对于山地建筑结构设计地震动输入与侧向刚度控制方法分析

摘要：当今时代，山地建筑风越来越流行，拥有山、水、林景观的居住环境成为人们所向往的生活环境。与平原不同，山地表面形态奇特多样，崎岖不平。有的彼此平行，绵延数千公里；有的相互重叠，连绵不断。这对山地建筑而言是一个极大的挑战。本文对山地建筑结构设计地震动输入与侧向刚度控制方法进行分析，希望有助于促进山地建筑施工的顺利进行。

关键词：山地建筑；设计结构；地震；侧向刚度；控制

我国地形复杂多样，有雄伟的高原、起伏的山岭、广阔的平原、低缓的丘陵以及大小不一的盆地。总的来说，我国山区面积广大，山地面积占陆地面积的三分之二以上。许多城市被山地环绕，为满足人类生存发展的需要，山地建筑应运而生。而在对山地建筑结构进行设计时，要充分考虑其中存在的安全隐患。防震设计师山地建筑设计的重中之重。

1 山地建筑设计

1.1 山地建筑的概念

山地建筑是指建造在地势相对较高、地表起伏相对较大的地貌上的建筑物。与平原建筑不同，山地建筑需要考虑的因素更多，在施工建设中的难度更大。

1.2 山地建筑的形态特征

山地建筑的形态与山地建筑所依托的山地环境息息相关。一般来说，在进行山地建筑结构设计时，要本着尽量少破坏山体、少破坏植被、少破坏地貌的原则。

1.3 山地建筑设计的现状

山地不具备平原地形平坦、土地肥沃、水网密布以及交通便利等利于经济发展的优势条件，因而不可能成为人类居住的首选地。但随着社会经济的不断发展，为满足环境保护和发展旅游业的需要，山地建筑设计的作用越来越突出。

1.4 研究山地建筑设计的必然性

1.4.1 土地是人类赖以生存的重要物质基础，要充分利用每一寸土地。我国山地面积广大，加大对山地的开发利用是社会经济发展的必然。社会经济不断发展，人们的物质生活水平得到改善和提高，新的科技发明创造层出不穷，这一些条件为山地建筑设计提供了可能。

1.4.2 古人云：近山而志高，山不仅使人类的栖息地，也是人类亲近大自然的场所。爬山锻炼、山上看日出等都是人类喜爱的活动。因此，对山地建筑设计进行研究有着十分重要的意义。

2 山地建筑结构设计地震动输入

2.1 地震动输入的概念

地震动输入是指工程结构抗震分析的基础，地震动输入的可靠性水平在很大程度上决定了结构抗震安全评价结论的可靠性水平。

2.2 地震动输入的方法

一般来说，地震动输入方法主要有：直接求解法、相对运动法、大质量法以及等效荷载法。直接求解法是指通过直接求解结构在多点激励下的动力学平衡方程中来获得结构响应的方法；相对运动法在一致激励下对结构的线性和非线性反应进行分析的方法；大质量法是一种相对简易的计算方法；等效荷载法是指求解一致激励下的动力学平衡方程的方法。

3 山地建筑结构侧向刚度控制

建筑抗震设计主要包括三个方面的内容：概念设计、抗震计算和构造措施。概念设计是对抗震进行一个总体把握；抗震计算是指通过地震作用计算和抗力计算为建筑的抗震设计提供定量手段；构造措施目的在于保证结构的抗震能力。这三个手段是建筑结构中不可分割的有机整体。

3.1 刚度的概念

刚度指某种构件或结构抵抗弹性变形的能力，其作用是把荷载或作用力与随之发生的结构变形联系起来。

3.2 刚度分布对结构设计的影响

由于刚度分布的不同，其对建筑结构的影响是不同的。一般来说，刚度分布特征对以下三个方面产生重大影响：层剪力分布、对弹性层间位移角以及相对屈强比。

3.3 刚度控制指标建议

对建筑进行合理的布置是抗震概念设计的重要原则，只有对刚度进行合理控制，才能对建筑结构进行合理的布置以达到防震、抗震的目的。

3.3.1 竖向不规则程度的控制指标及建议

对建筑结构进行抗震考虑，必须要对结构进行强度计算与设计。为防止房子在高强度水准的地震作用下倒塌，就要规范采用相应的侧向刚度比指标进行控制。这样才能使建筑抵御相对较强的地震带来的损害。

