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摘要：随着我国经济的发展，非结构构件的抗震设计的重要性日益显著。而非结构构件的安全可靠性长期被人们所忽视，为此对非结构构件的地震反应分析研究具有一定的迫切性和重要性，本文在对非结构构件的分类、震害形式等分析的基础上，对其地震分析和设计方法进行了详细的阐述。
关键词：非结构构件；地震分析；设计方法
Abstract: with the development of our national economy, the seismic design of nonstructural components of importance. Rather than the safety and reliability of structural member has long been neglected, so the seismic response of the nonstructural components analysis has a certain urgency and importance of research, based on the analysis of classification, the nonstructural components damage form and so on, the seismic analysis and design method are described in detail.
Keywords: non structure; seismic analysis; design method
中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1概述[1]
众所周知, 建筑抗震设计的主要任务一直以来都是由结构工程师完成的, 结构工程师根据《建筑抗震设计规范》等，对结构构件进行抗震作用计算,验算其抗震承载力是否满足要求。至于建筑物附属的非结构构件, 一般都没有经结构工程师的计算, 而是由建筑师、设备工程师等指定。正因为如此,非结构构件在地震时破坏的概率, 通常要比结构构件要高得多。而非结构构件的安全可靠性长期被人们所忽视,近年来, 多次强烈地震的灾害也表明, 许多非结构构件的破坏或功能的丧失, 会造成严重的经济损失, 使房屋使用功能丧失, 还可能危及用户甚至附近人员的生命安全。因此，我们在加强结构构件抗震设计研究的同时，应加强对非结构构件抗震的重视度，研究其地震分析和抗震设计方法。
2 非结构構件的概念及震害
2.1 非结构构件的定义及分类
非结构构件主要包括建筑非结构构件和支承于建筑结构的建筑附属机电设备。建筑非结构构件是指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，如非承重墙体，附着于楼面和屋面结构的构件、装饰构件和部件、固定于楼面的大型储物架等；建筑附属机电设备指，为使用功能服务的附属机械、电气部件和系统，如电梯，照明和应急电源、通信设备，采暖系统，通风和空调系统，烟火监测和消防系统，公用天线等[6]。
非结构构件也可以按其重要性分为以下三类[3]：
1．生命安全型：指构件的破坏或失效将危及人的生命安全，称该类非结构构件为生命安全型。如天棚、墙体、玻璃、楼梯、电梯等。
2．财产损失型：指构件的破坏或失效将造成严重的经济损失，称该类非结构构件为财产安全型。如各类企业的生产车间和机械设备。
3．使用功能的可持续型：指构件应具备经历地震和地震之后不破坏且能保持其使用功能的能力，称该类非结构构件为使用功能的可持续型。如医院、紧急救灾中心。
2.2 建筑非结构构件的震害[1]
建筑非结构构件在强烈地震中的破坏规律, 大致归纳如下:
(1) 无拉结的粘土砖和砌块隔墙, 极易破坏；拉结较好的砌体隔墙, 裂缝较少；轻质材料的隔墙, 如加气条板、纸面石膏板等, 破坏较轻。
(2) 无锚固的砌体女儿墙, 破坏严重。
(3) 仅用单排柱子支承的大雨篷, 地震时往往倒塌。
(4) 与主体结构无可靠连接的大型墙板, 容易掉落；石材饰面有可靠拉结时,才不致脱落；变形能力好的轻质幕墙, 包括细部安装可靠的玻璃幕墙, 一般保持完好。
(5) 格构架与楼盖拉结不牢的悬挂顶棚, 容易脱落, 尤其有悬挂重物的情况。
(6) 刚性房屋中的建筑构件, 其破坏比柔性房屋中的同类构件要轻。
(7) 地震时楼梯间粉刷层的脱落, 会导致人们疏散困难, 造成次生灾害。
