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关键词：地震灾难；建筑结构；设计优化

摘要：从曾经遭受过地震灾害的建筑物中吸取经验教训是非常重要的。由于缺乏经验和抗震设计。在唐山大地震，汶川大地震中，中国建筑给我国造成了巨大的人员伤亡和财产损失。本文主要分析地震灾害对建筑结构的影响，为建筑结构抗震优化设计提供指导。

建筑结构抗震基础知识

原因分析。诱发地震：由于人工爆破，采矿和工程活动（如修建小型水库）而引起的地震。

火山地震：由于火山喷发，地面震动导致熔岩剧烈冲出地面。

塌陷地震：由于地表或地下某种原因（例如大型地下洞穴或老矿井塌陷）而引起的地面震动。

结构性地震：由于地壳构造活动使地壳岩层中的薄弱部分发生突然断裂，错位而引起地震。

构造地震的原因。地壳由各种大小的板块组成，漂浮在可塑性软流层地幔上，随着地幔物质的流动和缓慢移动，再加上地球的自转和离心力的公转，板块之间产生了一定的相对位移。因为板块的位移大小和方向各不相同，当板块与岩石应力的相互作用，超过岩石本身的强度，发生断裂或错动，引起地震。

结构形式与地震危险性分析

框架结构。框架结构在地震作用下的性能

调查显示，目前我国震区严格按照框架结构建筑抗震设计要求，受地震损坏较轻，基本上，灾区的框架结构能够做到“大震不倒”，在不同烈度下，梁式框架结构基本完好无损不会出现塌陷。但填充墙和墙体都有不同程度的损坏，因为没有足够的或无效，造成建筑物倒塌、填充墙开裂或破坏。

框架结构的灾害分析。中国近年来，在地震中大多数框架结构未能实现“强柱弱梁”设计。根据地震破坏的调查分析，本文主要分析以下几个原因：

1.填充墙等非结构性构件的影响；

2.楼板对框架梁的承载力和刚度的影响增加；

3.框架梁的跨度和载荷太大，使梁截面尺寸增大，冲击荷载使受弯承载力增大；

4.梁端钢筋的超强实际强度和补强；

5.轴向压缩比极限规则高，圆柱截面尺寸小；

6.最小配筋率和最小配箍率;

7.在火灾中结构与结构的弹性应力状态不同；

8.梁的可靠性。

由于“强柱弱梁”框架结构的存在，大多数对纯框架结构的研究都考虑了其他因素，但没有给出具体的规范和方法，使得这些因素在设计中没有得到充分考虑。

底部框架砌体结构。可以满足底层设置车库、开设店铺等上层住宅的要求，建筑物性价比高。经济欠发达地区的住宅和建筑物一般都采用这种结构。

底层框架在砌体结构抗震性能中的作用

1.框架底部薄弱层的崩塌

在一次又一次的地震作用下，底部框架会产生大量的塑性变形，而一般的钢筋混凝土柱很难实现满足延性要求的变形，从而对底部造成严重破坏。

2.由于结构布置不正确造成的

由于结构布置混乱，框架和砖结构的侧向刚度大。框架房屋前后的侧向刚度非常不均匀，这种建筑的破坏更为严重。尤其是底部。

框架柱上出现塑铰柱，下部砖墙破坏严重，尤其是砖墙的后半部分承重墙损坏非常严重。

3.基本框架的转变

上部砌体结构由承重墙将载荷传递至下层框架，砌体转换层的框架由于载荷传递路径或中断而变化，导致梁柱节点的应力不均匀，下层框架将产生较大的扭转变形。

另外，结构的布局和结构的复杂多样化造成刚度中心和质心不易重叠，扭转振动受力结构受空间的限制。

底层框架砌体结构的灾害分析。底部框架结构易于形成“底部柔软，顶部重”的系统结构。底部框架结构由于侧向变形较大，当底部框架的变形超过混凝土构件的极限时，框架会发生倒塌，导致建筑物整体倒塌。因此，进行抗震性能分析和抗震概念设计尤为重要。

框架结构。在框架中，是指内部承重的框架，外部为承重砖房，包括内部为单柱和多层框架房在该排柱至顶部和底部仅为内部框架和上层为底层框架的砖房，是一种混合的承重结构。

地震中的内部框架结构。地震中的多框架砖房

（1）承重横墙交叉斜裂缝，呈现抗剪强度破坏;地震烈度9度以上的地区，横墙倒塌破坏，导致房屋倒塌。

（2）横墙顶端向外倾斜，严重的情况下，横墙塌陷，屋顶塌陷，它表明横墙与屋顶连接不发生平面外稳定性的损坏。

（3）垂直墙，梁底和窗口在墙体的上，下侧之间产生水平裂缝，砖砌体局部破碎崩落，呈平面外弯曲型。破坏现象以顶部垂直墙发生最多，破坏程度最大。另外，当横墙间距较大时，两横墙外纵墙砖桩之间的中点损坏较重，横墙附近的轻夹损坏。显示地震期间楼板的水平变形。

