關于建筑結構設計抗震措施的研究

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摘要：建筑結構的抗震是非常有必要，也是非常重要的一個方面，隨著人們對建筑產品要求的提高，各種新結構、不規則結構和超出規范適用范圍的結構會逐漸增多，在沒有規范可供遵循的條件下，采用基于性能的抗震設計思想進行這些結構的抗震設計，并通過專家論證，也是可行、有效的一條路徑。本文探討了建筑結構設計抗震措施。

關鍵詞：建筑；結構設計；抗震；措施

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。

一、建筑抗震結構設計的基本原則

1、結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能

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；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；承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

2、盡可能設置多道抗震防線

（1）一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架-剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。

（2）強烈地震之后往往伴隨多次余震，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?？拐鸾Y構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。

（3）適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。

（4）在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。

二、提高建筑結構設計抗震的措施

1、建筑場地的選擇

（1）應選擇對建筑抗震有利的地段，如開闊平坦的堅硬場地土或密實均勻的中硬場地土等地段。

（2）應避開對建筑抗震不利的地段，如軟弱場地土，易液化土，條件突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質陡坡、采空區、河岸和邊坡邊緣，場地土在平面分布上的成因、巖性、狀態明顯不均勻等地段。當無法避開時，應采取有效的抗震措施。

（3）不應在危險地段造建甲、乙、丙類建筑，對建筑抗震危險地段，一般是指地震的可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段，發震斷裂帶上地震等可能發生地表錯位地段。建筑場地為Ⅰ類時，甲、乙類建筑可按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施；丙類建筑允許按本地區抗震設防烈度降低一度的要求采取抗震構造措施，但抗震設防烈度為Ⅶ度時，可按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施。另外，場地土的剛度大小和場地土覆蓋層厚度是影響建筑物震害得主要因素。震害調查表明，土質越軟，覆蓋層越厚，建筑物震害越嚴重，反之越輕。

2、選擇有利于抗震的建筑平面和立面布置

（1）建筑的體型要簡單，平立面布置宜規則。體型簡單和規則的建筑，受力性能明確，設計時容易分析結構在地震作用下的實際反應及其內力分析，且結構細部的構造也易于處理。所以這類結構遭遇地震后其震害相對都較輕。反之，建筑體型不規則，平面上曲出凹進，立面上高低錯落。易于形成剛度和強度上的突變，引起應力集中或變形集中，也容易形成薄弱環節，往往造成比較嚴重的危害。

（2）建筑的平、立面剛度和質量分布力求對稱。建筑的剛度和質量分布不對稱、即使在地面平動分量作用下也會發生扭轉振動，從而造成比較嚴重的危害。所以，整個建筑或其獨立單元應力應求剛度、質量的對稱，使其質心與剛心重合或偏心很小。

（3）建筑的質量和剛度變化要均勻。建筑的質量和剛度沿豎向分布往往是不均勻的、例如，由于建筑的豎向收進，地震時收進處上、下部分振動特性不同，易于在收進處的橫隔層（樓板）產生應力突變.使豎向收進的凹角處產生應力集中；又如，在建筑物底層設置上下不連續的抗震墻（如底層框支抗震墻）、使建筑物沿豎向的不均勻性；框架的填充墻在層高范圍內未連續設置或存在樓層的錯尾，使框架形成短柱。也易于造成危害。設計時對上述質量和剛度沿豎向分布不連續的情況應加以限制、采取必要的構造措施。

（4）必要時設置防震縫。防震縫的設置，應根據建筑類型、結構體系和建筑體型等具體情況區別對待，不提倡一切都設，也不主張都不設?？拐鹨幏兜脑瓌t是，建筑防震縫的設置，可按結構的實際需要考慮。體型復雜的建筑不設防震縫時，應選擇符合實際的結構計算模型，進行精細的抗震分析，估計其局部應力和變形集中及扭轉影響、判別其易損部位、采取措施提高抗震能力。當設置防震縫時，應將建筑分成規則的結構單元，防震縫應根據烈度、場地類別、房屋類型等留有足夠的寬度，其兩側的上部結構應完全分開。

3、設置多道設防的抗震結構體系

抗震建筑結構體系應根據建筑物的重要性、設防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎、材料和施工等因素，經過技術、經濟條件比較綜合確定。首先宜有多道抗震防線，應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構體系喪失抗震能力或對重力荷載的承裁能力。所謂多道抗震防線，是指在一個抗震結構體系中，一部分延性好的構件在地震作用下，首先達到屈服，充分發揮其吸收和耗散地震能量的作用，即擔負起第一道抗震防線的作用，其他構件則在第一道抗震防線屈服后才依次屈服，從而形成第二、第三或更多道抗震防線，這樣的結構體系對保證結構的抗震安全性是非常有效的。同時底框建筑底層高度不宜太高，應控制在4.5m 以下。高度加大，底層剛度減小，重心提高，使框架柱的長細比增大，更容易產生失穩現象。而且由于高度較大，很多建筑房間被業主一層改成了兩層，造成了較大的安全隱患。宜具有合理的剛度和強度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位.產生過大的應力集中或塑性變形集中；可能出現的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

4、保證結構的延性抗震能力

合理選擇了建筑結構后，就需要通過抗震措施來保證結構確實具有所需的延性抗震能力，從而保證結構在中震、大震下實現抗震設防目標，系統的抗震措施包括以下幾個方面內容。強柱弱梁：人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現較早，在達到最大非線性位移時塑性轉動較大；而柱端塑性鉸出現較晚，在達到最大非線性位移時塑性轉動較小，甚至根本不出現塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力。強剪弱彎：剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發生剪切破壞，該部位就將徹底退出結構抗震能力，對于柱端的剪切破壞還可能導致結構的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節點的組合剪力值，使結構能在大震下的交替非彈性變形中其任何構件都不會先發生剪切破壞。

5、切實提高設計質量

地震尤其是震級和烈度較高地震，危害性非常大，建筑物的抗震性能就顯得尤為重要。目前我國抗震設計的目標是\"小震不壞，大震不倒\"。目前我國建筑結構設計水平還很低，大量的建筑所采用的建筑方案不是很合理，導致結構方案無法合理布置，增加材料用量，帶來兩個惡果：一是造價升高；二是自重增加，導致地震作用加大，從而進一步增加材料用量。其實，從建筑設計的角度出發，在正確的抗震理論指導下，依據合理的設計原則，同樣可提高甚至保證建筑結構的安全可靠性。其原則包括：結構構件應具備足夠大的承載能力；結構應具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉和位移；結構應具有足夠大的延性和耗能能力，這一點對結構在強震作用下的安全性尤為重要。延性是指構件和結構屈服后，具有承載力不降低或基本不降低且有足夠塑性變形能力的一種性能。延性大，說明塑性變形能力大，強度或承載力的降低緩慢，從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量，避免結構倒塌。

總之，要確保建筑結構中的抗震設計能高效完成，應在遵循相關建筑抗震規范要求的原則上，進行科學地合理地設計，確保建筑物具有穩定的可靠的抗震性能，達到建筑物小震不壞、中震可修、大震不倒的標準。相信，隨著相關技術人員抗震設計水平的不斷提高，我國的建筑工程結構抗震設計也將會邁上更高更遠的臺階。

參考文獻：

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