构抗震性能设计方法的有关规定

抗规和高规均规定了抗震性能设计方法，明确了抗震性能水准、抗震性能目标和具体的计算方法。高规第3. 11. 1条将结构抗震性能目标分为A、 B、C、D四个等级，将结构抗震性能水准分为1、2、3、4、5五个水准，各抗震性能目标均与一组在指定地震作用下的结构抗震性能水准相对应。高规第3. 11. 2条给出了结构抗震性能水准的宏观判别。抗规有与高规基本一致的相关规定。在执行过程中，发现现行抗震性能设计方法尚存在以下几个问题有待解决:

上述性能设计中的性能目标，缺少与1989年版抗规及现行规范一致的设防目标。性能目标C:在小震、中震、大震时分别对应性能水准1,3，4,小震时的水准1、中震时的水准3与高规中的设防目标一致，但大震时的水准4“修复或加固后可继续使用”，显然比高规中的大震设防目标高。性能目标D:小震、中震、大震分别对应性能水准1,4,5，小震水准1与高规一致，中震性能水准4“修复或加固后可继续使用”，明显低于高规中的中震的“一般修理继续使用”的设防目标，大震水准5基本与高规中的大震一致。目前许多业主和设计单位都认为D级性能目标偏低，而采用C、D级性能目标及性能水准1,3，5进行抗震设计。

为此建议增加一个性能目标D，其小震、中震、大震的性能水准分别为性能水准1,3，5，这样可与1989年版抗规及现行规范的设防目标一致，这也与当前一些设计单位的实践做法一致。

多遇地震时性能水准1与设防烈度地震时的性能水准1的涵义是不同的，应加以区别。建议用性能水准1表示多遇地震，它除应满足弹性设计要求外，其验算公式还含有与抗震等级有关的增大系数及其他内力增大系数，因此它比弹性设计有更高的安全度。在设防烈度地震时，用性能水准1表示满足弹性设计要求，但相应验算公式不含有与抗震等级有关的增大系数及其他内力增大系数，对关键构件宜允许单独进行性能设计。对于某些致命的关键构件，不必与整个结构的性能目标一致，可单独进行性能设计。采用性能设计时应更加灵活地应用，随不同构件设计的需要采用相应的性能水准。建议补充不同结构类型的性能目标，有利于不同设计单位在设计时统一标准。建议列出各种不同类型结构在不同水准时构件的性能状态。

抗震构造措施。抗震构造措施是针对强地震作用下结构进入弹塑性状态，结构应有足够的延性才能抵御大地震袭击而采取的。在实际高层建筑设计中很少选用性能目标A、B，当结构条件符合性能目标A、B时，因大震下主要受力构件仍处于或接近弹性阶段，因此应对抗震构造措施的作用进行研究，区别对待:1)对于6、7度烈度区，考虑到中长期预报尚未过关，原定烈度地区发生高于该烈度的大地震的案例很多，建议抗震构造措施不降低;2)对于8度及8度以上高烈度区，除特别重要和在地震时需要维持正常运行功能的建筑外，其他建筑的抗震构造措施建议按降低1度采取;3)对特别重要和在地震时需要维持正常运行功能的建筑，除构造措施不降低外，并建议用特大震，即高1度大震，进行弹塑性性能复核。采用性能目标C、D* 、D时，抗震构造措施仍然按照常规设计的有关规定采用而不再降低。

三、建筑结构抗震性能设计方法建议

性能目标与性能水准。结构抗震性能目标分为A、B、C、D* 、D五个等级，结构抗震性能水准分为1*,1,2,3，4,5六个水准(表1)，各性能目标均与一组在指定地震作用下的结构抗震性能水准相对应。

结构抗震性能目标 表1

结构抗震性能水准。结构抗震性能水准可按表2进行宏观判别。

各性能水准结构预期的震后性能状况 表2

各类结构的抗震性能目标。为使用方便，结构抗震性能目标可按结构类型改写为表3-7，其中性能目标C、D* 、D所对应的性能水准按表1选取。表3-8中:1)量词“个别”为小于10%、“部分”为20%左右，“较多”为30%左右，“大部分”为50%左右“普遍”为75%左右;2)多遇地震下弹性加“*”表示与设防烈度地震下的弹性进行区别;3)不屈服指截面内钢筋应力低于屈服强度标准值。

框架结构抗震性能目标 表 3

楼盖抗震性能目标。在地震作用下，结构楼盖系统主要起着协调周围各连接竖向构件抗侧力的作用。一般建筑平面规则且楼板面无大的缺失、开孔或凹凸变化的情况，在地震作用下楼板面内仅产生较小的应力，此时的楼板可定义为普通构件，其抗震性能目标可相应定得较低，但有时楼板在地震作用下起着关键构件的作用，如常见的弱连接楼盖，此时如果楼盖严重破坏将导致与其相连接的竖向构件丧失承载能力，因此合理确定其抗震性能目标十分重要。

个别关键构件的性能设计。应根据结构特点对个别关键构件或部位单独进行性能设计。

抗震构造措施。对不同性能目标不同抗震设防烈度区的建筑采取适当的抗震构造措施。

四、结语

建筑抗震结构设计直接关系到建筑质量，同时也关系到建筑行业的发展和未来，在人们对建筑要求越来越强烈的背景下，未来满足人们的需求，必须对建筑抗震结构的设计工作进行全面的了解。高层建筑是建筑未来的主体形式，要做好高层抗震建筑的设计，应该以抗震结构设计为立足点，确保建筑行业经济和社会效益最大化的实现。

参考文献

[1]TJ 11-74工业与民用建筑抗震设计规范[S]北京:中国建筑工业出版社，1974

[2]TJ 11-78工业与民用建筑抗震设计规范[S]北京: 中国建筑工业出版社，1978

[3]混凝土结构设计规范[S]北京:中国建筑工业出版社，2011

[4]JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]北京:中国建筑工业出版社，2011