建筑结构抗震设计探析

【摘 要】笔者多年来一直从事建筑结构设计工作,自后便开始研究如何从建筑结构上提高建筑的抗震性,现将自己的一点心得阐述如下,以期能为中国抗震事业尽份绵薄之力.本文将对建筑结构增强抗震性的重要性、影响因素以及如何提高建筑抗震性能等三方面进行探析.

关 键 词：建筑结构设计；抗震重要性；影响因素；加强方法

对于地震的预防在中国可以追溯到2000多年前,在经济高速发展的现代,防震减灾工作责任更为重大.中国人口密度大,城市的建筑群数不胜数,这些建筑的抗震性能直接决定了震后的损失大小.从唐山地震到,再到刚刚过去的雅安地震,这些强震无不在提醒人们,加强建筑的抗震性已经刻不容缓.

1.提高建筑结构抗震能力的重要性

1.1直接关系到人民群众的生命和财产安全

房屋建筑是人们工作学习和日常生活的场所,随着城市化进程的加快,建筑内的人口和财产密度越来越大,这就使得强烈地震造成的损失越来越大.我国的地震种类众多,发生频率也比较高,为保障人民群众的生命财产安全,加强建筑结构的抗震性已迫在眉睫.

1.2建筑企业发展的需要

加强建筑的抗震性对建筑企业的发展有着重要的意义：一方面,近几年地震灾害的频发使人们对于建筑的抗震性能有了较高的要求,抗震性高的建筑会成为今后建筑市场的发展趋势.也就是说,提高建筑抗震性是建筑企业在今后市场立足的必备条件之一.另一方面,加强建筑的抗震性是建筑企业社会责任感的体现.防震工作需要中华儿女共同努力,建筑行业更应该身先士卒.

2.影响建筑结构抗震性的因素

建筑结构的抗震设计不应仅仅局限于建筑自身的结构设计上,而应该是一个系统的工程.以下几方面都会影响大建筑结构的抗震性：

2.1场地的选择

建筑场地的选择至关重要,应该选择对建筑抗震有利的场地.如果所在地区都处在地震活跃板块上就只能选择相对稳定的场地建造,在结构设计上努力弥补；如果建筑地区并不处于构造地震多发地带,那么建筑的选址要避开地质不稳定的区域,减少陷落地震、诱发地震带来的损失.

2.2结构布置是否规则

为增强抗震性,应该制作规则的建筑设计方案,以符合抗震设计规范.在我国,符合结构规则性的表现有：对建筑主体抗侧力结构进行平面布置时,保证位于同一主轴的各片刚度均匀,其中心要与周边结构的刚度相协调,以便增强主体结构的抗扭刚度.另外在整体上,应该减少主体抗侧力结构两主轴方向间的刚度差异[1].

2.3建筑结构体系选择是否合理

在进行建筑结构设计时,选择结构体系是极其重要的环节.要做出合理的结构体系选择,需要注意以下问题：（1）减少部分对整体的影响,即抗震结构体系由多个分部结构构成,它们组合起来可以很好的抗震,而当其中一部分结构的损坏时不会影响其他构件的抗震性能,或者影响很少.（2）所选体系在竖向构件的布置、楼层盖梁系的布置以及转换结构上的布置上都应具有合理的抗震传递途径[2].（3）采用钢及混凝土结构,承载力强,消耗地震力量效果好.（4）有足够的刚度和强度,并且分布合理.

3.增强建筑结构抗震性的方法

在探析增强建筑结构抗震性的问题时,既要总结我国的方法,也要借鉴诸如日本、美国等在抗震研究上比较成熟的国家的经验.具体说来,主要由以下几种方法：

3.1振型分解反应谱法

该方法源于美国,因其具有合理性和有效性的优点,被多数国家,包括我国所采用.该方法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法,对于增强高层建筑的抗震性效果明显.在我国,常用的反应谱振型分解组合有两种：SRSS和CQC,而且我国抗震规范明确要求在高层建筑中必须用此法计算等效地震力.对于低于40m的建筑结构设计,一般用反应谱底部剪力法；设计的建筑结构高于40m时,可以用反应谱振型叠加法,用SUSS对简化的平面结构进行分析,用CQC进行空间协同分析,充分考虑各振型之间的影响.

3.2弹塑性分析法

该方法又包括静力弹塑性法和动力弹塑力分析法.与其他方法不同的是,弹塑性计量方法主要的应用对象是现有的建筑结构和设计方案,其实践意义更为重要.

评估步骤为：根据要评估的建筑结构的实际情况,在其结构上面施加某种分布的水平力,逐步加大水平力直到建筑结构各构件分别进入塑性状态[3].通过调整水平力的大小和分布,找到所测建筑结构的位移极限,进而知晓其抗震性能.

该方法实用性非常强,已被列入我国《建筑设计抗震规范》.对于处于地震多发区的早已建成的建筑结构,运用弹塑性分析法对其抗震性能进行评估,找到安全隐患并及时进行抗震加固防护,可以极大地减轻地震在发生时造成的损失.

3.3框架剪力墙结构

实践证明,在我国目前的建筑结构种类中,框架剪力墙结构的抗震性能最好.框架剪力墙结构就是将一定数量的剪力墙至于框架结构之中,既能满足不同功能的要求,又可以增大局部构件和整体的刚度.

框架剪力墙最大的特点是,其框架中没有一般意义上的梁柱,取而代之的是钢筋混凝土墙板[4].这种墙板既可以承受住各类负载引起的内力,又可以有效地控制作用在结构上的水平力,还具有刚度大、节约室内空间、方便利用等特点,在我国高层住宅中应用极为广泛.

3.4具体设计细节

在选择了抗震结构后,还需要做好一些细节工作,确保该建筑结构达到《建筑抗震设计规范》规定的大震不倒、中震可修以及小震不坏[5].应着重注意：（1）坚持“强墙弱梁”原则.所谓强墙弱梁,与强柱弱梁是一个原理,基本思路就是人为加大墙柱对于大梁的抗弯能力,保证在地震时梁端塑性铰比柱端塑性铰出现的早,从而使整个框架拥有一个稳定的塑性耗能机构,最大限度的消耗所受压力.（2）强剪弱弯.地震对于剪切的破坏属于脆性破坏,即剪切被破坏后将完全丧失结构抗震能力.与弯曲破坏的可观察性、可预测性不同,剪切破坏会瞬间发生,无法防范.因此,在施工时要增大柱端与梁端以及节点之间的剪力值,确保发生地震时剪切是最后一个受到破坏的构件.（3）抗震构造措施.对于建筑结构中的墙体、支柱和梁,要保证其轴线处于同一平面上,形成双向抗侧力体系,以便更好地吸收和传递其所受到的地震力量.

3.5保护

建筑结构的抗震性再好,如果将其建在地震多发地带,其使用寿命也会大大缩短,因此应将建造地址选尽量选在各种类地震都比较少发的区域,最大限度的延长其使用寿命,让高抗震性建筑“长寿”.

总之,地震是给我国造成巨大损失的主要地质灾害之一,通过增强建筑结构的抗震性可以最大限度的减少人员伤亡和财产损失.要想提高我国建筑结构设计的抗震性,既要总结自身经验,也要借鉴国外先进技术.用先进的评估方法检测建筑结构的抗震性能,选择抗震性最好的建筑结构体系,做好“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等细节工作,为我国的防震抗震事业做出贡献.