抗震设计中应注意的若干问题

　　抗震设计作为结构设计的一个重要组成部分, 越来越受到工程师们的关注。地震造成房屋的损坏, 其直接原因可以分为以下二种： 1.　　地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形和地震引起的砂土液化、软土震陷等地基失效对其上部建筑物的直接危害。 2.　　建筑物在地面运动的激发下而产生剧烈震动的过程中, 因结构强度不足、过大变形、连接破坏, 构件失稳或整体倾硬而破坏。 　　因此, 结构抗震设计应从上述两个方面保证结构的安全。 下面, 我们结合结构设计中常见的若干间题进行讨论：

一、场地问题 1．场地选择应避开危险地段 　　抗震规范规定, 场地地质勘察, 除应按国家有关标准的规定执行外, 尚应根据需要划分为对建筑有利、不利和危险地段。提供建筑的场地类别及岩土的地质稳定性如滑坡、崩塌等评价, 规范进一步要求宜选择有利地段、避开不利地段, 当无法避开时应采取适当的抗震措施, 不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。 　　对于不利地段所采取的措施, 规范除了对液化土提出较明确的处理方法外, 对于不均匀地基, 由于分布面广, 情况复杂, 现有的设计经验不足, 只能作原则规定, 即“ 应详细查明地质、地貌、地形条件、并依据具体情况采取适当的抗震措施”。因此, 如果条件允许, 应尽可能避开, 因为此类地基大多是属部局性的。

2、场地类别判定 　　场地类别判定是决定设计地震作用的主要依据之一, 判断的正确与否决定了结构设计是否经济与安全。 　　抗震规范规定场地类别的判定, 是依据土层平均剪切波速及场地夜盖层厚度综合评定, 土层平均剪切波速是取地面下15米且不深于场地搜盖层范围内各土层剪切波速, 按土层厚度的加权平均值, 由于部分钻探单位对于规范理解的差异, 出现下列三类常见间题： ① 依据全部土层剪切波速按厚度加权平均值判定场地类别, 由于通常情况下场地覆盖层底部土层的剪切波速都较大, 因此, 按此方法判定的场地类别的结果, 通常是将Ⅲ类场地判为Ⅱ类场地, 给结构设计带来安全隐患。

② 依据地面15内各土层的剪切波速平均值简单平均判定场地类别某工程场地淤泥厚约10米, 在地面下15米范围内含有一层性质较好的粘土层, 由于钻探单位依据地面下15米范围内土层剪切波速简单平均值, 导致计算出的土层剪切波速平均值大于140M/S, 并由此判断该场为Ⅱ类场地, 而依据加权平均计算的VSM小于140M/S, 应判定为Ⅲ类场地,同样给结构设计造成安全隐患。 ③ 对于平均剪切波速位于临界值的情况, 宜结合场地地脉动测试的结果, 综合进行判断某工程平均剪切波速为146M/S, 覆盖层厚约47米, 判定为Ⅱ类,实际上, 由于测点选择及测量上的误差, 计算的平均剪切波速误差可能超出6M/S, 参照地脉动测试结果, 该场地地脉动周期约0.39S, 由此可判断其卓越周期远大于0.4S, 因此, 该场地判定为Ⅲ类场地较为合适。

二、结构的概念设计 　　地震是一种随机运动, 有着难以把握的复杂性和不确定性, 要准确预测建筑物所遭遇的地震的特性和参数, 一时难以做到。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, 非结构构件的材料性能及其提供的强度储备, 连接构造等多种因素, 存在着不准确性, 在建筑抗震理论远未达到科学严密程度的今天, 单靠计算很难使建筑具有良好的抗震性能因此, 着眼于建筑总体抗震能力的概念设计, 愈来愈受到国内外工程界的普遍重视。实践证明, 在设计一开始就把握好的房屋体形, 结构体系, 刚度分布, 构造延性, 多道防线, 能量耗散等几个重要方面, 从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节,再辅以必要的计算和构造措施, 才有可能使设计出的建筑具有良好的抗震性能和足够的可靠度。

