探析建筑结构设计与减震设计

探析建筑结构设计与减震设计

石建

黑龙江省建设集团建筑设计研究院有限公司

摘要；建筑结构设计的合理性是非常重要的，建筑结构设计的是否合理对建筑的质量和安全产生非常重要的影响。同样，建筑减震设计能够更好地对建筑的安全性予以保证，从而更好地保证工程的建设质量。本文主要分析了建筑结构设计与减震设计，希望能够为相关的工作人员提供经验和借鉴。

关键词：建筑结构；减震设计，结构控制理论

在建筑结构设计中要注意的因素有很多，例如：梁的延性设计、柱的延性设计等等，控制好建筑结构的设计质量就要对这些因素进行严格的控制，只有这样，才能更好地保证建筑的施工质量，同时也能更大程度上提升建筑结构的安全性和可靠性。同样，在减震设计中一定要保证各个环节的设计质量，只有这样才能更好地发挥减震的效果。

1建筑结构控制设计概述

相关的研究表明，要保证建筑在地震发生时依然能够保证其安全性，至少应该具备下列条件中的一个。首先是结构的主体部分有非常好的强度，结构能够对地震作用所产生的力有足够的承受和适应能力。如果要满足第一个条件，在建设的过彻骨中要使用更多的建筑材料，同时，如果遇见了强烈的地震就会出现严重的安全隐患甚至使倒塌。这样的情况下建筑抗震设计的主体工作应该分为两个阶段，在弹性变化阶段应该按照强度对抗震结构进行设计，在弹塑性阶段对减震结构要按照形变因素来控制，这样设计出来的减震结构无论是从强度上还是从延展性上都会呈现出非常好的效果，从而使建筑在地震作用下依然能够不倒塌，保证了人们的安全。

1.1结构控制

在对框架结构的具体形式和抗震墙倒塌的原因都有了一定研究的前提下，要对破坏机制进行一定的控制，迫使其能够发生符合期望值的破坏结构形式，使其无论从强度还是从延展性上都能满足设计和施工的要求，具体的设计要求是在固定的位置按照相关的要求放置一定的人工塑性铰，对塑性的强度和位置要进行有效的控制，这样能够在产生强度非常大的震动时能够显示出结构的最佳性能。

1.2梁的延性设计

当连梁的跨高比为5时，延性和耗能很好，连梁两端相对竖向位移的延性系数都在8以上，滞回曲线也相当饱满。当连梁的跨高比降至1时，延性系数则降至3左右，滞回曲线严重捏扰，耗能很小，最后弯剪破坏。抗震墙的刚性连梁，其跨高比往往仅为1左右，若要使其工作在弹塑性阶段作耗能构件，则需要对它的构造采取一定措施，以适应延性和耗能的要求。措施之一是在1/2梁高的中性面上留一水平通缝，在缝的上下两侧各埋置钢板，钢板上开有椭圆形螺栓孔，用高强螺栓把两钢板联结。在竖载、风载和小震下，高强螺栓把水平通缝分开的两部分连梁联结成整体工作，使刚性连梁整体刚度不变，以保证其工作在弹性阶段；在强烈地震作用下，两钢板发生相对滑动，原来跨高比为1的刚性连梁将被分成两根跨高比为2的小梁协同工作。这样，不仅延性系数由原来3提高为10左右，而且由于钢板间的滑动摩擦，使其耗能能力也得到了一定程度的改善。

1.3柱的延性设计

虽然在地震发生时虽然不希望塑性铰发生在柱上，但是对延性和展性上还是有很高的要求，只有达到了这个要求才能更好地保证在地震或者是较大的自然灾害发生时建筑依然具有相对稳定的结构，这也从另一种角度证明了采用螺旋箍筋可以很好地提高柱的延展性，也能对其强度有非常大的提升作用。。因此要提高结构自身的延性和展性的消耗设计，就要更好地保证构件的延展性和强度，这项设计的实现是靠建筑材料在配置方面上的变化来实现，这种结构能够非常好地改善结构的抗震性能。

