建筑抗震设防等级与结构的关系

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1、建筑结构建筑是一门流动的艺术，而结构是建筑的骨骼，没有结构，就没有造型， 也就没有空间。本文就建筑结构（中国建筑工业出版社）一书当中的建筑结构与建筑 关系、混凝土结构、建筑抗震设计三大块谈谈自己的认识。建筑结构与建筑关系建筑的三个最基本的要素包括强度、适用、美观。强度保证了建筑物的稳 定性和坚固性，对于适用性设计者们设计建造出了满足不同功能要求的建 筑，美观这是建筑像艺术延伸，是一种更高的美学追求。人类从刀耕火种 到栖身于洞穴、木屋、最后逐渐到高楼大厦。人类文明也实现从野蛮到文 明的跳跃。可以这么说人类文明的演替就是一部建筑史。结构是建筑的骨骼，无论是低矮的茅屋还是摩天大楼都离不开结构的支撑。

2、 所以结构体系的形式不可避免地与他所要支撑的建筑物的形式有着密切的 关联。在建筑设计中，建筑师总是把结构放在从属地位，要求结构必须服从建筑， 一切以建筑队为先导，这一观念分割了科学的完整性，忽略了基本的力学 规律，片面地追求建筑与技术与建筑艺术的结合和最大满足使用功能的要 求，这样往往给某些建筑工程质量带来了质量隐患和不安全因素。任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而有限的结构 设计技术水平又制约着建筑设计层次。因此，在做建筑设计的过程中，建 筑师应具备有一定的结构方面基础，能与结构设计适当结合，相互调协， 使二者相统一，才能创作出真正优秀的建筑设计作品。然而，许多建筑设计师，

3、强调创作的美观、新颖、标新立异，强调创作的 最大自由度，然而这样的建筑设计将会给结构设计带来很大的困难，作为 建筑物本身必须承受起巨大的自重荷载和活载、水平风力、地震力、扭矩 力等。如果建筑设计人员在进行平面设计和竖向设计构思时，不依据基本 的结构技术原理和有关结构的受力特征，不征询结构设计师的意见，往往 会使结构工程师不能有效地选择合理的结构体系，进行结构设计导致结构 的不稳定等问题。所以建筑与建筑结构有着相当大的关联就如我们大家所熟悉的美国纽约港口的自由女神像、澳大利亚的悉尼歌剧 院、中国的皇家建筑群、法国巴黎的埃菲尔铁打这些耳熟能详的建筑 都是结构很好的服务建筑，服从建筑的典范。混凝土结

4、构谈谈本书当中的第二篇的第四章混凝土结构的认识在19世纪末20世纪初，我国也开始有了钢筋混凝土建筑物，如上海市的 外滩、广州市的沙面等，但工程规模很小，建筑数量也很少。解放以后， 我国在落后的国民经济基础上进行了大规模的社会主义建设。随着工程建 设的发展及国家进一步的改革开放，混凝土结构在我国各项工程建设中得 到迅速的发展和广泛的应用。混凝土结构在水利工程、桥隧工程、地下结构工程中的应用也极为广泛。 用钢筋混凝土建造的水闸、水电站、船坞和码头在我国已是星罗棋布。如 黄河上的刘家峡、龙羊峡及小浪底水电站，长江上的葛州坝水利枢纽工程 及正在建设的三峡工程等。混凝土结构包括素混凝结构、钢筋混凝土结构

5、、型钢混凝土结构、钢管 混凝土结构和预应力混凝土结构等。素混凝土素混凝土是指不配置任何钢材的混凝土结构。素混凝土是钢筋混凝土的重 要组成部分，由水泥、砂（细骨料）、石子（粗骨料）、矿物参合料、外 加剂等，按一定比例混合后加一定比例的水拌制而成。普通混凝土干表观 密度为19002500kg/m3，是由天然砂、石作骨料制成的。当构件的配筋 率小于钢筋混凝土中纵向受力钢筋最小配筋百分率时，应视为素混凝土结 构。这种材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度却很低，故一般在以受压 为主的结构构件中采用，如柱墩、基础墙等。型钢混凝土型钢混凝土结构是指在型钢周围布置钢筋，并浇筑混凝土的结构。型钢分 为实腹式和空腹

