简析建筑结构抗震概念设计

简析建筑结构抗震概念设计

乔伟伟

关键词：建筑结构；抗震概念设计

引言

地震灾害具有突发性，至今可预报性很低，给人类社会造成的损失严重是各类自然灾害中最严重的灾害之一。随着建筑结构抗震相关理论的不断发展，结构抗震设计思路也经历一系列变化。设计思路经历从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形能力的“耗”的一系列转变。本文就建筑结构抗震概念设计进行论述。

一、建筑结构抗震的概念设计重要性

1.1地震时地面运动的复杂性

地震发生时，地面运动一般分解为6个自由度，但世界上到目前为止还没有记载最简单的地面运动记录。地震对建筑结构的破坏并没有记载，对复杂的地表运动分量很少人会掌握。在目前的抗震计算中，只要根据最简单的水平与竖向方向进行计算，其与复杂地表运动的作用有所差距。

1.2地震及其地面运动的不稳定性

我国当代的科学技术水平受到限制，抗震计算的依据很难确定，地震发生时，震波根据震源传到地球表面，经过岩石折射，在土层中进行非线性传播，这个非线性传播是非常复杂、多变的过程，造成地面运动的不稳定。不同的震源所造成地震的加速度差别很大，我国发生的大地震，大多数已超过原定的设防强烈度，造成社会经济的影响与损失。因此，设计者若单根据设防烈度来进行建筑结构的抗震设计计算很难确保人们的居住安全。

1.3抗震计算对反映建筑结构破坏的复杂过程

在发生地震时，建筑结构的破坏是不断在变化、改动、非线性的复杂过程，只要有结构与构建出现的裂缝的现象及其损害程度的非线性变化，在建筑结构薄弱层容易出现变形或转移而造成的建筑结构上的强度与内力分布结构。不同构件空间的作用与填充墙与其他结构构件都会产生影响。现在的抗震计算理论与相关的计算程序这些影响都被忽略，造成某些建筑结构抗震计算分析结果与实际反差很大。根据抗震计算结果来完成建筑结构抗震概念的设计时片面的，可能还会不安全。只有建立正确建筑结构的抗震概念设计并与抗震计算相结合来完成，财会是建筑结构具有一定可靠的抗震能力。

二、建筑结构抗震概念设计

2.1建筑的平立面布置

一幢房屋的动力性能基本上取决于其建筑布局与结构布置。建筑的平、立面布置宜规则、对称，质量与刚度变化均匀，避免楼层错层，因为对称的结构容易估计其地震时的反应，容易采取构造措施与进行细部处理。要注意不规则的平面类型布局与建筑物的立面布置，在地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免带有突然变化的阶梯形立面。

2.2选择合理的场地

在进行建筑物场地选择时，首先要遵守场地选择的原则，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑抗震不利的地段；任何情况下均不得在抗震危险地段上，建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物，避开抗震危险地段，选择好的抗震场所。

建筑物抗震危险地段是指地震时可能发生崩塌、滑坡、地裂、泥石流等地段，及震中烈度为Ⅷ度以上的发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。

发震断层：在过去3.5万年以内曾活动过一次，或在5万年内活动过两次的地质构造上的断层。

非发震断层：与当地的地震活动性没有成因上联系的一般断层，在地震时一般不会发生新的错动，并且地下采空区属于危险地段。

不利于抗震的地段：地形上是指条状突出的山嘴，孤立的山包与山梁的顶部，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，河岸与边坡的边缘；从土质上是指软弱土、以液化土，断层破碎带、暗埋塘滨沟谷或半挖半填地基等，及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。

选择有利于抗震的场地是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。在选择高层建筑的场地时，应尽量建在基岩或薄土层上，或应建在具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。

2.3结构选型与结构布置

结构材料的选择要从抗震角度考虑，作为一种好的结构材料，其结构材料应具备：延性系数高；强度，重力比值大；匀质性好；正交各向同性；构件的连接具有整体性、连续性与较好的延性；并能发挥材料的全部强度。

现在建筑物一般采用混凝土结构，应为其具有现场浇筑，整体性好、就地取材、造价较低、有较好的抗侧移刚度与保护非结构构件及良好设计可保证结构的延性等优点，但其在周期性往复荷载作用下，刚度因裂缝而降低；构件开裂处钢筋的塑性拉伸，使裂缝不能闭合；在低往复荷载下，杆件塑性铰区混凝土产生反向裂缝导致混凝土破碎，产生永久性的剪切滑移。因此正确认识建筑物抗震机构，才能确保建筑物的稳定性。

2.4确保结构的整体性

建筑物的结构应具有连续性，因此采用现浇钢筋混凝土结构，其整体性与连续性较好，薄弱部位――施工缝；半预制钢筋混凝土结构应预制楼板端部做成齿槽状，将少数肋伸入混凝土墙内，保证整体性。

2.5刚度、承载力与延性的匹配

①钢筋混凝土剪力墙体系就是适应这一观念而设计的，其特点为抗侧移刚度大，自振周期较短，地震作用较大；若增加墙厚与数量、减小横墙间距，则刚度增加，但地震反应加大。②框架一剪力墙结构可能会因承载力不足而破坏，其自振周期的大小决定于抗震墙的数量。数量少而薄，刚度低，周期就长，地震剪力就小，但抗侧移能力也低。③就是刚性与延性这对于有框架与抗震墙或由框架与支撑组成的双重体系中，框架刚度小，承担的地震剪力小，而弹性极限变形大；墙体或竖向支承刚度大，承担的地震剪力大，而弹性极限变形小；在往复地震动的作用下，墙体与支承由于弹性变形能力差而出现裂缝、杆件屈曲，水平抗力降低，而此时的结构层问位移角远小于框架的弹性极限变形值，框架的水平抗力未得到发挥；由于体系中各抗侧力构件的刚度与延性的不匹配，造成各构件不能同步协调地发挥水平抗力，出现先后破坏的各个击破情况。

结束语

在面对日益重要的建筑结构抗震设计，及近年来多发地震灾害，加强建筑物的抗震结构设计已成为目前我国建筑工程建设中的首要任务。因此加强设计人员在日常设计工作中，必须学会熟练运用概念设计，并使这一理念贯穿于结构设计工作整个过程中，既严格把握好设计的大原则，又要全面考虑诸多因素，才能保证设计的科学性与严谨性，为社会创造更多精品工程。

参考文献

[1]陈欣.结构抗震的概念设计探讨[J].中国水运（下半月），2013，03：253-254.

[2]李明.建筑结构抗震的概念设计浅议[J].门窗，2013，02：264+266.