關于建筑結構抗震設計方法及措施探討

周松江

摘要：隨著社會的發展，人們的生活水平也日益提高了，在城市的建設中高層建筑大量涌現，同時，近幾年，自然災害不斷發生，為了保證建筑物的穩定性能，使建筑物在任何情況下都能完善的保持良好狀態。因此，就要加強建筑物的抗震設計，保障人們的人身安全，給人們創造一個舒適安全的居住環境。

關鍵詞：建筑結構；結構設計；方法；措施

中圖分類號：TU3文獻標識碼： A

一、建筑抗震設計的基本內容

目前，我國實行的抗震政策主要是規范建筑物在發生較小地震時，立即根據反應譜這一理論算出地震的作用力，并采用彈性的方法算出地震發生時釋放出的內力和造成建筑的位移，用極限的方式設計出建筑的結構部件。對于有特殊要求的重要建筑物，通常要進行補充計算，必要時還要求做出建筑的變形驗算。但是我國規范的要求驗算的種類相對來說比較少、類型單一，明確具體彈塑性的計算要求，做出有效規定，提高彈塑性這種計算方式的可操作性，對于高層建筑抗震的進步是非常有幫助的。一般來說，建筑抗震設計內容主要由推力計算和時程分析兩部分構成。推力計算又稱作靜力法，這種方法出現時間相對較早，但是仍有許多優點可以供我們參考使用。靜力法使用的模型是空間和平面或者三維空間的結構體，這就是說，各個構件都必須符合具體標準以保證變形關系的確定。從這種方法，可以了解到各個組成部件的內力、承載力大小，了解二者之間存在的關系，檢測它們強剪弱彎的符合度等等，從而幫助我們找出設計中不符合規范的內容。這種結構的設計方式被大多數設計人員所熟用，大部分的建筑就是在這種分析基礎上建立起來的。時程分析又可以稱為動力法，它是按照建筑物所處地理位置的烈度、類別和設計的評判，然后選擇一定數量的地面運動時產生速度的記錄，通過分析計算得到的建筑物在虛擬地震過程中的位移和速度而制定的一種抗震計劃。這種方法的優點是隨著時間的變化，我們可以得到每一個樓層的準確反應。雖然它是從宏觀范圍上檢驗建筑物的結構是否安全，這一過程也十分清晰準確，但是卻很少被人們采納使用。究其根源，是因為動力法在分析過程中需要消耗大量的時間和資金，最后顯示出來的數據量紛繁復雜，分析過程難度大，因此也就無法得到重視。

二、我國建筑結構設計的現狀

建筑結構的設計要充分考慮建筑的抗震能力，這關乎人民的生命財產安全。我國位于地中海—喜馬拉雅地震帶上，因此我國是一個地震多發的國家之一。但是，從目前我國建筑的抗震能力來看，還存在著許多的問題。一直以來我國在進行建筑設計時都遵循著小震級的地震可以抵抗，大地震能夠修復的原則，雖然這樣的設計理念在建筑物的抗震方面取得了一定的成效，可是，在面臨大的地震時還是存在不足。尤其是一些設計人員的僥幸心理，在設計時缺少靈活的應變，一味的照抄照搬，使數據最終產生錯誤。不僅如此，在進行建筑施工時，一些建筑承包公司為了節省建筑開支，從而偷工減料，降低了建筑物的抗震能力，有的甚至是私自改變施工的設計方案，最后在導致建筑物抗震結構的改變。而施工人員不夠專業也會影響整個建筑結構的抗震性能，施工人員在進行施工時，為了方便或者自身的不注意，對鋼筋混凝土建筑結構的施工沒有做到設計的相關要求，最終影響了整個工程的施工質量。

三、建筑抗震結構設計的基本原則

(1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。

(2)對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

(3)承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

(4)盡可能設置多道抗震防線，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。

(5)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

四、常用建筑結構抗震設計方法

(一)根據建筑結構性能目標來進行抗震設計

建筑物在發生地震的時候有高度的安全性，是抗震設計的最終目的，所以建筑結構的抗震設計要求以將要建設建筑物的地區可能會發生的大地震的烈度為基本的設計標準，而且還要以建筑自身以及建筑物的內部沒有造成破壞為最終目標來確定建筑結構的抗震性能指標。建筑結構的某些非抗震的下部結構以及建筑結構的基礎部位也需要有一定程度上的抗震能力，在發生大地震的時候建筑結構要基本保持在所能承受的彈性范圍之內。另外，建筑結構的抗風性能也應得到重視。因由于風壓所產生的建筑水平振動很有可能導致建筑的安全使用性能降低，以及使得抗震構造構件的耐久性能受到破壞。因此，建筑結構要有一定的比較好的性能指標，以便達到高的抗震設計要求。

(二)根據建筑場地和建筑規劃來進行抗震設計

建筑結構要有較好的抗震性，需要選擇比較穩定性的建筑場地。另外，具有抗震性的建筑需要有抗震層的設置，而且建筑結構的外部空間應該進行包括鄰棟間距、建筑外觀等等的一些舒適感以及安全性能的角度的考慮。而且在進行建筑結構的場地規劃的時候，也應該從適應建筑上部結構的位移等特點與性能方面的角度來考慮。建筑物在經過長時間的使用后，建筑結構的整體可能發生移動的范圍之內不應該存在障礙物。在建筑結構可能發生移動的范圍之內一般來說會設置一些建筑的出入口，并且還要注意不能因此而使得人受到一些傷害。

