结构性能化抗震设计理论及应用方法

结构性能化抗震设计理论及应用方法

刘俊

中南建筑设计院（宜昌）工程设计咨询有限公司 443000

摘要：在经济方兴未艾、持续发展过程中，人们对物质文化的需求也在不断提升，涉及到衣食住行各个方面。建筑行业为了满足人们的需求，采取了一系列变革，其中就包括抗震设计，为建筑质量提供了有效的保障。基于此，本文首先介绍了结构性能化抗震设计理论，并提出了有效的应用方法，以期能为相关业界人士提供些许裨益。

关键词：结构性能化；抗震设计理论；应用方法

前言：破坏性地震属于一种自然灾害，直接威胁着人类的生命安全，因为地震动有显著的复杂性及不确定性，导致人们难以掌握地震的规律性。因此，针对建筑结构进行抗震设计是非常有必要的，这样才能切实提升建筑在地震发生时的质量，从而更好地保障人们的生命安全。

1结构抗震性能化设计理论

1.1结构抗震性能化设计的概念

什么是结构抗震性能化设计？目前还没有一个统一的定义。目前国际上普遍认可的结构抗震性能化设计的定义是由美国的SEAOC（美国加州结构工程师协会）、ATC（美国应用技术委员会）、FEMA（美国联邦紧急救援署）等组织给出的，可以概括为：根据建筑物的重要性、用途或业主的要求确定结构的抗震性能目标，提出不同的抗震设防水准并进行结构设计，最后对设计出的结构做出定量的性能评估，看是否能够满足性能目标的要求，使结构在地震中具备预期的功能。

1.2结构抗震性能化设计理论的基本内容

1.2.1地震设防水准的确定

地震设防水准是指在抗震设防中选择的地震强度水平，一般需要考虑社会的经济水平。地震设防水准的确定是抗震性能化设计理论的重要组成部分。SEAOC对结构抗震性能化设计提出了“频遇（重现期43年）”、“偶遇（重现期72年）”、“罕遇（重现期475年）”、“极罕遇（重现期970年）”四级设防水准，我国目前的抗震设计采用“多遇地震（重现期50年，小震）”、“设防地震（重现期475年，中震）”和“罕遇地震（重现期约2000年，大震）”三级设防水准。

1.2.2结构抗震性能目标的确定

结构抗震性能目标由地震作用水准和抗震性能水准两要素组成，表示结构构件在特定的地震作用下所需达到的抗震性能水准。结构抗震性能水准是指对结构地震后的受损状况以及继续使用可能性等抗震性能。FEMA273/356将结构抗震性能水准确定为正常运行（即结构完好，震后可继续使用）、立即使用（即结构基本完好，震后稍加维修即可使用）、生命安全（即结构损坏较严重，但不影响生命安全）、防止倒塌（即结构损坏严重，接近倒塌）四个等级。我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）根据结构的重要性、设防类别和设防烈度不同，将抗震性能目标从高到低分为A、B、C、D四个等级；并根据地震作用下结构的损坏程度，将抗震性能水准分为1、2、3、4、5五个水准。

1.2.3结构抗震性能化设计的方法

目前，对结构抗震性能化设计的主要设计理念，各国学者的认识大都是相同的，但是如何把抗震性能化设计思想有效地应用到工程设计中，至今尚还没有统一的方法。结构的抗震性能是受到很多因素的影响，为了实现某一抗震性能目标，需要同时对多种因素进行控制，但是不同的控制参数对结构性能影响又可能是不一样的。因此，在进行结构抗震性能化设计时，需要反复的调整计算参数、验算和完善设计，直到实现选定的性能目标。

1.3结构抗震性能化设计理论的特点

结构抗震性能化设计理论是在目前的传统抗震设计理论的基础上发展起来的，是在总结传统抗震设计方法不足基础上提出来的，因此它继承了传统抗震设计方法中成熟完善的部分。与传统抗震设计理论相比，它具有多级性、全面性以及灵活性特别，有利于选择最佳抗震设计方案，提升抗震设计水平。

