论文部分内容阅读
摘 要：近期台湾地震，包括维冠金龙大楼在内，有约20楼倾倒，造成了重大的人员伤亡及财产损失。我国许多地区是强震活动区，人们在这样的地区进行建设活动时，其建筑物就需要考虑抗震措施，本文在查阅相关资料与总结自己工作实践的基础上，论述了地震的有关基本知识及建筑物防震的概念设计供建筑工程技术人员参考。
关键词：抗震措施 地震 概念设计
一、地震对建筑物的破坏
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。地震波传播方式有纵波、横波、面波。
纵波使建筑物上下颠簸，力量非常大，建筑物来不及跟着运动，使底层柱子和墙突然增加很大的动荷载，叠加建筑物上部的自重压力，若超出底层柱、墙的承载能力，柱、墙就会垮掉。底层垮掉后，上面几层建筑的重量就像锤子砸下来一样，又使第二层压坏，发生连续倒塌，整个建筑直接“坐”下来，原来的第三层瞬间变为“第一层”。
面波使建筑物水平摇摆，是对建筑物沿水平方向施加了一个来回反复的作用力，若底部柱、墙的强度或变形能力不够，就会使整栋建筑物向同一方向歪斜或倾倒。
第三种作用是扭转。引起扭转的原因是有的地震波本身就是打着“旋儿”过来的，也有的情况是因为面波到达建筑物两端早晚的时间差引起的。这种情况引起建筑物扭动，震区有的房子角部坍塌，多属这种情况。
一旦碰到上下颠、左右摇、扭转，三种方式共同发生，破坏力就更加可怕。此外，每个建筑物自己特定的自振频率如与地震作用的频率接近，引起类似共振的效应，那样带来的破坏力就更可怕了。
二、工程结构震害原因
1、建在活断层上
构造地震的发生，一般是由于活断层错动造成的。建在活断层上的建筑物自然会遭到严重破坏或倒毁。
2、位于软弱地基上
软弱地基（如：海边、河湖边等）在地震时会发生液化、塌陷等现象，而造成地基失效。位于其上的建筑物，将会遭到严重破坏。
3、抗震设计不合理
新建工程必须按照抗震设计规范来进行抗震设计，否则，地震时就会遭到破坏。如有的建筑物在设计时底层隔墙过少、空间过大：有的多层砖房没按要求加圈梁、构造柱：有的没按限定高度设计等，它们都有可能在地震是遭到破坏。
4、不按标准施工
经抗震设计的工程结构，必须按照相应的标准施工。一个精良的设计若施工不良一样会造成灾难，尤其是钢筋水泥建造的房屋，除了钢筋与水泥的强度需要符合标准外，还有许多施工细节必须切实遵守，诸如钢筋摆放的数量、位置、搭接位置、弯钩角度与箍筋间距等都对抗震能力有决定性之影响。近些年发生在国内外的破坏性地震中，因不按标准施工、或偷工减料，致使建筑物遭到毁坏的是件屡见不鲜。
5、使用维护不善
建筑物在设计时都是根据原定的使用条件（用途）加以分析设计，若用途变更也可能导致载重变化而影响其抗震能力。更常见的是在房屋建造后，因为某些使用上的需要就直接敲除墙，甚至连柱子都敲除。有时为了增加使用空间而在屋顶增建。以上这些作为若未经详细的工程分析并做必要之加固，都会导致房屋抗震能力严重下降，而在强震中受到严重威胁。
三、抗震设防目标
抗震设防目标是指建筑结构遭遇不同水准的地震影响时，对结构、构件、使用功能、设备的损坏程度及人身安全的总要求。建筑设防目标要求建筑物在使用期间，对不同频率和强度的地震，应具有不同的抵抗能力，对一般较小的地震，发生的可能性大，故又称多遇地震，这时要求结构不受损坏，在技术上和经济上都可以做到；而对于罕遇的强烈地震，由于发生的可能性小，但地震作用大，在此强震作用下要保证结构完全不损坏，技术难度大，经济投入也大，是不合算的，这时若允许有所损坏，但不倒塌，则将是经济合理的。
四、抗震概念设计
在实际的工程设计中如何最大限度地减轻震害，这是一个相当复杂的问题，其原因是在强烈地震作用下，建筑物的破坏机理和过程是十分复杂的。对一个建筑物要进行精确的抗震设计也是非常困难的。因此，在对建筑物进行抗震设防的设计时，根据以往地震灾害的经验和科学研究的成果首先进行“概念设计”。概念设计可以使我们提高建筑物总体上的抗震能力。数值设计是对地震作用效应进行定量计算，而概念设计是根据地震灾害和工程经验所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布局并确定细部构造的过程。概念设计在预防地震灾害时要求如下：
1 .选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造 甲、乙、丙类建筑。对于不利地段，结构工程师应提出避开要求，当无法避开时，应采取有 效措施，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地基土的不均匀沉陷、 地震引起的地表错动与地裂。
2..建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。不规则的 建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震 构造措施。借鉴国际的通行做法，参考外国规范，使我们的设计更加完善合理。
3..结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料，什 么样的结构体系，经技术经济条件比较综合确定。同时力求结构的延性好、强度与重力比值 大、匀质性好、正交各向同性，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度，并提出了结构两 个主轴方向的动力特性 （周期和振型 ）相近的抗震概念。
