浅析建筑结构抗震设计

浅析建筑结构抗震设计

雷明阳

清远市城乡规划设计院511500

摘要：近几年，由于我国经济的迅速发展,推动了建筑行业的巨大进步,加快城市化进程的发展,使得各类建筑工程不断涌现。由于我国是一个地震多发的国家，分布广、频率高、强度大、震源浅，是世界上地震灾害最严重的国家之一。通过总结经验,从而完善结构抗震设计,使建筑设计与建筑抗震设计有机地结合起来。文章主要是在探讨建筑结构抗震设计中结构抗震设计的方法总结和发展。

关键词：建筑结构；抗震设计

由于地震的发生频率高，给整个社会的安定带来巨大威胁，影响国家经济建设。在房屋的建设过程中，抗震结构设计是在房屋建设中非常重要的环节。设计的合理与否将直接影响房屋的质量和人民的生命、财产安全，一个合理的设计能够很大程度上降低地震对建筑物产生的损害，保障人民群众的生命安全和维护社会的和谐稳定。

一、地震抗震结构设计的概念

1、地震抗震结构设计的概述。根据工程经验和地震灾害等所形成的设计思想和基本设计原则，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程，就是建筑抗震概念设计。地震具有难于把握的不确定性和复杂性，是一种随机振动，目前人类还不能准确预测，也不能完全把握和测算建筑物在遭遇地震的特性和参数。由于未能充分考虑结构的空间作用、阻尼变化、材料时效、非弹性性质等诸多因素，结构分析方面的不确定性也一直存在。抗震问题不能完全依赖计算结果，更多应该基于长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念和工程抗震基本理论，它们才是决定构造良好结构性能的因素。

2、建筑抗震结构设计的基本原则。首先，结构构件应该遵守“强底层柱(墙)、强节点弱构件、强剪弱弯、强柱弱梁”的原则，应该具有必要的延性、稳定性、刚度和承载力等方面性能。主要耗能构件不能采用承受竖向荷载的主要构件，在可能造成结构相对薄弱的部位应该采取措施提高抗震能力。其次，应该由若干个延性较好的分体系组成一个抗震结构体系，尽可能设置多道抗震防线，由延性较好的结构构件连接协同工作。再次，抗震结构体系应该建立一系列分布的屈服区，有最大可能数量的外部和内部冗余度，主要耗能构件必须要求适当的刚度和较高的延性，确保大量地震能量能够被结构吸收和耗散。第四，结构构件的强弱关系需要做好妥善的处理，在同一楼层内，主要耗能构件屈服后的其他抗侧力构件应当仍然处于弹性阶段，这样结构的抗倒塌能力和延性能够得到保障。第五，抗震设计当中，构件的其它部分可能会因为某一部分结构设计超强而变得相对薄弱，因此，施工中通常会采用以大带小、设计中会采用合理加强等方式来改变抗侧力构件的配筋。

二、影响建筑结构抗震的主要因素

1、地面运动的不确定性。地震动是地壳快速释放能量过程中产生具有不确定性的多维振动，它是通过地震波的传播实现的，它的随机性和复杂性让人难以预测。地震动的各个分量对建筑都具有危害作用，即一个竖向分量、两个水平分量和一个转动分量。地震灾害具有突发性、破坏性、难以预测性，甚至是毁灭性的。

2、结构动力特性的影响。影响结构动力分析的因素主要有：结构质量分布不均；基础与上部结构的协同作用；节点的非刚性转动；偏心扭转可能使位移增加；柱的轴向变形可能会使周期变长，加速度降低。

3、材料的影响。混凝土的弹性模量随着时间的增长或应变的增大而降低，这意味着自振周期可能增长，而加速度反应将减小。

4、阻尼变化的影响。钢筋混凝土结构阻尼比受震松动以后会变大，且自振周期变长。

5、基础不同沉降量的影响。按一般荷载设计的框架结构，当地震系数大于0，基础差异沉降可能造成实际弯矩与设计弯矩出现较大的误差，而这种误差在设计中一般都没有考虑。

6、地基承载力。考虑地震的偶然性以及短期突然加载的影响，在计算地震对地基的影响时，地耐力取值往往提高三分之一以上，这些数值都是人为估计，从而也带来设计上的差异。

三、建筑结构抗震设计方法

1、建筑选址。避免抗震危险地段，选择对抗震有利的场地、地基和基础在进行设计时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，作出的综合评价，并且选择坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等有利地段；避开软弱土、液化土、河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层等不利地段；同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分用桩基，当地基有软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚度。

2、合理的平立面布置。建筑物的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，从而确保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度宜变化均匀，避免楼层错层。由于城市规划、建筑艺术和使用功能等多方面的要求，建筑不可能都设计成方形或圆形。在我国《高层建筑混凝土结构技术规程》中，对地震区高层建筑平面形状作了明确规定；并提出对平面的凹角处应采取加强措施。对体形复杂的建筑物合理设置变形缝，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，严格控制建筑物的高度和高宽比。

3、结构选型和结构布置。结构选型根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经技术、经济条件比较综合确定。单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式应具备下列性能：延性系数高、匀质性好、正交各向同性、构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。结构布置遵循的原则是平面布置力求对称，使构件分配的力均匀；竖向布置力求均匀，尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。

4、建筑结构消能减震与隔震设计。传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用，是被动消极的抗震对策。而消能减震隔震设计是指在结构体系中设置隔震层以隔离地震能量，或在抗侧力结构中设置消能器吸收地震能量，从而达到减轻震害的目的。我国已经在《建筑抗震设计规范》中纳入了隔震与消耗减震的内容，制定了《建筑隔震橡胶支座标准》、《夹层橡胶垫隔震技术规程》。由于它是一种新型的结构体系，且隔震层以上结构部分的使用要求高于非隔震建筑，在目前的设计中应用较少。其主要原理为：在房屋底部设置橡胶隔震支座和阻尼器等，以延长构件的自振周期、增大阻尼，或在结构中设置消能装置，通过局部变形提供附加阻尼，消耗地震能力，而达到保护上部结构的目的。

5、抗震构造措施的设置。抗震构造措施在结构设计中具有非常重要的作用，构造设置是否合理，直接影响到结构防震的效果，由于上部主体结构类型不同，构造措施也不尽相同，以下列出常见结构类型所需采取的一般构造措施。砖混结构房屋中设置沿楼板标高的水平圈梁，加强了内外墙的连接，增强房屋的整体性。圈梁能够有效地约束预制板的散落，使砖墙出平面倒塌的可能性降低；另外，圈梁作为边缘构件，可以提高楼、屋盖的水平刚度。在地震作用下限制了墙体斜裂缝的开度与延伸，减轻了不均匀沉降对房屋的影响。并且构造柱设置合理，可以起到增强房屋整体性、改善结构脆性和增加延性的作用。每间设置构造柱的墙体，可以大大提高变形能力，即使墙体开裂以后，还可以利用其塑性变形和滑移、摩擦，来消耗地震能量。但是，设置圈梁和构造柱后，多层砖混房屋的抗裂能力并没有多大的改善，保证砖混结构房屋实现“小震”不坏的目标，设计中应该加以注意。

结语

综上所述，目前高层建筑的结构设计成为结构工程师设计工作的主要重点和难点。其抗震设计变得尤为重要，建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程。建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。因此，如何准确、合理的运用不同的抗震设计方法是非常重要的，对于不同的建筑、不同的情况应区别对待，从而寻求最合理的抗震设计。

参考文献

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