6、式。实腹式构件具有较好的抗震性能，而空腹构件的抗震 性能与普通混凝土构件基本相同。因此，目前在抗震结构中多采用实腹式 构件。实腹式型钢可由钢板焊接拼制而成或直接采用轧制型钢。钢管混凝土就是把混凝土灌入钢管中并捣实以加大钢管的强度和刚度。钢 管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢 管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时 克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来，随着理论研究的深入 和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式 的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混 凝土结构等，其中矩形钢管混凝土

7、结构和圆钢管混凝土结构应用较广。 钢筋混凝土当在混凝土中配以适量的钢筋，则为钢筋混凝土。钢筋和混凝土这种物理、 力学性能很不相同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要靠两 者之间存在粘结力，受荷后协调变形。再者这两种材料温度线膨胀系数接 近，此外钢筋至混凝土边缘之间的混凝土，作为钢筋的保护层，使钢筋不 受锈蚀并提高构件的防火性能。由于钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和 混凝土两者性能特点，可形成强度较高，刚度较大的结构，其耐久性和防 火性能好，可模性好，结构造型灵活，以及整体性、延性好，适用于抗震 结构等特点，因而在建筑结构及其他土木工程中得到广泛应用。预应力混凝土预应力混凝土是在混凝土结

8、构构件承受荷载之前，利用张拉配在混凝土中 的高强度预应力钢筋而使混凝土受到挤压，所产生的预压应力可以抵销外 荷载所引起的大部分或全部拉应力，也就提高了结构构件的抗裂度。这样 的预应力混凝土一方面由于不出现裂缝或裂缝宽度较小，所以它比相应的 普通钢筋混凝土的截面刚度要大，变形要小；另一方面预应力使构件或结 构产生的变形与外荷载产生的变形方向相反（习惯称为“反拱”），因而可抵 销后者一部分变形，使之容易满足结构对变形的要求，故预应力混凝土适 宜于建造大跨度结构。混凝土和预应力钢筋强度越高，可建立的预应力值 越大，则构件的抗裂性越好。同时，由于合理有效地利用高强度钢材，从 而节约钢材，减轻结构自重。

9、由于抗裂性高，可建造水工、储水和其它不 渗漏结构。钢筋混凝土的受弯和受压钢筋混凝土受弯构件正截面的受力性能和破坏特征与受拉钢筋的配筋率、 钢筋强度和混凝土强度等因素有关。一般可按照其破坏特征分为三类：适 筋截面、超筋截面和少筋截面。受压构件按其破坏特征分为：剪跨比、混 凝土强度、箍筋配筋率、纵筋配筋率、斜截面上的骨料咬合力、截面的尺 寸和形状。建筑抗震设计地震是一种自然现象，成因是地震学科中的一个重大课题。地震产生原因：主要是板块的运动导致的。地表局部重力的改变，有 时也可以导致构造地震。比如，大型水库的修建，改变了地表局部的重力 分布，有时会导致局部区域板块的断裂。断裂的过程，会产生构造地震

10、， 这样的地震强度一般不大。地震主要有两类，其一，火上地震。火山爆发 可以引起地震，这类地震强度不大，占地震的总比例也不大，在地震构成 中处于次要地位。其二，构造地震。这是最常见最普遍的一类地震，强度 可大可小，最强烈的一批地震都属于构造地震。震级与能量地震震级：一般将小于1级的地震称为超微震；大于、等于1级，小于3级的 称为弱震或微震；大于、等于3级，小于4.5级的称为有感地震；大于、 等于4.5级，小于6级的称为中强震；大于、等于6级，小于7级的称为 强震；大于、等于7级的称为大地震；8级以及8级以上的称为巨大地震。 迄今为止，世界上记录到最大的地震为 8.9级，是I960年发生在南美洲的