（4）除墙体的顶部和底部两侧之间的窗户在墙体的外侧产生水平裂缝外，还会出现对角裂缝。

（5）房屋外墙阳角处产生v形裂缝，伴有双向位移，甚至出现角洞。

（6）加强基层的顶部和底部的内筒产生裂纹，严重的情况下，它会因碱腐蚀变脆而掉落，钢筋屈曲。

（7）硅钢梁，在靠近轴承的垂直方向略有斜细裂纹。

多层内框架砖房的地震破坏规律

1.砖墙平面外弯曲并破坏框架柱。

2.砖墙剪切破坏，重量轻，上部轻。

3.重型现浇轻型框架中的预制框架损坏。

4.预制楼板损坏，整体现浇地板损坏。

5.顶部外墙纵向墙最重的柱子平面外弯曲破坏，并随着横墙间距的增加而增加，反映了地震时楼板的变形水平明显增大。

6.砖墙损坏，梁柱损坏较轻。砖墙是抗侧力的主要组成部分，而且是房子的薄弱部分。

7.单柱房屋壁柱破坏，反映楼板的强度对水平变形的影响，与长宽比成正比关系。

灾难中的框架结构分析。多层框架砖房在地震中有两个特点：一是横墙间距较大，高度较高，因而楼板刚度相对较低，房屋整体空间效果差。二是房屋的外墙承重结构和内部框架由砖石和混凝土两种材料组成，刚度和极限变形值大，在地震作用下变形。

带有内部框架的砖墙在水平地震作用下可分为两个阶段：弹性变形阶段，由于外部砖墙的刚度比内部框架柱大得多，因此绝大多数水平地震剪力将由刚度较大的墙体承担，而框架柱水平地震作用所占比例较小。内部框架砖墙数量少于普通多层砖墙，砖墙的破坏更为严重，因此，尽管现阶段框架具有良好的抗震性能，在弹塑性变形阶段房屋的变形急剧增加，墙柱之间的内力重新分布，砖墙承受的部分地震剪力传递给框架，框架的内力和变形也急剧增加。

综上所述，具有内部框架的砌体房屋在地震破坏作用下，从砖块到框架的分而治之，虽然在具有内部框架的砖房中框架柱具有良好的延性，但在相同地震烈度破坏下其破坏程度比多层砌体房屋严重。

抗震结构设计建议

选择良好的地基和场地

1，应根据工程实例，掌握地震活动的工程地质信息，对地震的不良，危险区域进行综合评价，应选择有利区域，避免不利区域，在不能避免时应采取有效措施，不应再在危险的场所建造A，B，C级建筑。

有利地区是指：坚硬或平坦的开阔场地，密实均匀的硬地。

不利地区是指：软土，液化土，条形凸起，高耸的山坡，岩石，河岸和边坡的陡坡，河道，断层破裂带等。

危险区是指:地震、沉降、地裂缝、滑坡、地表破裂等部分地震带上可能发生的滑坡和崩塌等。

2，同一结构单元不应设置在不同性质的地基上，也不宜部分采用天然地基，应采用桩基。对于含有软粘土层、液化土层、新填土层或严重不均匀土层的地基，在地震或其他不利影响时，应进行地基不均匀沉降估算，并采取相应措施。在不同的地基上进行施工时，应设置沉降缝。

3.大量地震破坏表明场地条件对建筑物地震破坏的影响较大，场地条件对地震破坏的主要影响因素是液化土的硬度和地面覆盖层的厚度。土质越软，覆盖越厚，破坏越大

施工现场的分类应等同于土体剪切波速度，以地面覆盖层厚度为准。

土体剪切波速度测量应满足以下要求：

1，在野外的初步勘探阶段，对同一地质单元的大面积区域，测量土的剪切波速时，钻井次数应控制在钻井数量的五分之一至三分之一，可以减少山谷面积，但不能少于三个。

2.在现场详细勘察阶段，对于单栋建筑物，测量土的剪切波速度的钻井量应不小于两次，当数据变化较大时，可以增加；在居民区同样地质的高层建筑物中，测量土体剪切波速度可适当减少钻井次数，但每栋建筑物不少于一次。