4.尽可能设置多道抗震防线。地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据 地震后倒塌的建筑物的分析，我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏，而最后倒塌则是结构因破壞而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。例如单一的框架结构，框架就成为唯一的抗侧力构件，那么采用"强柱弱梁"型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可 以做到利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置。
5.具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧移刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时，具有很强 的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，然 而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆作的延性是比较经济有 效的办法。例如上刚下柔的框支墙结构，应重点提高转换层以下的各层的构件延性。对于框架和框架筒体，应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是结构承载 力无明显降低的前提下，控制构件的破坏形态，减小受压构件的轴压比 （同时还应注意适当 降低剪压比 ），提高柱的延性。
6.确保结构的整体性。各构件之间的连接必须可靠，要符合下列要求 ：1 ）构件节点的承 载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。2 ）予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。3 ）装配式的连接应保证结构的整体 性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。4）结构应具有连续性，注重施 工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。
此外，在上述措施的前提下，还应考虑构造措施和设置必要的防震缝来减小地震对建筑物带来的危害，从而达到预防地震灾害的目的。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计》郭继武.中国建筑工业出版社出版.2005
[2]《抗震结构设计（第3版）》王社良.年武汉理工大学出版社出版.2007
关键词：抗震措施 地震 概念设计
一、地震对建筑物的破坏
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。地震波传播方式有纵波、横波、面波。
纵波使建筑物上下颠簸，力量非常大，建筑物来不及跟着运动，使底层柱子和墙突然增加很大的动荷载，叠加建筑物上部的自重压力，若超出底层柱、墙的承载能力，柱、墙就会垮掉。底层垮掉后，上面几层建筑的重量就像锤子砸下来一样，又使第二层压坏，发生连续倒塌，整个建筑直接“坐”下来，原来的第三层瞬间变为“第一层”。
面波使建筑物水平摇摆，是对建筑物沿水平方向施加了一个来回反复的作用力，若底部柱、墙的强度或变形能力不够，就会使整栋建筑物向同一方向歪斜或倾倒。
第三种作用是扭转。引起扭转的原因是有的地震波本身就是打着“旋儿”过来的，也有的情况是因为面波到达建筑物两端早晚的时间差引起的。这种情况引起建筑物扭动，震区有的房子角部坍塌，多属这种情况。
一旦碰到上下颠、左右摇、扭转，三种方式共同发生，破坏力就更加可怕。此外，每个建筑物自己特定的自振频率如与地震作用的频率接近，引起类似共振的效应，那样带来的破坏力就更可怕了。
二、工程结构震害原因
1、建在活断层上
构造地震的发生，一般是由于活断层错动造成的。建在活断层上的建筑物自然会遭到严重破坏或倒毁。
2、位于软弱地基上
软弱地基（如：海边、河湖边等）在地震时会发生液化、塌陷等现象，而造成地基失效。位于其上的建筑物，将会遭到严重破坏。
3、抗震设计不合理
新建工程必须按照抗震设计规范来进行抗震设计，否则，地震时就会遭到破坏。如有的建筑物在设计时底层隔墙过少、空间过大：有的多层砖房没按要求加圈梁、构造柱：有的没按限定高度设计等，它们都有可能在地震是遭到破坏。
4、不按标准施工
经抗震设计的工程结构，必须按照相应的标准施工。一个精良的设计若施工不良一样会造成灾难，尤其是钢筋水泥建造的房屋，除了钢筋与水泥的强度需要符合标准外，还有许多施工细节必须切实遵守，诸如钢筋摆放的数量、位置、搭接位置、弯钩角度与箍筋间距等都对抗震能力有决定性之影响。近些年发生在国内外的破坏性地震中，因不按标准施工、或偷工减料，致使建筑物遭到毁坏的是件屡见不鲜。
5、使用维护不善
建筑物在设计时都是根据原定的使用条件（用途）加以分析设计，若用途变更也可能导致载重变化而影响其抗震能力。更常见的是在房屋建造后，因为某些使用上的需要就直接敲除墙，甚至连柱子都敲除。有时为了增加使用空间而在屋顶增建。以上这些作为若未经详细的工程分析并做必要之加固，都会导致房屋抗震能力严重下降，而在强震中受到严重威胁。