11、 智利地震。地震能量：里氏震级直接反映地震释放的能量。 其中级能量2.0x10T3尔格 （2.0x10A6焦耳），按几何级数递加，每级相差三十多倍（即差两级能量差1000倍）。地震强度：小于三度：人无感受，只有仪器能记录到；三度：夜深人静时人 有感受；四至五度：睡觉的人惊醒，吊灯摆动；六度：器皿倾倒、房屋轻 微损坏；六至七度：房屋破坏，地面裂缝；九至十度：房倒屋塌，地面破 坏严重；十至十二度：毁灭性的破坏。地震烈度：地震发生时，在波及范围内一定地点地面振动的激烈程度。（或释为地震影响和破坏的程度）。地面振动的强弱直接影响到人的感觉的强 弱，器物反应的程度，房屋的损坏或破坏程度，地面景观的变化情

12、况等。附中国地震烈度表1 度；无感仅仪器能记录到；2 度； 微有感个特别敏感的人在完全静止中有感；3 度； 少有感室内少数人在静止中有感，悬挂物轻微摆动；4 度；多有感室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿 作响；5 度；惊醒室外大多数人有感，家畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹6 度；惊慌 人站立不稳，家畜外逃，器皿翻落，简陋棚舍损坏，陡坎滑 坡；7 度；自行车、汽车上任由感觉， 房屋轻度破坏 局部破坏、开裂，经小 修或者不修可以继续使用；牌坊，烟囱损坏，地表出现裂缝及喷沙冒水；8 度；行走困难， 房屋中等破坏 结构受损，需要修复才能使用；少数破 坏路基塌方，地下管道破裂；树梢折

13、断；9 度；行动的人摔倒， 房屋严重破坏 结构严重破坏， 局部倒塌修复困难； 牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲；滑坡塌方常见；10 度；处于不稳状的人会摔出，有抛起感， 房屋大多数倒塌 ；道路毁坏， 山石大量崩塌，水面大浪扑岸；11 度； 房屋普遍倒塌 ；路基堤岸大段崩毁，地表产生很大变化，大量山 崩滑坡；12度；地面剧烈变化，山河改观一一切建筑物普遍毁坏，地形剧烈变化 动植物遭毁灭；地震对建筑的破坏用“地动山摇”“山崩地裂”来描述地震到来时的情形一点也不过分。由于 建筑物依附在地球表面，建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方 式影响。建筑物破坏有三种方式：上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。或复 合

14、作用。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，相当于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，在震区常常看到这种现象。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

15、的时间差引起的。这 种情况引起建筑物扭动。建筑物一般抗扭能力较差，很容易扭坏。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。在离震中较近的范围，往往三种方式交织作用，所以破坏力很大。此外，每个建筑物都有自己特定的自振频率，如果这个频率与地震作 用的频率接近，还会引起类似共振的效应。还有一种破坏形式叫“液化”。如果建筑物基底是粉细沙，房子建在上面， 当大地摇动时，沙粒向旁边跑，房子就会往下沉，引起倾斜甚至倒塌。唐 山地震时，很多房子就是这样损毁的。这次汶川地震没有出现 “液化现象”， 但由于山体不稳引发的滑坡却很多，许多建在山坡上或山脚

16、下的房子就是 这样损坏的。建筑的抗震设计抗震设防要求抗震设防要求是指经国务院地震行政主管部门制定或审定的， 对建设工程制定的必须达到的抗御地震破坏的准则和技术指标。它是在综合考虑地 震环境、建设工程的重要程度、允许的风险水平及要达到的安全目标和国 家经济承受能力等因素的基础上确定的，主要以地震烈度或地震动数表述， 新建、扩建、改建建设工程所应达到的抗御地震破坏的准则和技术指标。 抗震设防分类抗震设计中，根据使用功能的重要性把建筑物分为甲、乙、丙、丁四 个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次 生灾害的建筑，乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的 建筑，丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于 抗震次要建筑。 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求： 甲类