芻議建筑結構抗震設計

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（1、遼寧省城鄉建設規劃設計院;2、大連華威高級建筑師事務所有限公司）

【摘要】地震災害的發生具有突發性，而且地震災害發生后的破壞力極大。當今世界沒有任何一個國家能夠提前準確的預報地震。地震尤其是震級比較高、烈度比較大的地震爆發會給人類造成災難性的損失和大量的人員傷亡，而很多人員的傷亡都是由于建筑物在地震中倒塌造成的。因此提高建筑結構的抗震能力非常重要。建筑結構的設計建造人員，必須要熟練的掌握和運用正確的建筑抗震設計，才可以設計建造出適用于抗震要求的建筑。在現代的抗震設計中，要加強完善建筑的抗震設計，要把建筑物在不可預見的地震中展現出強勢的抗震基礎，這也是在地震工程學需要深入探討的問題。

【關鍵詞】建筑結構；抗震設計；抗震能力

引言

隨著科學技術的發展，當今世界建筑結構的抗震理論層出不窮，但是殊途同歸，都是為了提高建筑物的抗震能力。而建筑物的抗震理論中，建筑結構的抗震設計理念非常重要。設計思路由彈性轉變為非線性，這是新的抗震理論對建筑結構抗震設計的基本要求，這一要求也對建筑結構設計人員提出了更高的要求。建筑結構設計人員要更新知識結構，從抗震的概念設計出發，從而明確設計思路，靈活的把抗震的概念設計運用到建筑結構的抗震設計當中。因此，在建筑結構的抗震設計中應該多方考慮，做出更好的建筑抗震設計。

1 抗震設計

在汲取地震災害造成建筑物倒塌經驗教訓基礎上，結合長期以來的建筑結構設計經驗，結合世界各國的抗震理念和設計，在建筑結構的抗震概念里逐漸形成了許多設計原則，建筑的設計思路也應從總體布局著眼，然后再確定細節的構造。抗震建筑的設計概念主要體現在以下幾個重要的層次。首先，在地震災害發生后，沒有充分掌握地面運動的復雜性以及地面運動的復雜性對建筑結構造成的影響。其次，體現在地震的計算理論中。目前，抗震設計的計算理論還不能準確的反映出地震發生時，地震帶來的沖擊力是如何破壞建筑結構的。建筑設計的概念中強調在工程一開始設計時就應全面考慮、準確把握房屋的外形、主體結構、構件的延性等建筑的特點。

2 合理選址以提高建筑物的抗震能力

地震發生時，如果建筑物本身抗震能力弱，結構不堅固或者建筑剛性強而韌性不足，很容易遭到嚴重的破壞使之倒塌。如果建筑物選址不合理，地基選（基礎建）在地質不穩固的地方，地震會引起地表的地裂和錯動以及地面沉降，這種破壞在地基不穩固的地方更加明顯，因此合理選址以提高建筑物的抗震能力非常重要。在建筑物選址時，宜選擇地層穩固地帶，應盡量避開地質不穩固的地方，如斷層帶、地下采空區、地下水空洞區、易液化土等地方。如果沒有條件避開上述不適合建造建筑物的地區時，應采取相應的抗震應對措施。依據國家對建筑物抗震的類別等級，采取人工加固地基、注意建筑結構的整體性、建筑物的外形勻稱、建筑物的結構簡單減輕建筑物自重等，都可以消除地基液化沉陷。

還有一種特殊的地質構造，那就是在地基的主要受力層內還存在土質較軟的粘性土層或者不均勻的土層面時，這種地質構造若發生地震，地基會發生不均勻沉降。在此種地質構造地帶施工時，應采用樁基和加強基礎的措施來加固地基。

