建筑結構抗震設計研究

粟波

摘 要：抗震設計是建筑設計中的一個相當重要的環節。要想使建筑結構設計中的抗震設計能夠取得良好的效果，不僅要遵循相關的標準，更應該不斷對建筑結構的抗震設計進行科學合理的創新，力求達到最佳的抗震效果。這樣，一旦遇到不可預測的地震，一方面可以保障建筑物的安全，減少建筑物的損害，另一方面，也是最重要的一方面就是能夠在很大程度上保障人們的生命財產安全。因此，建筑企業一定要加大對建筑結構的抗震設計的重視程度。本文針對抗震設計在建筑結構中的重要作用，指出完整的抗震設計包括了抗震計算的分析和概念的設計兩個方面，并從這兩個方面簡單地對建筑結構的設計進行了分析。

關鍵詞：建筑結構；概念設計；抗震設計

引 言

我國是世界上地震災害最嚴重的國家之一。目前，我國的建筑結構抗震設計正處在不斷成熟發展的時期，就在這半個世紀中，其伴隨著動力學、地震學、結構試驗和結構分析等方面的進步經歷了從無到有的轉變，在震害調查和強震觀察方面借鑒學習了許多國家的先進經驗。如何結合我國在社會發展和地震環境等方面的實際情況，對建筑結構的抗震設計進行不斷的提高與完善，促進其不斷朝著更安全、更經濟、更合理的方向發展，是目前建筑結構抗震設計工作者的首要任務。本人將結合多年的實際工作經驗，談談在從事建筑結構抗震設計方面的心得與思考。

1 結構抗震設計的內容

眾所周知，地震的發生是不確定的、復雜的，即使是非常精確的儀器在一般情況下也做不到萬無一失地預測出地震的發生時間、范圍和強度。建筑物作為一個復雜的系統，在地震發生時，結構方面存在著很多相對復雜的演變。在建筑抗震理論并不能達到嚴密科學的今天，單靠計算很難使建筑具備良好的抗震能力。因此，建筑結構的抗震設計并不能僅僅依靠計劃設計，還需要我們結合工程抗震的實際經驗和建筑工程抗震的相關理論，從概念設計的方面來面對建筑結構整體的抗震能力和反映，加大對建筑物總體抗震能力的概念設計的重視程度。

1.1 選擇對抗震有利的場地

在對建筑結構進行設計的時候，應該依據工程的需要，掌握工程地質的相關資料和地震的活動情況，進行綜合性的評價。適宜選擇相對開闊平坦、均勻密實的中硬土或者是堅硬土等有利的地段；避開一些液化土、軟弱土、邊坡邊緣和河岸，平面分布上的狀態、成因、巖性等明顯存在不均勻情況的土層等等不利的地段；同一個結構單元不適合設在性質完全不同的地基土上，也不適合部分采用樁基，部分采用天然的地基，當地基有液化土、軟弱粘性土、嚴重不均勻的土層或者是新近的土層時，應該加強基礎的剛度和整體性。

1.2 布置合理的平立面

建筑物的結構布置和建筑布局在很大程度上決定了建筑物的動力性能。建筑結構的布置基本符合了抗震的原則，建筑布局做到合理簡單，就能確保房屋具備優良的抗震性能。另外，建筑物的平立面應該布置的對稱、規則，在剛度和質量方面的變化要均勻，避免樓層錯層的現象。對于體形相對比較復雜的建筑物應該設置合理的變形縫，在對其進行結構設計時應該進行內力調整和水平地震作用的計算，并且應該對相對比較薄弱的環節利用有效的抗震構造的相關措施，對建筑物的高寬比和高度進行嚴格的控制。

1.3 結構的選型和布置

對結構進行選型因該依據建筑的設防烈度、場基、房屋高度、材料、基礎、場地、建筑的重要性和施工等方面的因素，經過經濟和技術的條件來進行比較和綜合確定。如果僅從抗震的角度來考慮，一種相對較好的結構形式應該具備以下的性能：①較大的延性系數；②強度/重力的比值較大；③較好的勻質性；④正交各向同性；⑤連續性、整體性的構件連接，并且能夠發揮材料全部的強度。在進行結構布置時應該遵循以下幾個原則：①平面布置應該盡量做到對稱，這樣能夠是構件各個部位的力分配相對均勻；②豎向布置應該盡量做到均勻，使其強度與豎向的剛度變化相對均勻，避免薄弱層的出現，并且盡量降低房屋的重心。

