建筑结构中的防震设计

【摘 要】建筑结构的防震设计属于建筑设计工作中的一个重要组成部分,它是建筑物防震的基础所在,要保证建筑物在强烈地震中有较好的防震效果,就需要在按国家相关防震标准的前提下,进行设计的科学化、合理化创新,从而使建筑物具备可靠的防震性能,从而在地震灾害来临时,能够保全人民的生命及财产安全.

【关 键 词】建筑结构；结构设计；防震设计

我国地震灾害多发,并具有分布广、震源浅、频率高的特点,是世界上受地震灾害影响最严重的国家之一,因此,加强我国建筑结构的防震设计对于降低地震灾害损失、保全人民生命财产安全有着极其重要的作用,所以,这就要求,建筑设计师们在进行建筑结构的防震设计时,不仅要注重防震设计的常规计算,还要结合实际情况采取概念化防震设计,从而使建筑的防震性能更完善.

一、建筑结构防震设计主要方法

通常建筑结构的防震设计可分为理论性防震设计及概念性防震设计两种,理论性反震设计即结构工程师以建筑结构的防震理论及规范为依据进行反复分析验算,最后所获得的数据式的结果,再将其使用到建筑设计中.概念性设计即不采用传统方法进行验算,在一些较难获得精确性的分析时,采用结构体系与分体系间的结构破坏机理以及相应的力学关系来获取最为基本的防震设计原则,来确定结构的总体设计以及反震细部的宏观控制.

概念设计的优势在于能够快速高效的对结构体系进行比较、整理和设计.其缺点在于对一些实际防震数据的取值存在一定误差.

二、建筑结构防震设计基本原则

2.1建筑结构体系中的构件应具备一定的刚度、承载力、稳定性以及延性等性能,结构性构件的设计应遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的基本防震原则,对可能会造成结构体系的薄弱部位,应具有针对性的提高该部位的防震能力.对于承受纵向荷载的结构构件不应作为主要的耗能构件.

2.2设计多道防震防线

2.2.1一个良好的防震街头体系必须由多个延性优秀的分体系构成.并使延性较好的构件连接协同工作,比如在框剪结构是由剪力墙以及延性框架分体系组成,双肢或者多肢剪力墙分体系组成.

2.2.2通常在较强地震发生之后会伴有多次余震,检测如只设计一道防震防线,则很有可能在主震对结构进行破坏之后,再遭受余震,导致结构损伤累积,最终倒塌,因此,防震结构体系应具备一定数量的内、外冗余度,并有针对性的建立一些合理分布的屈服区,以及使主要一些耗能构件具备较高的刚度和延性.从而使结构体能够吸收和分解地震的大量能量,进而达到提高结构的防震性能的目的.

2.2.3合理的处理好结构体系中各构件的强弱关系,即在同一层中,若主要的耗能构件屈服以后,则其它侧力的构件仍在弹性阶段,从而延长结构体系的有效屈服,从而保证结构体系的延性以及抗倒塌能力.

三、建筑结构防震设计方法

3.1建筑结构隔震方法

这种隔震方法通常是通过在建筑的上、下部结构中间设置隔震装置来实现隔离地震能量的功能,一般根据隔离层的位置不同,可分为下面四种：

3.1.1地基隔震

地基隔震一般都设置在基础结构一下的地基中,在建筑史上,曾经有使用糯米垫层以及砂垫层来作为隔震保护的记载,还有采用铺设一层软粘土再铺设一层砂土,并在中间加设一层土工布的方法,但是由于这种方法,人们不好控制土层的形状,因此,隔震效果很不稳定.

3.1.2基础隔震

这种隔震方法一般适用于外观较为规则的低层建筑,其方法是在结构基础和上部结构间加设隔震装置,这种隔震方法一般有粘弹性隔震以及滚珠滑移隔震等形式,其装置也有基底滑移装置以及夹层橡胶垫装置等.

3.1.3层间隔震

层间隔震实质上是将隔震与结构防震相结合,在建筑结构上加装耗能减震的装置,这种隔震效果一般可以降低10—40%的地震破坏.

3.1.4悬挂隔震

悬挂隔震较为先进,它是通过将结构体大部分甚至全部质量悬挂起来,从而使地震破坏无法对结构体造成破坏.这种隔震方法被广泛应用于世界各国的许多桥梁及电厂锅炉架中.

3.2消能减震技术

该技术是通过提高结构体系的附加阻尼,从而降低结构体系的地震影响的方法,它不仅能应用于结构上部,也能应用在采用基础隔震法中的隔震层.它比依靠结构刚性及节点延性来分解地震能量要先进了一些,但其消能元件不能分离于结构主体,也不能完全的避免结构体的弹塑性变形,所以,它依然属于延性结构的范畴.

3.3机敏减震

无粘结钢支撑体系属于机敏减震支撑体系.在内核钢支撑以及外包钢管间不粘结,或内核钢支撑以及外包钢筋砼间涂抹无粘结漆,从而构成滑移界面,在终端加设外包层,两端露出内核钢支撑,再用高强螺栓连接结构体,从而保证拉力与压力都由内核钢支撑承担.

四、防震结构设计中的概念设计

防震结构设计中的概念设计的出现,是由于地震的随机性,目前还无法对其震动时间、震动频率以及震动强度进行预测,所以不能完全依赖于防震设计规范中的计算模式进行计算,而是应以建筑防震的基本理论以及长期的防震设计经验总结为依据,进行概念性防震设计,在防震概念设计中,应注意以下几点：

4.1建筑选址

在建筑选址时,设计人员就应结合具体的地质勘察报告,配合业主进行工程选址,尽量避开地震灾害较大的危险地段,选择对防震设计有利的地势,选择时应选择开阔平坦、土质较硬的中硬土等地段,应避开选择软弱土、液化土以及河岸、坡地、岩质不均匀的不利地段；另外,在同一建筑结构位置选择上,不应横跨在两种地基土上,也不应在同一结构体上,采用两种基础结构形式,从而使建筑基础结构受力不均匀,降低基础的整体性能与刚度.

4.2平立面布置应合理

建筑结构的动力性能取决于它的结构形式及建筑布局,结构形式符合防震原则,建筑布局简洁合理,这样才能确保建筑结构整体具有优秀的防震性能.所以,这就需要建筑物的建筑外观无论是平面还是立面都应尽量保持规则、对称,质量与刚度的均匀,尽量避免结构外形的大起大落,错层现象.

4.3结构选型与结构布置

结构形式要以建筑物的使用功能、设防烈度、建筑高度、工程地质、基础类型以及施工工艺等因素为前提,综合考虑,然后再对具体的施工技术以及工程成本进行详细对比再确定下来.如果仅从防震角度进行分析,那么一种良好的防震结构形式应满足以下性能：结构延性系数高；构件连接的整体性与连续性较好,并能发挥出建材的最大强度.结构的布置应遵循平面力求对称、纵向力求受力均匀的原则,从而使构件受力均匀,强度变化均匀,提高结构的整体防震性能.

五、结束语

随着我国国民经济的迅速发展,城市化水平的步伐加快,高层建筑随之增加,要确保这些越来越高、外形越来越复杂的建筑具有可靠的防震性能,确实是一个非常困难的问题,这对结构工程师们来说无非是一个艰巨的考验,因此,这就需要他们在建筑结构的防震性能设计中,不断地总结长期的防震设计经验,并对传统的防震设计方法进行创新,从而适应越来越复杂的建筑形式,为人们提供坚固、安全可靠的居住环境.