(8) 防震缝处的楼、屋盖饰面层未留缝或缝隙不足, 也会引起饰面破坏。
(9) 各种标志、广告牌, 当未与主体结构可靠锚固时, 容易掉落。
2.3附属机电设备的震害[1]
建筑附属机电设备的连接构件和部件在地震时造成破坏的主要原因:
(1) 电梯配重脱离导轨, 甚至与电梯轿厢碰撞, 导致电梯使用失效。
(2) 支架间相对位移导致管道接头损坏。
(3) 设备后浇基础与主体结构连接不牢或设备支架的固定螺栓强度不足, 造成设备移位或从支架上脱落。
(4) 悬挂构件仅连接于顶棚而未锚固于楼板上或悬挂构件强度不足, 导致构件坠落。
(5) 隔振装置设计不合理, 加大了设备的振动或发生共振, 反而降低了抗震性能等。
(6) 设置于屋顶的设备, 通常比设置于较低楼层的设备更容易破坏。
2.4非结构构件的震害原因[2]
非结构构件在地震时遭到破坏主要有2个原因: 惯性力作用和结构系统变形。
(1)惯性力作用，地震发生时，结构体系的各个部分均受到惯性力的作用，非结构构件如果与结构构件锚固不牢，或者承受不了所发生的地震作用，则均会发生破坏。
(2)结构体系变形，地震发生时，结构体系必然会发生一定的变形，与结构构件连接的非结构构件，虽然能承受地震所发生时产生的惯性力作用，但可能因承受不了结构体系产生的过大变形而发生破坏。
3非结构构件地震分析
虽然结构构件与非结构构件的反应特性有所不同，但它们的基本动力反应特性是相同的。从承受地震作用到地震反应分析的形式看，主要可以分为两类：一类为不直接参与建筑结构的地震反应分析，即非结构构件虽然依附于结构构件上，但不对结构的地震反应产生影响，而且其地震反应还主要取决于所依附的结构体系的地震反应；另一类是无论在质量、刚度以及阻尼特性、自振周期上都对结构体系产生影响，而且参与结构的地震反应分析。
（1）等效侧力法[6]。一般情况下，非结构构件自身重力产生的地震作用可采用等效侧力法计算，当采用等效侧力法时，非结构构件的水平地震作用标准值按下列公式计算：
F =γηζ1ζ2αmaxG
式中：F——沿最不利方向施加于非结构构件重心处的水平地震作用标准值；
γ ——非结构构件功能系数，取决于建筑抗震设防类别和使用要求，由相关标准根据建筑设防类别和使用要求等确定，一般按要求的高低分为1.4、1.0、0.6 三档；
η ——非结构构件类别系数，取决于构件材料性能等因素，由相关标准根据构件材料性能等因素确定，一般在0.6—1.2 范围内取值；
ζ1 ——状态系数，对预制建筑构件、悬臂类构件、支承点低于质心位置的任何设备和柔性体系宜取2.0，其余情况可取1.0；
ζ2 ——位置系数，建筑的顶点宜取2.0，底部宜取的1.0，沿高度线性分布；对规范要求采用时程分析法补充计算的结构，应按其计算结果调整；
αmax ——地震影响系数最大值，可按多遇地震的规定采用；
G——非结构构件的重力，应包括运行时有关的人员、容器和管道中的介质及储物柜中物品的重力。
（2）楼面反应谱法[5]。对于非结构构件采取等效侧力法或当建筑非结构体系的自振周期大于0.1s，且建筑非结构构件的重力超过所在楼层重力的1%，或建筑非结构构件的重力超过所在楼层重力的10%时，采用楼面反应谱法。
楼面反应谱（也称楼面谱）是安装在某楼面上的具有不同自振周期和阻尼的单自由度系统对楼面地震反应时程历史的最大值的约值组成的曲线。楼面谱的发展经历了两个阶段。第一代楼面谱将不含附属系统的主系统的楼面反应作为输入，求具有不同自振周期的单自由度系统的反应谱，其优点是解耦，避免了求解主系统的运动方程。但是由于它不考虑附属系统与主系统间的质量比、谐振、非经典阻尼和多支座激励等四个影响因素，所得到的楼面谱有较大的误差。为克服第一代楼面谱的缺点，第二代楼面谱基于求解由主系统和安装在不同楼层上的单自由度附属系统组成的组合系统中附属系统的地震反应，这样就综合考虑了附属系统与主系统间的四个因素的影响，从而得到更可靠的楼面谱。有了楼面谱，再根据附属系统本身的特性（自振周期、质量和阻尼）就可查出其地震作用，而不需要分析主系统。
4非结构构件的抗震设计方法
4.1 基本计算要求[6]
非结构构件对结构整体计算的影响在结构体系抗震計算时，与非结构构件有关的规定是：
（1）整个结构体系计算地震作用时，应计入支承于结构构件的建筑构件和建筑附属机电设备的重力。
（2）对柔性连接的建筑构件，可不计入刚度；对嵌入抗侧力构件平面内的刚性隔墙等建筑构件，可采用周期调整系数等方法计入其刚度影响；当有专门的构造措施时，尚可按规定计入其抗震承载力。
（3）对需要采用楼面谱计算的建筑附属机电设备，应采用合适的简化计算模型计入附属设备与结构体系的相互作用。