1.4 設置多道抗震的防線

設置多道抗震的防線就是人為地對某些豎向的抗側力結構進行加強，提高其可靠度；并有意識地設置一些相對薄弱的環節，促使其在強烈地震的作用下退出工作。將地震動作的周期和建筑物的自振周期區分開來，在一定程度上緩解建筑物的共振現象，也就相應地減輕了地震對建筑物的破壞作用。一般情況下，設置抗震防線要遵循以下的原則：①對少負擔或者是不負擔重力荷載的豎向的填充墻或者是支撐進行優先選擇，或者選擇軸壓相對較小的實墻筒體、抗震墻等構件來作為第一道防線的抗側力的構件。②建筑物利用雙重抗側力的體系，建筑物中使用贅余桿件。當建筑物遭受強烈地震時，一方面，采用結構中使用的贅余桿件的變形和屈服來對輸入的地震能量進行消耗；另一方面，利用贅余桿件的推出共醉來實現結構的周期變化，避免地震時間長、持續作用而引起的共振效應。圖1為進行建筑結構抗震設計時常常設置的第一道防線：框架-剪力墻結構連梁。

1.5 剛度、延性和承載力的匹配

當建筑結構的抗力相對較高時，總體的延性的要求可以適當的降低；反之，當建筑結構的抗力相對較低時，總體的延性的要求就應該適當提高。地震時建筑物受到的地震作用的大小和其動力的特性緊密相關，應該具備合理的剛度、承載力的分布和與之相匹配的延性。一般情況下，想要提高建筑結構的抗側剛度，都需要提高工程的造價并且降低建筑結構的延性。要想使得建筑物具備很強的抗倒塌的能力，最好的辦法是使得建筑結構中的所有構件都具備相當高的延性，但是在實際的工程建設中卻很難做到這一點。有選擇地對結構中的關鍵桿件和重要構件的延性進行提高是切實可行的辦法，相對來說還比較經濟。所以，在對建筑結構的體系進行確定時，應該找到一種使得結構的剛度、延性和承載力相匹配的辦法。圖2為增加建筑結構剛度的方法圖。

2 結構抗震設計的計算方法

2.1 我國結構抗震的計算流程

對結構的地震反應進行分析開始于1920年左右，幾十年來伴隨著地震觀測資料的不斷積累與完善，抗震理論的不斷加深和計算技術的不斷進步，結構地震的反應的分析方法也在不斷地改進和發展。我國現行的是兩階段、三水準的設計方法，抗震設計的流程圖如圖3所示。

2.2 基于性態的抗震設計

傳統的抗震設計的方法是在設計開始時以力來做設計的變量，就是以強度作為設計中的主要控制的參數。經歷了數次地震之后，我們不難發現：建筑結構之所以在強烈地震的作用下會倒塌是因為其耗能的能力和變形的能力不夠。而基礎性態的抗震設計時由美國學者提出的，初次提出是在1990年初，這種設計的提出使得設計出來的結構在未來的地震作用下能夠達到要求的性能水平，明確地對建筑的性能要求進行了規定，并且可以利用不同的手段和方法去實現這些性能上的要求?；谛詰B的抗震設計理論的內容是：依據建筑物的用途和重要性，首先對建筑結構的預期性能目標進行確定，在依據不同的性能目標對抗震設防標準提出不同的要求，然后又按照相應的設防目標來設計結構，并且加以相應的抗震構造的措施，使得設計出來的建筑物在未來的地震中具有預期的功能?；谛阅艿目拐鹪O計研究為我國抗震設計規范的完善和地震工程的發展提出了新的要求與方向，它必將成為我國抗震設計的發展趨勢。

3 結 語

總之，地震是一種不可避免的、較難預知的自然現象，只有建筑結構工程師對抗震設計做好計算與分析，才能將地震帶給我們的危害降到最低。建筑結構工程師在做好抗震設計的計算和分析的同時，也應該重視建筑結構的概念設計，注重對抗震設計的方法的總結。

參考文獻

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