建筑抗震設(shè)計中細(xì)節(jié)的問題分析

秦海江

【摘要】本文結(jié)合從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐經(jīng)驗，對目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中容易被結(jié)構(gòu)設(shè)計人員忽視的問題，即樓梯以及由于填充墻不合理砌筑所形成的短柱進(jìn)行分析，并提出加強抗震構(gòu)造措施。

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；地震；樓梯；短柱；抗震構(gòu)造措施

前言：

本文論述了建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要作用， 指出了建筑設(shè)計是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基礎(chǔ)。建筑設(shè)計中是否考慮好抗震要求， 將直接影響建筑物的抗震能力。好的建筑抗震設(shè)計必須是建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的共同協(xié)作和良好配合才能實現(xiàn)。文中提出了建筑設(shè)計中的主要抗震設(shè)計問題， 如：建筑體型， 建筑平面和豎向布置要有利于建筑抗震。并結(jié)合震害， 論述了建筑體型簡單對稱、平面和豎向布置中質(zhì)量與剛度分布均勻協(xié)調(diào)對建筑抗震的重要性。文章強調(diào)了應(yīng)重視建筑立面裝飾構(gòu)件、室內(nèi)建筑構(gòu)件（非承重內(nèi)隔墻， 內(nèi)隔斷等）以及各種建筑裝飾制品與主體結(jié)構(gòu)的抗震連接與錨拉， 保障其不發(fā)生傷人的災(zāi)害；此外還提出了高層建筑中屋頂?shù)哪承┛拐鹨蠛投鄬悠鲶w房屋應(yīng)遵守的總高度、層數(shù)以及高寬比限值控制問題。

一、短柱

1.1 如何確定短柱

地震作為破壞性超強的自然災(zāi)害，想要最大限度降低其對建筑的破壞，保證建筑設(shè)計堅實的質(zhì)量是最基本的防護(hù)措施。相比較而言，我國建筑設(shè)計水平發(fā)展較為緩慢，在地震設(shè)計方面也存在不夠合理的情況，這使得很多建筑結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)了地震安全隱患，過大的自身重量也加大了地震危害。為了保證建筑結(jié)構(gòu)抗震水平，必須要在建筑抗震設(shè)計環(huán)節(jié)中科學(xué)的運用抗震理論，根據(jù)相關(guān)設(shè)計原則，利用有效措施來提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》式6.2.9- 3，剪跨比λ=Mc/Vcho，即由柱端或墻端截面組合的彎矩計算值Mo、對應(yīng)的截面組合剪力計算值Vc 及截面有效高度ho 確定，并取上下端計算結(jié)果的較大值；反彎點位于柱高中部的框架柱可按柱凈高與2倍柱截面高度之比計算。在設(shè)計中可以按以下判別：

（1）非地震組合作用下：Hn/2ho≤2 的柱即為短柱；

（2）地震組合作用下：當(dāng)反彎點在柱層高范圍內(nèi)Hn/2ho≤2 即為短柱，否則，以λ=Mc/Vcho≤2 判定短柱。

1.2 容易形成短柱的位置

短柱的廷性很差，超短柱更是幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)抗震設(shè)防烈度或高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至倒塌。

（1）現(xiàn)在的一些建筑，首層架空，一些截面較大的柱容易形成短柱。再者，架空層不設(shè)填充墻，這樣導(dǎo)致填充墻不連續(xù)，也一定程度上導(dǎo)致剛度突變，對整體結(jié)構(gòu)抗震不利。

（2）各種由于填充墻的設(shè)置，如建筑開窗等，都會使得柱凈高減小，形成短柱。

（3）屋面水箱的支承柱，柱凈高與柱截面高度之比一般不大于4。

1.3 短柱的破壞

（1） 非地震組合作用下，一般以豎向壓力為控制荷載組合，在豎向壓力作用下柱的整個截面的應(yīng)變是均勻分布的，隨著荷載的增加應(yīng)變也迅速增加，最后，混凝土達(dá)到極限應(yīng)變，柱出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土保護(hù)層剝落，箍筋間的縱向鋼筋向外凸，構(gòu)件因混凝土被壓碎而破壞，這是一種脆性破壞。

（2）地震組合作用下，水平地震力為控制荷載組合，在水平力作用下柱將產(chǎn)生較大的水平剪力，而短柱在水平剪力作用下，易產(chǎn)生剪切破壞，這也是一種脆性破壞，破壞的結(jié)果將可能導(dǎo)致整個建筑物的嚴(yán)重破壞。

1.4 如何加強短柱的抗震構(gòu)造措施

在設(shè)計中應(yīng)盡量避免形成短柱，確實無法避免的，應(yīng)人為地加強抗震構(gòu)造措施。

（1）沿柱全高設(shè)置填充墻。

（2）按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》6.3.9 條，箍筋應(yīng)全柱段加密。

