某庄园别墅结构抗震性能化设计研究

（1． 郑州大学 土木工程学院，郑州 450001； 2． 河南老街坊置业有限公司，郑州 450046）

要：结合我国抗震设计规范，针对某公司开发的“迪亚庄园”别墅的结构形式及场地特点，对该别墅结构进行了

抗震性能化分析，并进行了优化设计．结果表明，按照抗震性能优化设计后，结构能满足规范要求，且具有较大的安全

储备，经济效益良好 . 研究结论为类似别墅建筑的开发设计提供了参考依据 .

关键词：别墅结构； 抗震设计； 性能设计

中图分类号：TU 311.3

文献标识码：A

地震是人类社会面临的一种突发式的自然灾害，它对建筑物的破坏作用主要是由于地震波在土中传播

引起强烈的地面运动造成的，据统计，地球每年平均发生 500 万次左右的地震，其中 5 级以上的破坏性地震

约占 1 000 次，能够对人类造成严重危害的大地震年均仅为 10 次左右 . 地震灾害的严重程度及人员伤亡与

经济损失的大小取决于多方面的因素，如地震的震级、发生地点、发生时刻、震源深度、地震类型，地表或断层

的破裂规模，城市对地震的设防情况， （构 筑物的建筑质量、建）场地条件、抗震能力、地震诱发的次生灾害的

种类与规模，以及地震预报的水平和人类防灾减灾意识的高低 . 2008 年 5 月 12 日四川汶川 8．0 级大地震

使人民生命财产又一次遭受了惨痛的损失，此次地震引起的空前损失与人员伤亡引发了人们对各类建筑结

构抗震设计的广泛重视与反思 .

  目前，科学技术还不能准确预测并控制地震的发生，但可以运用现代科学技术手段来减轻地震灾害，其

中对建筑结构进行合理的抗震设计是减轻震害的一种积极有效的方法 . 本文针对某公司开发的“迪亚庄

园”别墅工程实例，结合其结构形式特点，按照抗震规范对其进行抗震性能化分析与概念设计，使其满足抗震

要求又不明显增加造价 .

1

结构抗震概念设计

长期的工程实践证明，地震造成损失的大小与建筑物是否采取合理的抗震设计和抗震措施以及建设质

量的优劣密切相关 . 最近几年在日本、土耳其及我国等地发生的一系列大地震还表明，凡是按新抗震规范

或较合理的抗震规范设计的建筑物受损坏程度就低，凡按旧规范或未严格按合理规范设计的建筑物受破坏

程度就高 .

另外，强调抗震概念设计极其重要，越来越多震害经验表明：规则的建筑、结构体系合理的建筑遭遇地震

时破坏较轻 . 对低层建筑，在结构选型布置上，应强调概念设计，力求做到： 房屋体型宜简单、1）规整，平面

应避免局部突出或凹进，立面应避免高低不等；同一房屋不应采用木柱与砖柱、石柱混合承重或砖墙、石墙、

土坯墙、夯土墙等墙体混合承重 . 2 纵横墙的布置宜均匀、）对称，沿平面宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴

线上的窗间墙宽度宜均匀 . 3 房屋的楼梯间不宜设在房屋的尽端 .）

1．1

地震震级、抗震等级与结构抗震设防的关系

地震震级是表示地震本身强度或大小的一种度量指标，一次地震，震级只有一个 . 我国把地震划分为 6

级：小地震 3 级，有感地震 3～4．5 级，中强地震 4．5～6 级，强烈地震 6～7 级，大地震 7～8 级，大于 8 级的为巨大

地震 .

 地震烈度是指某一地区的地面和各种建筑物遭受一次地震影响的强弱程度，相应这次地震，地震烈度与

距离震中的距离有关，越靠近震中烈度越大，不同地区则有不同的抗震烈度；抗震设防烈度是按照国家规定

收稿日期：2009-04-19

基金项目：国家自然科学基金项目（50078037）

作者简介：张

    ， 河南南阳人，讲师，工学博士，主要从事钢结构和工程结构防灾方面的研究 .哲（1977－） 男，

2009 年 7 月

张

哲等：某庄园别墅结构抗震性能化设计研究

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的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 . 对于某一个给定的地区来说，每次发生地震的震级是

不定的；但是抗震设防烈度是国家规定好的，这个就目前来说是固定不变的 . 地震震级与设防烈度之间关

系可表示如下：地震震级＝2/3×震中烈度＋1；抗震设防烈度＝多遇地震下的烈度（众值烈度 ＋1．55 . 因此我国）

现行抗震规范就是按照一个概率来估计该烈度被超过的概率（一般是定众值烈度，然后根据众值烈度＋1．55

计算设防烈度）.

