关于建筑抗震结构设计的思考

关键词：建筑抗震；结构设计；思考 

　　1 建筑抗震的基本要求 

　　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的标准。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。从当前国内外抗震设防目标的发展总趋势来看，其基本要求是建筑物在使用期间，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： 

　　1.1 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； 

　　1.2 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； 

　　1.3 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。 

　　2 建筑抗震结构设计的有效方法 

　　2.1 选择有利的抗震场地 

　　人们常常看到在具有不同工程地质条件的场地上，建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。于是人们自然就想到既然在不同场地条件下建筑物所受的破坏作用是不同的，那么，选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设，就能大大地减轻地震灾害。另一方面，由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制，除了极不利和有严重危险性的场地以外往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类，以便按照不同场地特点采取抗震措施。这就是地震区场地选择与分类的目的。因此，应选择对建筑抗震有利的地段，应避开对抗震不利地段；当无法避开时，应采取适当的抗震加强措施，应根据抗震设防类别、地基液化等级，分别采取加强地基、上部结构整体性和刚度，部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。 

　　2.2 结构选型和布置一般要求 

　　2.2.1 建筑型状力求简单规则。总的来说就是指平立面不出现凹角的结构。对难以避免的凹角，应满足下列要求：房屋平面的突出部分的长度不大于其宽度，且不大于该方向总长度的30%。房屋立面局部收进的尺寸不大于该方向总尺寸的25%（不包括局部突出的楼、电梯间）。房屋平面的总长度不宜过长，结构平面的长宽比不宜过大。 

　　2.2.2 建筑平立面的刚度和质量分布力求对称均匀。力求对称均匀是抗震概念设计十分重要的原则。因为不对称结构由于地震作用引起的扭转作用十分明显，在设计时应采取加强措施：周边构件的强度和刚度不对称，布置时应在总体上减小刚度偏心，计算时要充分估计薄弱侧的较大位移及构件的内力和变形；建筑外形对称但抗侧力结构不对称，可用抗震缝把结构分隔成简单、规则的单元。 

　　2.3 增强建筑物的刚度及整体性 

　　房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖具有整体性好、水平刚度大的优点，是较理想的抗震构件，不但可消除滑移、散落的问题，增加房屋的整体性，增大楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可予以适当放宽，因作为以剪切变形为主的砌体结构，层间变形是可控制的。较强的楼板及屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件，平面上，当上下墙体不对齐时，现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用，同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。因此，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。 

　　2.4 保证结构的延性抗震能力 

　　结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，因此，地震作用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性，就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。具体思路有三步： 

　　2.4.1 第一步是选择一个可接受的塑性变形机构。现在普遍使用“梁柱铰机构”即是通常所说的“强柱弱梁”。为了实现能力设计方法中的强柱弱梁机构，我们通常的做法是对柱截面的组合弯矩乘以增大系数；也可以对由梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩，即实配弯矩乘以增大系数的方法来实现，并用增大后的弯矩值进行柱端控制截面的承载力设计。 

　　2.4.2 第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏，这即是我们通常所说的强剪弱弯。通常的做法是用剪力增大系数增大梁端、柱端、剪力墙端、剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点处的组合剪力值，并用增大后的剪力设计值进行受剪控制截面控制条件，进行验算和设计。具体措施也有两类：一类是直接对一跨梁两端截面的顺时针或反时针方向的组合弯矩值乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力；另一类是沿顺时针或反时针方向求得一跨梁两端截面按实际配筋能够抵抗的弯矩，对其乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。 

　　2.4.3 第三步是通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。通常通过箍筋加密，限制轴压比等措施来给予保证。 

　　2.5 合理的建筑结构参数设计计算分析 

　　参数设计是进行地震作用和房屋各构件的地震响应计算，包括各墙柱梁板承载力和变形计算。开始计算前，应根据高层结构的实际工作状况，建立正确的计算模型，根据概念设计做必要的简化计算与处理。计算软件技术条件的输入应符合规范及有关标准的规定，并应根据具体工程注意需要特殊处理的内容。对于复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个不同的力学模型，目前主要有两种计算理论：剪摩理论和主拉应力理论。它们有各自的适用范围：砖砌体一般采用主拉应力理论，而砌块结构可采用剪摩理论。对计算机的计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。结构计算控制的主要计算结果有结构的自振周期、位移、平动及扭转系数、层间刚度比、剪重比、有效质量系数等。另外，地下室水平位移嵌固位置，转换层刚度是否满足要求等，都要求有层刚度作为依据。复杂高层建筑抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9 倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。总之，高层结构计算很难一次完成，应根据试算结果，按上述要求多次调整，才能得到较为合理的计算结果，以保证建筑物的安全。 

　　参考文献： 

　　[1] 郭华，江雄华.现代建筑结构抗震设计方法研究[J].中国新技术新产品，2010，（16）. 

　　[2] 胡紫城，王社良，朱敏纳.建筑结构基于性能的抗震设计理论与方法[J].陕西建筑，2011，（02）.