3 選擇合理的平面和立面布置

建筑物的立體結構與平面設計非常重要，需要關注以下幾個方面的問題：

（1）在地震水平作用力下，建筑的結構剛度和其抗震能力是雙向的。建筑物在結構布置上應該能夠承受住任何方向的地震。一般而言，應該使結構從平面的主軸方向上具有足夠的剛度以提高其抗震能力。建筑構造的抗震能力體現在結構的剛度和韌性。結構的剛度越高，就越能削減地震的破壞力。而結構的韌性，就是要使建筑有一定的變形度。但是如果變形度過大，其自身重力效應也會破壞其自身結構。總而言之，建筑結構應該剛柔并重。

（2）結構簡單。如果建筑物自身結構過于復雜，設計師很難預測和控制建筑物在遭受地震沖擊力時的受力。而簡單的結構，建筑設計師可以通過計算模型或者計算軟件模擬出建筑物受地震影響時建筑結構自身的受力情況，對其位移內力進行分析，從而找出結構的薄弱部位并加固。因此相對于復雜結構，對簡單結構的抗震性能預測是比較可靠的。

（3）建筑的整體性結構。樓蓋的設計在高層建筑的整體結構中起著非常重要的作用。在高層建筑的整體結構中，樓蓋相當于一個水平的隔板，其不僅是一個把慣性力傳遞到每個豎向的抗側力子結構，而且再地震發生時它還可以協同這些子結構承受地震的沖擊力。但是如果豎向的抗側力子布置不均勻，則會發生變形，此時就需要樓蓋協同抗側力子結構發揮作用。

4 保障結構的延性

在完成建筑結構的設計后，還要采取措施使該結構具有適當的延性，以此保證此建筑結構可以達到預定的抗震目標。提高建筑結構的延性措施包括：（1）對于建筑結構當中柱、梁等構件，應該按照強柱弱梁的原則，增加柱子的抗彎能力。鋼筋混凝土的框架在強震發生時，當地震威力致使建筑結構達到最大的非線性位移時，梁端的塑性鉸的塑性轉動會比較大。當柱端的塑性鉸出現比較晚，那么建筑結構達到最大的非線性位移時它的塑性轉動會比較小。這樣就保證了框架有了比較穩定的塑性耗能構件。（2）要提高結構的延性，還要采取強剪弱彎的措施。因為剪切對于破壞根本沒有延性，如果某個部位一旦發生剪切破壞時，這個部位在整個抗震結構中的作用就會喪失，柱端發生剪切破壞，建筑結構的局部就會發生坍塌，局部坍塌有可能導致整個建筑物的坍塌。因此，要采取措施來增大梁柱和柱端的組合剪力值，保證任何構件在強震發生時都不會發生剪切破壞。

5 建筑結構參數計算分析

參數設計的目的是為了更好的計算地震作用力以及房屋的各構件對地震作用的響應力。這種計算主要是對每個墻柱梁板的承載力以及變形參數的計算。計算開始前，要建立與高層結構相適應的計算模型，然后依據模型和設計概念做出細致的計算。在應用計算機軟件協助計算時，必須符合國家有關規定和行業規范標準。同時必須堅持具體問題具體分析，注意具體工程的特殊處理。對于比較復雜的建筑結構，要針對不同類型的地震做相應的變形分析，要采用兩個及以上的力學模型，當前有剪磨理論和主拉應力理論兩種，這兩種不同的計算理論都有其適合的應用范圍，砌塊結構一般應用剪磨理論，而磚砌體一般用主拉應力理論。根據計算機軟件計算出的結果，然后才能確定建筑結構是否能運用到工程設計當中。

6 結束語

總之，就現階段而言，地震是一種在全世界范圍內都無法預測的自然災害，但是并不是要聽天由命，為了減輕其危害，建筑設計人員必須在建筑工程設計方面下功夫，改變過去著眼局部的方法，從整體出發進行建筑結構的整體設計，注意建筑物的選址、選擇合理的立面和平面布置、保障結構的延性以及對建筑結構進行參數分析等方法提高建筑結構的抗震能力，從而能夠在地震發生時，保證人民的生命財產安全。

參考文獻

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