（4）结构体系中，支承非结构构件的部位，应计入非结构构件地震作用所产生的附加作用，包括集中剪力、集中弯矩、集中扭矩等。
4.2 建筑非结构构件的基本抗震措施[6]
（1）建筑非结构构件的预埋件、锚件部位等应采取加强措施，以承受非结构构件传给结构主体的地震作用。
（2）非承重墙体宜采用轻质材料，布置应避免结构形成刚度和强度分布上的突变，同时应设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等与主体可靠拉结，并能与结构构件一起满足位移变形的要求。
（3）烟道、风道等不应削弱墙体，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施。
（4）各类顶棚的构件与楼板的连接件，应能承受顶棚、悬挂物和有关机电设备的自重和地震附加作用。
4.2 附属机电设备的基本抗震措施[6]
（1）机电设备不应设置在可能导致其使用工程发生障碍的二次灾害部位。
（2）机电管道洞口的设置，应减少对主要承重结构构件的削弱，洞口边缘应有补强措施。
（3）机电设备的基座或连接件应能将设备承受的地震作用全部传递到主体结构上。
（4）在设防地震下需要连续工作的机电设备，宜设置在建筑结构地震反应较小的部位，相应部位的结构构件应采取加强措施。
5结语
本文对非结构构件的分类、震害特征、震害原因等总结分析的基础上，对非结构构件的地震分析方法、工程中采取的抗震措施等方方面面进行了详细的阐述。良好的概念理解、正确的计算分析、科学的构造措施，这对于结构工程师来讲无疑会产生很大的帮助作用。而正确的非结构构件的抗震设计对减小地震灾害破坏、保障人民的财产生命安全、实现我国经济平稳向前发展必将产生很大的推动作用。
参考文献(References)：
郑毅. 关于非结构构件抗震设计的探讨[J].有色金属设计2008,（3）.
陈 凡. 非结构构件地震反应分析及设计方法[J]. 牡丹江大学学报2008,(10).
陈俊,文良谟.建筑物抗震[M].北京：水利电力出版社，1995:315-341.
吕西林,周德源等.建筑结构抗震设计理论与实例[M].上海：同济大学出版社，2002:328-338.
秦权,聂宇.非结构构件和设备的抗震设计和简化计算方法[J].建筑结构学报，2001,（3）：15-20.
国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010:160-167.
关键词：非结构构件；地震分析；设计方法
Abstract: with the development of our national economy, the seismic design of nonstructural components of importance. Rather than the safety and reliability of structural member has long been neglected, so the seismic response of the nonstructural components analysis has a certain urgency and importance of research, based on the analysis of classification, the nonstructural components damage form and so on, the seismic analysis and design method are described in detail.
Keywords: non structure; seismic analysis; design method
中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1概述[1]
众所周知, 建筑抗震设计的主要任务一直以来都是由结构工程师完成的, 结构工程师根据《建筑抗震设计规范》等，对结构构件进行抗震作用计算,验算其抗震承载力是否满足要求。至于建筑物附属的非结构构件, 一般都没有经结构工程师的计算, 而是由建筑师、设备工程师等指定。正因为如此,非结构构件在地震时破坏的概率, 通常要比结构构件要高得多。而非结构构件的安全可靠性长期被人们所忽视,近年来, 多次强烈地震的灾害也表明, 许多非结构构件的破坏或功能的丧失, 会造成严重的经济损失, 使房屋使用功能丧失, 还可能危及用户甚至附近人员的生命安全。因此，我们在加强结构构件抗震设计研究的同时，应加强对非结构构件抗震的重视度，研究其地震分析和抗震设计方法。