2抗震性能化在房屋建筑结构设计中的应用研究

2.1在设计中做好建筑空间的结构布置

首先，建筑结构承担的力在发生地震灾害过程中，不单单只是一个水平方向的推力作用，在实际空间中，建筑结构还会受到其他力的作用，包括各个方向在空气冲击中对建筑结构的作用力。因此，针对结构对不同方向力的抵抗能力必须在建筑结构设计时进行充分考虑，这样才能抵抗地震产生的力，保证建筑结构的稳定性以及具有足够的硬度和刚度，可以对地震发生时的力予以有效抵抗。其次，在建筑结构设计中还应避免设计异形结构房屋，尽可能简单。其中最有利于抵抗地震作用的结构就是对称房屋结构，得到了多个实践案例的证实。针对异形结构已在我国地震设计规模中详细说明，与简单的方形建筑相比，异形结构在地震发生时的扭转性明显较大。同时，在房屋结构设计时还要防止将窗户设计在房屋的四个转角部分，不然必将减少房屋四角抵抗地震的能力，还会提高房屋结构扭转的几率。另外，在保证建筑结构简单的体型下，设计人员应详细计算其中的重要构件，使建筑结构的抗震能力与构件承载能力可以满足建筑的抗震要求。最后，为了保证住宅结构的完整性，也就是说，设计师应该设计保证了轴承座零件、二次轴承零件和外壳结构之间的连接。作为一个整体。现阶段，我国我国剪力墙及框架结构等抗震能力较强的结构一般都是使用柱、板以及梁现浇工艺，并与钢筋进行连接，以此来为房屋的完整性提供保障，进一步完善了传统房屋的叠合层结构。尽管如此，为了保证构件的安全性，还应增加二次结构。由于混凝土结构在地震作用下会先开裂、受力，使上部支撑结构倒塌，失去承载力，所以，在设计房屋结构时，可以采取混凝土轻质砌块与其他墙体受力，进而保证承重力。这样在地震发生后，就算损坏房屋构件，依然能避免建筑整体倒塌，保证房屋结构安全。

2.2选择技术与经济合理其构造体系

结构体系需要依据建筑抗震设防类型、抗震设防烈度、建筑及其构造、场地要求、地基、构造材料与施工等因素，再由技术、经济与使用要求综合比较决定。构造体系需要具备明确的估算简图与合适的地震功效传递路径，以防因部分构造或构件损坏而造成整个构造失去抗震能力和对重力其荷载的承载作用。要具有一定的抗震承载力，优秀的变形功效与消耗地震的能力。对会出现的脆弱部位的构造体系，需要采取措施提升其抗震能力。除此之外，构造体系应当设置多道可抗震防线。

2.3建筑抗震墙设计

墙体在建筑结构设计中对房屋建筑而言是至关重要的，必须重视对抗震墙的设计。在建筑抗震墙的设计中，墙数量应根据建筑物的刚度确定。同时，应充分考虑墙体的水平和垂直侧面。建筑施工承重墙问题，有效提高建筑施工安全。如果当地是地震频发地区，应进一步提升建筑结构稳定性，全面增加墙体厚度，进而从根本上提高建筑物的抗震性能，有效地减少地震对人民生活和财产制造的影响造成的损失。

结束语：

综上所述，在城镇化进程的快速推进下，农村人口在城市中大量涌入，不仅促进了建筑业的高速发展，而且对住房的需求也在日益增长。建筑是人们生活中不可缺少的重要基础，无论是学习还是生活都离不开建筑。在此背景下，房屋建筑的安全性及稳定性也就显得更为关键，是人们安全居住的重要保障。特别是在高发地震区域，对于房屋建筑结构设计中的抗震设计更要重视，这样才能全面提升房屋建筑的抗灾害能力。本文首先阐述了结构性能化抗震设计理论，并提出了有效的应用方法，以期能为我国建筑的抗震设计贡献绵薄之力。

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