3.3.2 关于薄弱层位置判定及控制建议

刚度控制是薄弱层控制的前提和基础，在对刚度进行控制的前提下，掉层结构薄弱层的位置也会随层内刚度比的变化而变化。在对掉层结构薄弱层进行位置判定是有如下方法：层刚度比达到0.5，当层内刚度比小于0.7时，薄弱层在上接地层二层；当当层内刚度等于或大于0.7时，薄弱层在上接地层一层和二层。

4 山地建筑结构设计

4.1 山地建筑结构设计方法

山区建筑依山而建，主体建筑必须与具体的实际地形向结合，从而达到错落有致的效果。受地形、地势的影响，山区建筑功能要求高，建筑结构复杂，这对建筑结构设计来说是一大考验。在具体的设计中要注意做到以下几个方面。

4.1.1 设置防震缝来避免高层结构连体

设置防震缝，可以将复杂结构分割为较为规则的结构单元，有利于减少房屋的扭转并改善结构的抗震性能。地震区设计多层砖混结构房屋，为防止地震使房屋破坏，应用防震缝将房屋分成若干形体简单、结构刚度均匀的独立部分。

4.1.2 避免采用特别不规则的结构形式以保证建筑主体的稳定性、竖向结构的连续性以及建筑的防震性

4.1.3 设置护士墙以防止由于填土或土体变形引起主体结构变形失稳，使主体结构形成独立的抗侧力体系

护土墙为一建于斜坡的建筑物，用以加固土坡或石坡。防止山崩，防止土块和石块落下，以保护行人和附近建筑物的安全，亦可防止水土侵蚀。护土墙材料可以是石头、木材、砖或钢铁，有多种形式。护土墙中常有排水设计，以防止水在护土墙后积聚，以免水压过大令护土墙到塌。

4.2 进行防震设计的必要性和重要性

4.2.1 地震，又称为地动、地震动，地壳运动的一种特殊表现形式。由于地壳运动引起的地球表层的快速振动，地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波地震给人类的生产、生活带来严重的损害。除了直接造成房倒屋塌和山崩、地裂外，还会引起爆炸、水灾、滑坡、泥石流等次生灾害.此外由于地震所造成的社会秩序混乱、生产中断、家庭破坏和人们心理的损害，往往会造成比地震直接损失更大的。

4.2.2 我国地形复杂多样，以山地为主。人多地少是我国的基本国情，合理利用每一寸土地是我国的一项基本国策。山地虽然不具备平原的诸多优势条件，但因其自身的独特性也被人们广泛利用。山区人口在我国总人口中也占有一定的比例，对山区的建筑进行防震设计，为山区人民的生命财产安全提供了有效的保障。

4.2.3 随着社会经济的发展，人们生活质量得到改善、生活水平，明显提高。大家在厌倦了喧闹、拥挤的城市生活之后都趋向于回归自然，有的人愿意移居到有山水环绕的地方，在山区盖洋房、修建别墅等。这样的情况极大地推动了山区建筑的发展。在山区进行施工建设必须要考虑山地特殊的自然条件，地震多发是山区的一个显著特征。因此，在山地建筑中考虑防震设计师十分必要的。

结束语

我国山地面积广大，山地建筑行业具有远大的发展潜力和前景。山地建筑应与自然环境、人工环境以及生态环境箱融合，为符合社会发展和人类需要，创造出一种更适合于人类生存和发展的高质量的居住环境。山地建筑日益增多，对高质量山地建筑的需求越来越大，因此，对设计师来说，对山地建筑设计进行深入探讨与分析是十分重要的。

参考文献：

[1]王丽萍.山地建筑结构设计地震动输入与侧向刚度控制方法[D].重庆大学.2010.

[2]杨威，苗凯峰.山地区域大跨度坡屋顶建筑结构设计[A].2012建筑结构抗震技术国际论坛论文集[C].2012.

[3]陆伟，邸明尧.山地掉层建筑结构计算措施探讨[J].山西建筑，2014，（8）

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