2 非结构構件的概念及震害
2.1 非结构构件的定义及分类
非结构构件主要包括建筑非结构构件和支承于建筑结构的建筑附属机电设备。建筑非结构构件是指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，如非承重墙体，附着于楼面和屋面结构的构件、装饰构件和部件、固定于楼面的大型储物架等；建筑附属机电设备指，为使用功能服务的附属机械、电气部件和系统，如电梯，照明和应急电源、通信设备，采暖系统，通风和空调系统，烟火监测和消防系统，公用天线等[6]。
非结构构件也可以按其重要性分为以下三类[3]：
1．生命安全型：指构件的破坏或失效将危及人的生命安全，称该类非结构构件为生命安全型。如天棚、墙体、玻璃、楼梯、电梯等。
2．财产损失型：指构件的破坏或失效将造成严重的经济损失，称该类非结构构件为财产安全型。如各类企业的生产车间和机械设备。
3．使用功能的可持续型：指构件应具备经历地震和地震之后不破坏且能保持其使用功能的能力，称该类非结构构件为使用功能的可持续型。如医院、紧急救灾中心。
2.2 建筑非结构构件的震害[1]
建筑非结构构件在强烈地震中的破坏规律, 大致归纳如下:
(1) 无拉结的粘土砖和砌块隔墙, 极易破坏；拉结较好的砌体隔墙, 裂缝较少；轻质材料的隔墙, 如加气条板、纸面石膏板等, 破坏较轻。
(2) 无锚固的砌体女儿墙, 破坏严重。
(3) 仅用单排柱子支承的大雨篷, 地震时往往倒塌。
(4) 与主体结构无可靠连接的大型墙板, 容易掉落；石材饰面有可靠拉结时,才不致脱落；变形能力好的轻质幕墙, 包括细部安装可靠的玻璃幕墙, 一般保持完好。
(5) 格构架与楼盖拉结不牢的悬挂顶棚, 容易脱落, 尤其有悬挂重物的情况。
(6) 刚性房屋中的建筑构件, 其破坏比柔性房屋中的同类构件要轻。
(7) 地震时楼梯间粉刷层的脱落, 会导致人们疏散困难, 造成次生灾害。
(8) 防震缝处的楼、屋盖饰面层未留缝或缝隙不足, 也会引起饰面破坏。
(9) 各种标志、广告牌, 当未与主体结构可靠锚固时, 容易掉落。
2.3附属机电设备的震害[1]
建筑附属机电设备的连接构件和部件在地震时造成破坏的主要原因:
(1) 电梯配重脱离导轨, 甚至与电梯轿厢碰撞, 导致电梯使用失效。
(2) 支架间相对位移导致管道接头损坏。
(3) 设备后浇基础与主体结构连接不牢或设备支架的固定螺栓强度不足, 造成设备移位或从支架上脱落。
(4) 悬挂构件仅连接于顶棚而未锚固于楼板上或悬挂构件强度不足, 导致构件坠落。
(5) 隔振装置设计不合理, 加大了设备的振动或发生共振, 反而降低了抗震性能等。
(6) 设置于屋顶的设备, 通常比设置于较低楼层的设备更容易破坏。
2.4非结构构件的震害原因[2]
非结构构件在地震时遭到破坏主要有2个原因: 惯性力作用和结构系统变形。
(1)惯性力作用，地震发生时，结构体系的各个部分均受到惯性力的作用，非结构构件如果与结构构件锚固不牢，或者承受不了所发生的地震作用，则均会发生破坏。
(2)结构体系变形，地震发生时，结构体系必然会发生一定的变形，与结构构件连接的非结构构件，虽然能承受地震所发生时产生的惯性力作用，但可能因承受不了结构体系产生的过大变形而发生破坏。
3非结构构件地震分析
虽然结构构件与非结构构件的反应特性有所不同，但它们的基本动力反应特性是相同的。从承受地震作用到地震反应分析的形式看，主要可以分为两类：一类为不直接参与建筑结构的地震反应分析，即非结构构件虽然依附于结构构件上，但不对结构的地震反应产生影响，而且其地震反应还主要取决于所依附的结构体系的地震反应；另一类是无论在质量、刚度以及阻尼特性、自振周期上都对结构体系产生影响，而且参与结构的地震反应分析。
（1）等效侧力法[6]。一般情况下，非结构构件自身重力产生的地震作用可采用等效侧力法计算，当采用等效侧力法时，非结构构件的水平地震作用标准值按下列公式计算：
F =γηζ1ζ2αmaxG
式中：F——沿最不利方向施加于非结构构件重心处的水平地震作用标准值；
γ ——非结构构件功能系数，取决于建筑抗震设防类别和使用要求，由相关标准根据建筑设防类别和使用要求等确定，一般按要求的高低分为1.4、1.0、0.6 三档；
η ——非结构构件类别系数，取决于构件材料性能等因素，由相关标准根据构件材料性能等因素确定，一般在0.6—1.2 范围内取值；
ζ1 ——状态系数，对预制建筑构件、悬臂类构件、支承点低于质心位置的任何设备和柔性体系宜取2.0，其余情况可取1.0；