抗震等级指的是建筑设计中根据结构重要性、所处地震带位置等需求划分的等级，是设计部门依据国家

有关规定，“建筑物重要性分类与设防标准”根据烈度、按，结构类型和房屋高度等，而采用不同抗震等级进行

的具体设计 . 以钢筋混凝土框架结构为例，抗震等级划分为 4 级，以表示其破坏后果很严重、严重、较严重

及一般的 4 个级别 .

抗震设防要求就是建设工程抗御地震破坏的准则和在一定风险水准下抗震设计采用的地震烈度或地震

动参数 . 通俗说，抗震设防要求就是指能使建设工程具备一定抗御地震能力的、应用于工程抗震设计的、科

学合理的抗震设防标准 . 抗震设防就是在工程建设时采取一系列措施使建设工程具备一定抗御地震能力 .

通常通过 3 个环节来达到：第一、国家主管部门根据地理、地质和历史资料，经科学勘查和验证，对我国主要

城市和地区进行划分地震烈度（地域概念 ，） 确定抗震设防要求，即确定工程必须达到所在地区的抗御地震灾

害的能力；第二是抗震设计，即对地基基础、建筑结构等按抗震设防要求和规范进行抗震设计和采取相应的

措施，使工程具有一定抗御地震的能力；第三是抗震施工，严格按照抗震设计规范施工，保证建筑质量 . 以

上 3 个环节是相辅相成、密不可分的，都必须认真进行，但确定科学合理的抗震设防要求是最关键的 .

1． 2 三水准、二阶段抗震设计方法

    我国建筑抗震设计规范（GB50011－2001 规定设防目标如下：）当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影

响时，一般不受损伤或不需修理仍可继续使用；当遭受本地区设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理

或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命

的严重破坏 . 又称为“小震不坏，中震可修，大震不倒”三水准的设防要求 . 根据不同的水准用不同抗震设，

计方法和要求来实现的，称为三水准、二阶段抗震设计方法 .

第一水准：建筑物在遭受频度较高、强度较低的多遇地震时，一般不损坏也不需修理，结构在弹性阶段工

作，可按线弹性理论进行分析，用弹性反应谱求地震作用，按强度要求进行截面设计，并复核结构变形 . 第

二水准：建筑物在遭受基本烈度的地震影响时，允许结构部分达到或超过屈服极限，或者结构的部分构件发

生裂缝，结构通过塑性变形消耗地震能量，结构的变形和破坏程度发生在可以修复使用的范围之中 . 本水

准的设防要求主要通过概念设计和构造措施来实现 . 第三水准：建筑物在遭受预估的罕遇的强烈地震时，

不至于发生结构倒塌或危及生命安全的严重破坏，这时，应该按防止倒塌的要求进行抗震设计 . 对脆性结

构，主要从抗震措施上来考虑加强；对延性结构，特别是地震时易倒塌的结构，要进行弹塑性变形验算，使之

不超过容许的变形限值 .

 二阶段抗震设计方法：①强度验算（或实行第一水准设防） 是指以小震验算承载力和结构弹性变形 .，

②变形验算（或实行第三水准设防）. 是指对特别重要的结构和易倒塌结构按大震验算层间位移，并通过构

造措施保证结构必要的变形能力（也即中震可修得到保证或实行第二水准设防）.

2 “迪亚庄园”别墅结构抗震性能化设计

根据本文以上分析可知，就房屋建筑结构就所用材料可分为：砌体结构，砖混结构，框架结构，其抗震性

能各不相同，砌体结构由于整体性能差，在满足抗震要求方面，建筑高度应在 3 层以下，超过 3 层房屋低层可

用混凝土，上部用砖砌体，做现浇楼板，增强其整体性，达到抗震要求，即通常所说的砖混结构，但此类建筑高

度不应超过 6 层，如高度增加需采用框架结构，保证其整体性，以增强其抗震能力，如常见的高层，超高层建

筑均为框架结构，其高度可达百米以上 .

  结合上述思路，对某公司开发的“迪亚庄园”别墅结构抗震性能进行分析，迪亚庄园”“别墅位于新乡市南

环路，其中迪亚庄园上海新城 A3 型住宅共 13 套，分别为 052，069～071，114～120， 和 188 号楼，185建筑地下

1 层，地上 2 层，建筑高度 8．78 m，总建筑面积为 378．62 m2 . 迪亚庄园别墅建筑结构形式为框架结构，该建筑

结构的类别为 3 类，合理使用年限为 50 年，结构抗震设防烈度为 8 度， 1 为结构剖面示意图 .图