概念设计的基本要点包括： 1.有利的房屋体形, 包括平面要简单, 立面变化要均匀, 房屋高度要合适, 不大的房屋高宽比, 足够的基础埋深等概念。 2.合理的结构布置, 包括结构平面刚度应力求均匀对称, 竖向要等强即各楼层屈服强度系数大致相等（楼层屈服强度系数是楼层实际受剪承载力标准值与 结构弹性地震反应楼层剪力的比值）。 3.应控制结构的变形。 4.适宜的结构刚度, 既不太刚, 也不太柔。 5.尽量减轻房屋的自重, 因地震作用直接与房屋质量有关, 减轻自重, 能有效地减少地震作用。 6.确保结构的整体性, 如构件间的可靠造接, 现浇混凝土施工缝的处理等。 　　

三、结构计算 1、常用计算程序 目前常用的结构计算程序大致可分为以下四类： ①平面框架结构 ②平面框架（壁式柜架）空间协同 ③空间薄壁杆系 ④空间墙板单元 　　平面框架结构系截取结构的一片进行计算, 仅适用于较为规则的框架结构, 在7度区以上使用时, 应按双向地展作用进行计算在审查过程中经常发现采用此类程序计算时, 设计人员只进行单向地展作用计算,另外一向按连系梁进行计算及配筋, 另外, 也发现对复杂的空间框架强行分片计算的不合理现象。

　　平面框架（壁式框架）空间协同适用于比较规则的框剪结构, 对于较复杂的筒体及框筒体系, 该程序无法准确反映其受力特性。 空间薄壁杆系依据符拉索夫开口薄壁杆件理论编制, 实际使用中存在刚度偏大的间题, 同时, 对于肢数较多的墙体, 与该墙体有关的构件的计算结果, 与该墙体所选用的计算简图有较大的关系, 实用上经常发现与墙体关联的构件出现结果异常现象。 　　空间墙板单元计算程序是新近推出的新一代分析程序, 它采用墙板单元模拟剪力墙结构, 较好地解决了剪力墙的计算模式问题, 通过引进了结构概念, 使程序具备计算较复杂结构的能力, 但计算机的工作量相应增加。

2、计算参数的确定 在设计审查过程中, 经常发现由于计算参数选用不合理而导致计算结果的差异, 列举如下： ① 场地类别选择错误。场地类别直接影响结构计算中的反应谱曲线, 场地类别选择不当, 直接影响计算的地震力的大小。 ② 计算周期未予折减。由于考虑到填充墙等非结构构件的刚度在结构计算中未予考虑, 因此, 计算的结构自振周期较实际结构周期偏长, 如未进行周期折减, 则计算的地震力偏小结构偏于不安全。 ③ 梁刚度放大。程序输入梁的断面通常是矩形断面, 未考虑楼板对结构刚度的贡献, 因此, 应通过对梁刚度放大, 考虑楼板对结构刚度的影响。 ④ 对于局部有搭楼的结构, 为考虑其鞭梢效应,应选用足够多的计算振型数, 一般应取6个振型数以上（非藕连）。

3、计算结果的选用 　　对于计算结果的判断, 应考虑计算周期是否在合理的范围内, 以保证结构刚度合适。地震力计算是否适当, 如地震力力偏小, 应适当放大地震力。另外, 还应对变形进行复核, 应该注意, 许多程序提供的位移数值是结构形心处的数值, 而不是最不利位置的数值, 应进行转换后与规范限值进行比较。

四、常见的设计失误 1、缝宽不符合要求。部分设计人员依然沿袭沉降缝的设计方法, 而未考虑沉降缝应按抗震缝要求设置。 2、不同的基础方式混用（包括部分设置地下室部分未设置地下室）, 应注意两部分的地震激励存在差别, 因此应尽量避免采用。 3、不同的结构形式混用, 如部分采用框架部分采用砖混结构, 因为两种形式的地震反应是不同的, 因此应避免混用。 4、短柱的判断。规范规定柱净高与柱长边的比值小于4的柱为短柱, 应采取措施。部分设计人员对柱净高的理解存在偏差, 对于底层地面以为不是支点, 因而对于底层为杂物间的框架结构, 未能对底层存在的短柱进行处理另外, 对于楼梯间因层间平台引起的短柱问题也未给予充分注意。

5、《钢筋混凝土规范》规定柱断面不大于400的柱可不设复合箍, 而《抗震规范》规定三级框架柱加密区箍筋肢距不宜大于250, 许多设计只满足《钢筋混凝土规范》的要求, 而不满足《抗震规范》的要求。 6、砖混结构设计未进行抗震验算。 7、砖混结构窗间墙长度不符合规范规定的不小于的要求。 8、玻璃幕墙等非结构构件应考虑地震作用下可能产生的最大侧移。