ζ2 ——位置系数，建筑的顶点宜取2.0，底部宜取的1.0，沿高度线性分布；对规范要求采用时程分析法补充计算的结构，应按其计算结果调整；
αmax ——地震影响系数最大值，可按多遇地震的规定采用；
G——非结构构件的重力，应包括运行时有关的人员、容器和管道中的介质及储物柜中物品的重力。
（2）楼面反应谱法[5]。对于非结构构件采取等效侧力法或当建筑非结构体系的自振周期大于0.1s，且建筑非结构构件的重力超过所在楼层重力的1%，或建筑非结构构件的重力超过所在楼层重力的10%时，采用楼面反应谱法。
楼面反应谱（也称楼面谱）是安装在某楼面上的具有不同自振周期和阻尼的单自由度系统对楼面地震反应时程历史的最大值的约值组成的曲线。楼面谱的发展经历了两个阶段。第一代楼面谱将不含附属系统的主系统的楼面反应作为输入，求具有不同自振周期的单自由度系统的反应谱，其优点是解耦，避免了求解主系统的运动方程。但是由于它不考虑附属系统与主系统间的质量比、谐振、非经典阻尼和多支座激励等四个影响因素，所得到的楼面谱有较大的误差。为克服第一代楼面谱的缺点，第二代楼面谱基于求解由主系统和安装在不同楼层上的单自由度附属系统组成的组合系统中附属系统的地震反应，这样就综合考虑了附属系统与主系统间的四个因素的影响，从而得到更可靠的楼面谱。有了楼面谱，再根据附属系统本身的特性（自振周期、质量和阻尼）就可查出其地震作用，而不需要分析主系统。
4非结构构件的抗震设计方法
4.1 基本计算要求[6]
非结构构件对结构整体计算的影响在结构体系抗震計算时，与非结构构件有关的规定是：
（1）整个结构体系计算地震作用时，应计入支承于结构构件的建筑构件和建筑附属机电设备的重力。
（2）对柔性连接的建筑构件，可不计入刚度；对嵌入抗侧力构件平面内的刚性隔墙等建筑构件，可采用周期调整系数等方法计入其刚度影响；当有专门的构造措施时，尚可按规定计入其抗震承载力。
（3）对需要采用楼面谱计算的建筑附属机电设备，应采用合适的简化计算模型计入附属设备与结构体系的相互作用。
（4）结构体系中，支承非结构构件的部位，应计入非结构构件地震作用所产生的附加作用，包括集中剪力、集中弯矩、集中扭矩等。
4.2 建筑非结构构件的基本抗震措施[6]
（1）建筑非结构构件的预埋件、锚件部位等应采取加强措施，以承受非结构构件传给结构主体的地震作用。
（2）非承重墙体宜采用轻质材料，布置应避免结构形成刚度和强度分布上的突变，同时应设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等与主体可靠拉结，并能与结构构件一起满足位移变形的要求。
（3）烟道、风道等不应削弱墙体，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施。
（4）各类顶棚的构件与楼板的连接件，应能承受顶棚、悬挂物和有关机电设备的自重和地震附加作用。
4.2 附属机电设备的基本抗震措施[6]
（1）机电设备不应设置在可能导致其使用工程发生障碍的二次灾害部位。
（2）机电管道洞口的设置，应减少对主要承重结构构件的削弱，洞口边缘应有补强措施。
（3）机电设备的基座或连接件应能将设备承受的地震作用全部传递到主体结构上。
（4）在设防地震下需要连续工作的机电设备，宜设置在建筑结构地震反应较小的部位，相应部位的结构构件应采取加强措施。
5结语
本文对非结构构件的分类、震害特征、震害原因等总结分析的基础上，对非结构构件的地震分析方法、工程中采取的抗震措施等方方面面进行了详细的阐述。良好的概念理解、正确的计算分析、科学的构造措施，这对于结构工程师来讲无疑会产生很大的帮助作用。而正确的非结构构件的抗震设计对减小地震灾害破坏、保障人民的财产生命安全、实现我国经济平稳向前发展必将产生很大的推动作用。
参考文献(References)：
郑毅. 关于非结构构件抗震设计的探讨[J].有色金属设计2008,（3）.
陈 凡. 非结构构件地震反应分析及设计方法[J]. 牡丹江大学学报2008,(10).
陈俊,文良谟.建筑物抗震[M].北京：水利电力出版社，1995:315-341.
吕西林,周德源等.建筑结构抗震设计理论与实例[M].上海：同济大学出版社，2002:328-338.
秦权,聂宇.非结构构件和设备的抗震设计和简化计算方法[J].建筑结构学报，2001,（3）：15-20.
国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010:160-167.