（3）根據(jù)柱的重要性可適當(dāng)提高柱的抗震構(gòu)造措施等級。

二、樓梯

2.1 簡要由于目前我國的電梯多數(shù)沒有抗震設(shè)計，尚未安裝抗震設(shè)備，地震來臨時，電梯一般不能作為逃生工具，從窗戶逃生也僅適用于低樓層的住戶。樓梯，是準(zhǔn)一的逃生通道。因此，必須強化樓梯在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的地位，使樓梯間成為安全島。

2.2 樓梯的主要破壞形式

以《2008 年汶川地震建筑震害圖片集》第3.3 節(jié)，樓梯的震害圖片來分類，樓梯的主要破壞形式可分為三種。

（1）樓梯板的破壞。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》實施前，樓梯一般作為獨立構(gòu)件來設(shè)計，兩端假定簡支，在正常使用情況下設(shè)計考慮靜力荷載作用，按計算結(jié)果配置通長受力剛進(jìn)即可滿足設(shè)計要求。但實際上，樓梯是與整個建筑相連的，作為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一部分，受到地震力的影響，樓梯板會承受較大的軸向力，處于交替的拉彎、壓彎狀態(tài)，導(dǎo)致破壞。

（2）平臺梯梁的破壞。筆者認(rèn)為，梯梁作為樓梯中受力最復(fù)雜的構(gòu)件應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的足夠重視。樓梯的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了樓梯平臺梁是受力最復(fù)雜的構(gòu)件。梯板類似剪刀形，與樓梯梁不在同一平面，平臺梁即受彎矩作用，又受剪力、扭矩作用，在上下梯板中間的節(jié)點更是應(yīng)力集中點。復(fù)雜的受力狀態(tài)下，如果只按梁常規(guī)計算配筋，規(guī)范也沒有對構(gòu)造措施進(jìn)行特定的要求，那么樓梯平臺梁在地震中是非常容易提前破壞的。

（3）支承樓梯平臺的構(gòu)造柱的破壞。受其他專業(yè)的影響，一些支承樓梯平臺的構(gòu)造柱截面較小，還有可能形成短柱。震害表明，該處構(gòu)造柱在地震中是容易造成破壞的。

2.3 如何加強樓梯的抗震構(gòu)造措施

樓梯間作為主要疏散通道，其結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的抗倒塌能力。樓梯間宜為剪力墻，結(jié)構(gòu)布置宜盡量避免導(dǎo)致結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則。不管主體結(jié)構(gòu)是否計入樓梯構(gòu)件的地震作用及其效應(yīng)的影響，結(jié)合震害研究，樓梯各個獨立的構(gòu)件都應(yīng)相應(yīng)加強。

（1）樓梯板。梯板應(yīng)雙層雙向配筋，受力方向每層鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.25%。能有效增加梯板的抗拉、抗壓能力。

（2）平臺梯梁。①抗震等級可與所在的主體結(jié)構(gòu)本身相同，提高整體抗震能力。②箍筋建議全長加密，且不小于φ8mm@l00mm，提高抗扭、抗剪能力。③建議配置間距不大于200mm腰筋，提高抗扭能力。

（3）支承樓梯平臺的構(gòu)造柱。①柱的抗震等級可與所在的主體結(jié)構(gòu)本身相同。②應(yīng)避免由于各專業(yè)設(shè)計需要所形成的短柱。③柱截面短邊不應(yīng)小于200mm，箍筋應(yīng)全長加密，且不小于φ8mm@lOOmm。

2.4 強化樓梯作為安全島的設(shè)計要求建筑抗震設(shè)計規(guī)范除了注重上述的構(gòu)件設(shè)計外，按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第7.3.1 條及第7.3.8 條，增加了6 度區(qū)要求；樓梯、電梯間的四角、樓梯段上下端對應(yīng)的墻體、錯層部位橫墻與內(nèi)縱墻交接處應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱。樓梯間的砌體填充墻，應(yīng)設(shè)置間距不大于層高且不大于4m 的鋼筋混凝土構(gòu)造柱，并采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強。

三、效能減震技術(shù)應(yīng)用

效能減震是實現(xiàn)對地震所產(chǎn)生動能的消耗，來減輕地震能的傳導(dǎo)大小，從而降低其對建筑物的破壞程度。目前，在此技術(shù)方面一般采用消能器和阻尼器，兩種器械都能夠?qū)崿F(xiàn)地震能量的有效消耗和吸收，減小震力對建筑主體的破壞，以達(dá)到對建筑主體結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)性定的保護(hù)。目前，效能減震技術(shù)在我國建筑防震設(shè)計中得到了有效的應(yīng)用，其在新建筑的防震設(shè)計和舊建筑的抗震加固方面，都起到了良好的效果。

四、結(jié)語

本文例舉了兩個建筑抗震設(shè)計中比較容易受到破壞的地方，并提出一些提高抗震能力的措施供同行參考、探討。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，不能固步自封，應(yīng)不斷在全世界的震害中學(xué)習(xí)，不斷學(xué)習(xí)新規(guī)范，相互交流，才能使自己設(shè)計的建筑在地震中盡可能地保護(hù)人們的人身安全，減小財產(chǎn)損失。

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