五、建筑結構設計的抗震措施

(一)選擇的建筑場地和地基有利于抗震

(1)場地選擇

在不同工程地質條件的場地上,地震對建筑物的破壞程度是截然不同的。因此，進行建筑場地選擇時，設計者必須綜合評價工程地質的有關資料和地震活動情況，并結合工程的實際需要。首先，建筑宜避開對建筑抗震不利的地段，選擇對建筑抗震有利的地段，例如平坦、開闊的堅硬場地土。其次，當沒有辦法避開時,適當的抗震加強措施應被采用。

(2)地基處理

基礎設計時應注意：a.當地基有新近填土、液化土、軟弱黏性土時,基礎的剛性、整體性應得到加強；b.天然地基與樁基不宜混用在同一結構單元上；c.性質差異較大的地基上不宜設置同一結構單元；d.地圈梁應設置在墻下,以加強上部結構與基礎的整體性，以抵抗不均勻沉降。

(二)優化平立面布置

(1)建筑布置的平立面應規則，體型要簡單

當建筑物體型規則、簡單時，其受力性能明確,在設計過程中就容易分析在地震作用下結構的內力和實際反應，且易于處理結構細部的構造，因此這類結構在遭遇地震后受到的損害相對較輕。反之,建筑體型復雜、不規則時，強度和剛度就容易發生突變,引起應力變形或集中，形成結構上的薄弱環節，從而造成較大的危害。

(2)力求建筑平、立面質量分布和剛度對稱

建筑的質量分布和剛度不對稱，在地震作用下就會發生十分明顯的扭轉振動。因此,建筑中的獨立單元及整個建筑應力求質量、剛度對稱,使其剛心與質心偏心很小甚至完全重合。

(3)建筑的剛度變化和質量須均勻

建筑沿豎向分布的剛度和質量常常是不均勻的。比如,樓層錯尾的存在或在層高范圍內框架的填充墻設置不連續，短柱就在框架上形成。地震時就易對建筑造成損害。所以設計時必須采取必要的構造措施，對建筑結構中沿豎向分布不連續的質量和剛度加以限制。

(三)選擇合理的抗震結構體系

(1)應有多道抗震防線

多道抗震防線，是指在地震作用下，一個抗震結構體系中的一部分延性好的構件最大限度發揮其耗散、吸收地震能量的作用,首先達到屈服，起到第一道抗震防線的作用，其它構件則在其后依次屈服,從而形成第二、第三或更多道抗震防線。這樣可以避免整個建筑結構體系因部分構件或結構破壞而喪失抗震能力。所以，結構設計須考慮設置多道抗震防線。

(2)應具備良好的耗能、變形能力和必要的強度

一個沒有足夠延性,只有較高的抗側力強度的抗震結構體系,在地震時很容易遭到破壞。但如果其抗側力強度不高,而有較大的延性，在地震作用不大的情況下，建筑結構就不會受到破壞，只會產生較大的變形。如果抗震墻設置在框架中,就可增加其抗剪力強度；如果屆邊約束構件加在砌體結構上,能提高其變形能力。這樣就增大了兩種結構的抗震潛力。

(3)結構剛度和強度分布須合理

如結構剛度和強度分布不合理，會產生塑性變形集中或過大的應力,結構就會突變或其局部受到削弱而形成薄弱部位。對結構上可能出現的薄弱部位,應采取相應措施提升其抗震能力。在強烈地震下，強度安全儲備在結構上并不存在，而判斷結構薄弱層的基礎就在于構件的實際強度分布。

(四)設計合理的建筑結構參數

計算分析參數設計，就是進行建筑各構件的地震響應和地震作用計算,各墻柱梁板變形及承載力計算包含于其中。把正確的計算模型建立在建筑結構的實際工作狀況基礎上，并根據概念設計做適當的簡化處理、計算。多遇地震作用下的復雜結構進行變形、內力分析時,應采用的力學模型不少于兩個,且不相同，其計算理論主要有兩種，即主拉應力與剪摩理論。其中，主拉應力理論適用于磚砌體,而剪摩理論適用于砌塊結構。應認真分析判斷計算機的計算結果，確認其合理、有效后，才能用于工程設計。結構的位移、剪重比、自振周期等是結構計算控制的主要計算結果。

結語

隨著科技的迅猛發展，各項新工藝、新材料、新技術與新理念在建筑設計行業得到了廣泛應用，有效豐富了抗震設計手段，提升了建筑結構整體抗震性能。建筑結構抗震設計的好壞是建筑物能否取得良好抗震效果的前提，因此， 在進行抗震設計時，要根據理論分析，選擇的結構布置和合理的材料運用，從多個方面慎重考慮，從而使高層建筑結構滿足人們的使用要求，能夠減輕甚至避免地震帶來的危害。

參考文獻

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