2建筑结构的减震设计

减震结构的设计方法有很多，基本思想就是要通过对主动和被动结构的关系进行调整来对结构的减震功能能够更加突出。所以这种结构设计中对强度和变形能力没有特别高的要求和标准，所以在减震结构的施工技术在将来会有非常好的发展。

2.1吸震设计

这种安装方式在对主体结，进行安装时采用的是特殊的方式，而且还安装了附加的结构，这种结构能够在地震发生时靠吸震设备吸收震动过程中产生的巨大能量，从而很好地减轻了地震对建筑的损害，主要的方法是按照设计图纸在相应的地方预留下分隔缝，通过在震动时内外筒相互之间的吸引作用进一步对地震时产生的能量进行控制，从而更好地保证建筑的安全性。

2.2阻震设计

在结构的一些连接处或一些构件上装上一定数量的阻尼器，通过这些阻尼器的较大阻尼力去减少结构的振动响应。如果阻尼器的性能可靠，则结构的减震效果是稳定可靠的。主要方案有：在高层框架核心筒体的连接处采用弹簧钢杆摩擦减震器和砂质减震器；在结构的抗震缝、伸缩缝或沉降缝处放置扭转梁阻尼器或挤压铅阻尼器。

2.3隔震设计

隔震设计是当前我国重点研究的设计方法，这种设计主要是在防震结构中布设隔震层，通过隔震层来削减地震能量的影响。隔震设计当中有非常明显的阻震特征，产生这一现象的主要原因是隔震层当中还有具有减震作用的特殊材料。

3结构的动力优化设计

结构设计和减震设计当中要注意结构的优化，比如：吸震器的相关参考数据以及相关的位置等都会是优化当中应该注意的重点，这样才能更好地保证结构的合理性，保证建筑的安全性。以下将以框架减震墙结构为例对结构的优化进行具体的分析。

机构控制理论要求：对框架结构，在中震时塑性铰仅出现在梁两端，在大震时才在柱根部出现塑性铰，以形成梁式侧移机构，在任何情况下节点始终处于弹性状态。对于抗震墙结构，在中震时塑性铰仅出现在连系梁两端，在大震时才在墙体根部出现塑性铰。

根据实际震害和试验研究中墙体先于框架破坏的规律，通过优化分析得知，框架抗震墙结构的最佳耗能机构为：在中震时，塑性铰仅依次出现在连系梁两端、墙体根部及框架梁两端在大震时才在框架柱根部出现塑性铰。

调整框架与抗震墙的侧移刚度比、框架梁与柱及连系梁与墙体的强度比、柱轴压比等参数，并保证梁端、柱端和墙体根部不发生剪切破坏（或滑移），即可控制连系梁、框架梁、柱、墙体的开裂和屈服顺序，从而达到控制整个框架）剪力墙的工作状态。其中，对带刚梁（在1/2梁高处设有水平缝）的双肢抗震墙，通过优化分析得知，刚性连梁的最佳位置约在抗震墙总高度的1/2处，刚性连梁的弯曲刚度宜等于普通连梁弯曲刚度的100倍左右。

4结语

在工程建设的过程中，对建筑的结构和减震结构的设计是非常重要的，减震设计的方法有很多，但是这些设计方法也有着优势和不足，只有更好地对几种方法进行合理地进行组合，将几种方式趋利避害，才能更好地保证减震设计的质量。

参考文献：

[1]陈海卫；；振动控制技术的发展及存在问题的探讨[J]；福建建设科技；2010年01期

[2]刘鸣；结构振动控制的应用及若干问题[J]；长安大学学报（建筑与环境科学版）；2003年04期

[3]王崇昌，王宗哲.钢筋混凝土弹塑性抗震结构的机构控制理论[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版）.1986（02）