三、抗震设防目标
抗震设防目标是指建筑结构遭遇不同水准的地震影响时，对结构、构件、使用功能、设备的损坏程度及人身安全的总要求。建筑设防目标要求建筑物在使用期间，对不同频率和强度的地震，应具有不同的抵抗能力，对一般较小的地震，发生的可能性大，故又称多遇地震，这时要求结构不受损坏，在技术上和经济上都可以做到；而对于罕遇的强烈地震，由于发生的可能性小，但地震作用大，在此强震作用下要保证结构完全不损坏，技术难度大，经济投入也大，是不合算的，这时若允许有所损坏，但不倒塌，则将是经济合理的。
四、抗震概念设计
在实际的工程设计中如何最大限度地减轻震害，这是一个相当复杂的问题，其原因是在强烈地震作用下，建筑物的破坏机理和过程是十分复杂的。对一个建筑物要进行精确的抗震设计也是非常困难的。因此，在对建筑物进行抗震设防的设计时，根据以往地震灾害的经验和科学研究的成果首先进行“概念设计”。概念设计可以使我们提高建筑物总体上的抗震能力。数值设计是对地震作用效应进行定量计算，而概念设计是根据地震灾害和工程经验所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布局并确定细部构造的过程。概念设计在预防地震灾害时要求如下：
1 .选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造 甲、乙、丙类建筑。对于不利地段，结构工程师应提出避开要求，当无法避开时，应采取有 效措施，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地基土的不均匀沉陷、 地震引起的地表错动与地裂。
2..建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。不规则的 建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震 构造措施。借鉴国际的通行做法，参考外国规范，使我们的设计更加完善合理。
3..结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料，什 么样的结构体系，经技术经济条件比较综合确定。同时力求结构的延性好、强度与重力比值 大、匀质性好、正交各向同性，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度，并提出了结构两 个主轴方向的动力特性 （周期和振型 ）相近的抗震概念。
4.尽可能设置多道抗震防线。地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据 地震后倒塌的建筑物的分析，我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏，而最后倒塌则是结构因破壞而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。例如单一的框架结构，框架就成为唯一的抗侧力构件，那么采用"强柱弱梁"型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可 以做到利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置。
5.具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧移刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时，具有很强 的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，然 而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆作的延性是比较经济有 效的办法。例如上刚下柔的框支墙结构，应重点提高转换层以下的各层的构件延性。对于框架和框架筒体，应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是结构承载 力无明显降低的前提下，控制构件的破坏形态，减小受压构件的轴压比 （同时还应注意适当 降低剪压比 ），提高柱的延性。
6.确保结构的整体性。各构件之间的连接必须可靠，要符合下列要求 ：1 ）构件节点的承 载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。2 ）予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。3 ）装配式的连接应保证结构的整体 性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。4）结构应具有连续性，注重施 工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。
此外，在上述措施的前提下，还应考虑构造措施和设置必要的防震缝来减小地震对建筑物带来的危害，从而达到预防地震灾害的目的。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计》郭继武.中国建筑工业出版社出版.2005
[2]《抗震结构设计（第3版）》王社良.年武汉理工大学出版社出版.2007