3，对于丁类基础，层数小于10且不大于30m的c级的建筑，当没有实测剪切波速时，根据各土层的名称及岩土特性估算各土层剪切波速。

4，施工现场覆盖层厚度应符合下列要求：

一般而言，应按从地面到剪切波速度大于500m/s的土端面的距离。当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。

5，土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。

6，土层等效剪切波速度，应按式计算：VSE=DO/T

建筑结构设计。建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重的不规则设计，严重的不规则建筑物可分为平面不规则和垂直不规则，建筑及其对结构的横向力的抵抗力的平面规则，对称，并应具有良好的完整性；建筑立面的结构和型材要有适当的规则，横向刚度应均匀，垂直构件的截面尺寸应能抵抗横向力，而材料的强度应自下而上逐渐减小，避免横向刚度和承载力抵抗横向力突变的结构。这就要求建筑设计师不要盲目追求新颖，独特，与众不同。

系统结构

1.系统的结构应根据建筑抗震设防类别，抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、基础、结构、材料和施工工艺，确定技术、经济和使用条件。

2.系统的结构应满足以下要求：应具有清晰的图解计算和合理的传统地震作用经验。应避免因部分结构或构件损坏而导致整个结构抗震能力丧失或重力承载力丧失，应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和抗压能力以及消耗地震能量的能力。可能存在的薄弱环节，应采取措施提高抗震能力。

结构体系仍应满足以下要求：

1.应该有一条多通道地震线

2.应具有合理的刚度和承载力分布，避免局部消失或突变弱部位，或应力集中变形集中过大。

3.结构在两个主轴上的动力特性应相似。

4，砌体结构应按钢筋混凝土、环梁及结构性能规定、核心柱设置或采用配筋砌体等

5.混凝土结构应合理选择尺寸

配置竖向承重钢筋和箍筋，避免在弯曲破坏前剪切断裂、混凝土挤压破坏前屈服钢筋、钢筋锚固粘结破坏前构件破坏。

6.预应力混凝土构件要承受横向力，应配备足够的预应力钢筋。

7.钢结构应控制尺寸合理，避免局部屈曲或整体屈曲。

8节点易发生故障，不应先于其他连接组件。

9.锚的预埋部分易损坏，不应在安装前进行。

10.预制结构的连接，应能保证结构的完整性和预应力混凝土构件的完整性，适当锚固在核心区域的节点外。

11.为了保证结构的抗震安全，根据具体情况，应遵循结构单元之间的强连接或有效的分离方法，应采用高层建筑单元的结构来加强连接。

12.尽可能建立多道抗震措施，经过一次强烈地震伴随多次地震，只有一道防线，经过第一次余震破坏后，结构整体倒塌所造成的破坏积累。适当处理后，结构单元之间的强度关系在地震作用下以多通道线的形式出现，并考虑断线，引起内力重分布的影响，是提高结构抗震性能、避免大地震的有效措施。

13.合理布置构件以抵抗侧向力，减少地震作用下的扭转效应。结构刚度的承载能力沿建筑物高度应均匀、连续分布，避免造成结构薄弱或薄弱部位。

14.结构应具有必要的承载能力，刚度，稳定性，延展性和耗能性能。主要构件的延性应具有较高的能耗和适当的刚度，在竖向荷载作用下不应以主墙梁为主要构件。

15，合理控制结构的非弹性，掌握结构的屈服过程，实现合理的屈服机制。

16.采取有效措施防止钢筋过早滑落，混凝土剪切破坏和压碎破坏而脆性断裂。

17.住宅的主体结构体系应根据不同结构体系的高度严格控制结构和高宽比。

18.墙，柱，梁钢的加密部位必须按规格要求严格把关。

结构

1.建筑结构及其附属机电设备、结构本身及其主体连接等结构应进行抗震设计。

2.附着在楼板，屋顶结构上的结构，应与主体具有可靠的连接，避免在地震发生时坍塌而伤及重要设备

3.应考虑围墙和隔墙，以防地震时的不利影响，避免不合理的设置，造成主体结构的破坏。

4.幕墙，装饰盖及与主体结构的连接应可靠，避免地震时脱落。

5.安装在建筑上的辅助机械，电气设备系统的支撑和连接，应符合地震作用的要求，且不得造成零件的损坏。

结论

大地震给人类带来了许多灾难。特别是自20世纪以来，世界范围内的地震造成了巨大的财产损失和人员伤亡，严重危害了社会和谐和可持续发展。这些重大地震灾害不断挑战着人类对地震灾害的认

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