建筑抗震结构设计

摘 要：一个优良的建筑抗震设计,必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成.要充分重视结构设计在建筑抗震设计中的重要性.本文介绍了建筑抗震的基本要求,提出了建筑抗震结构设计的有效方法.

关 键 词：抗震；结构；设计方法

1.前言

如何能够让建筑在地震中保持安全,不受严重的损害,是当前建筑施工设计必须要考量的一个大问题,特别是近年来地震频繁,人们的生命财产受到严重威胁,建筑安全则成了社会安全的一个重要影响因素,为保证建筑的抗震能力,设计人员必须要根据相关标准,设计出具有相当抗震能力的房屋.

2.抗震设防的目标

我们所说的抗震设防,指的是对建筑物进行抗震设计,同时有针对性的采取一定的抗震构造的措施,最终实现结构抗震的效果和目的.一般来说,抗震设防主要依据的是抗震设防烈度.而抗震设防烈度的依据,是以国家规定权限审批或颁发的文件执行的,其是一个地区作为抗震设防标准.通常情况下,是采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度的.从当前内外抗震设防目标的发展总趋势来看,其基本要求建筑物在使用期间,可以应对对不同频率和强度的地震,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”.这是我国抗震设计规范所采用的抗震设防目标.

建筑工程在施工中的设防的目标如下：

⑴如果所遭受的是低于本地区设防烈度多遇的常规地震,建筑物不受损坏,不需修理仍可继续使用；

⑵如果遭受到本地区规定的设防烈度的地震,建筑物,包括结构和非结构部分,可能损坏,但不会对人民生命和生产设备的安全造成威胁,经修理仍可使用；

⑶如果遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震,尽量保证建筑物不倒塌.

也就是说,在建筑结构的防震设计上,设计方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度这三个层次进行考虑.从概率上看,多遇地震烈度是发生机会较大的地震级别.按照现行规范设计的建筑,在设计上要达到这样的防震效果：当遭遇多遇烈度作用时,建筑物处于弹性阶段,通常不会损坏；当遭遇相应基本烈度的地震时,建筑物将进入弹塑性状态,但一般不会发生严重破坏；当遭遇罕遇烈度作用时,建筑物可能会有严重破坏,但不至于倒塌.

3.建筑结构抗震设计方法要点

抗震设计包括三个层次的内容：概念设计、抗震计算与结构布置.概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则,抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；结构布置可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等方面上保证抗震计算结果的有效性.

3.1抗震概念设计

建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思路进行建筑总体布置并确定细部构造的过程.建筑抗震概念设计之所以重要主要体现在以下几个方面.

（1）地震及地面运动的不确定性.

（2）地震时地面运动的复杂性及对结构的复杂影响尚未被掌握.

（3）结构地震计算理论目前尚未能充分反映地震时结构反应及破坏的复杂过程.

概念设计强调,在工程设计一开始,就应把握好能量输入、房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面,从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节,再辅以必要的计算和构造措施,就有可能使设计出的房屋建筑具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度.

抗震概念设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为以下几个方面.

（1）建筑场地选择的基本原则：选择建筑场地时,应根据工程需要,掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价.对不利地段,应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施.危险地段,严禁建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类的建筑.

（2）建筑体型的确定：①建筑及抗侧力结构的平面布置宜规则对称,并应具有良好的整体性；②建筑物的立面布局宜采用矩形、梯形和三角形等变化均匀的几何形状,尽量不要采用带突然变化的阶梯形立面、大底盘建筑,甚至倒梯形立面；③建筑物应尽量减小高度,尤其是限制高宽比.

（3）结构抗震体系的选取：①结构体系应具有明确计算简图和合理地震作用传递途径；②结构布置应具备多道抗震防线,尽量避免部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；③结构应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和耗能能力；④对结构薄弱部位应采取有效的措施予以加强,防止出现过大的应力集中和变形集中；⑤结构平面两个主轴方向的动力特性宜相近,并尽可能与场地的卓越周期错开.

（4）多道抗震防线的设置：①优先采用具有多道抗震防线的结构体系.②纯框架采用强柱弱梁的延性框架.③利用赘余构件增加结构的抗震防线.

3.2抗震计算

地震的危害巨大,建筑物的抗震性能显得尤为重要.在抗震研究中对结构抗震性能进行分析是一项重要内容,非线性时程分析法和非线性静力分析法是目前常用抗震分析方法.

针对结构非线性反应的非线性时程分析法（非线性动力反应分析）,经历了从建立在层模型或单列梁柱模型上的方法到建立在截面多弹簧模型上的方法,再到建立在截面纤维滞回本构规律的纤维模型法,这使得模拟的准确程度不断提高.其基本思路是通过一系列数值方法来建立和求解动力方程,从而得到结构各个时刻的反应量.但对地震特点和结构特性的检测设,使其结果存在不确定性,其主要价值是用来考察地震作用下普遍的而非特定的反应规律,以及对抗震设计后的结构进行校核分析,评估其抗震性能：非线性静力分析法（push-over）是近年来得到广泛应用的一种结构抗震能力评估的新方法.这种方法从本质上说是一种静力非线性计算方法,但它将反应谱引入了计算过程.其根本特征是用静力荷载描述地震作用,在地震作用下考虑结构的弹塑性性质.它的基本思路是先以某种方法得到结构在地震作用下所对应的目标位移,然后对结构施加竖向荷载,并将表征地震作用的一组水平静力荷载以单调递增的形式作用到结构上,在达到目标位移时停止荷载递增,最后在荷载中止状态对结构进行抗震性能评估,判断是否可以保证结构在该地震作用下满足功能需求.

3.3结构布置

结构布置的一般原则：

⑴平面布置力求对称

通常情况下,对称结构在地面平动作用下只会发生平移振动,各构件的侧移量相等,这样就使得水平地震作用按构件刚度分配,所以各构件受力比较均匀,不会导致力的分布失衡.如果是非对称结构,刚心会偏在一边,质心与刚心不重合,即便只是发生地面平动也可能出现扭转振动.最终会导致远离刚心的构件,侧移量大,承担过度的水平地震剪力.这就很容易发生严重破坏,甚至可能会导致整个结构因一侧构件失效而倒塌.

⑵竖向布置力求均匀

结构竖向布置均匀,可以最大限度的使其竖向刚度、强度变化均匀,这样可以有效的避免出现薄弱层.从建筑结构的特点看,临街的建筑物,往往会因为商业的需要,底部几层有大空间的设置.非临街的建筑物,底部也可能门厅、餐厅或停车场,而出现大空间.在这种结构中,上部的钢筋混凝土抗震墙或竖向支撑或砌体墙体到此被中止,而下部须采取框架体系.

4.结束语

高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的,我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究,选用适合的抗震结构,注重建筑结构材料的选择,减小地震的作用力,增强地震的抵抗力,从而达到高层建筑抗震的目的.