抗震理念在建筑結構設計中的應用

河北拓樸建筑設計有限公司 050051

摘要：近年來，高層建筑在建筑領域越來越普遍，已成為我國建筑領域的中流砥柱。對于一個高層建筑結構的施工和設計而言，其問題錯綜復雜，無法在事先做好相關安排，只能遇到具體問題之后在做分析。在這種情況下，高層建筑結構的設計十分復雜，但是在抗震設計中，設計人員必須要具備明確、清晰的抗震理念，全面系統(tǒng)的構造方法，從而達到預計抗震效果。在這個過程中，抗震結構設計必須要進行科學計算，以此保證設計質量。

關鍵詞：抗震理念；建筑結構設計；原則；措施

一、抗震設計思路概述

我國結構計算可謂是一個起伏不當?shù)陌l(fā)展階段，它先后經(jīng)歷了經(jīng)驗估算、預應力計算、破損計算、極限計算等多個階段，目前我國的建筑結構計算處于一個極限拉力的計算階段，在這個階段，我國現(xiàn)行的《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》中明確的規(guī)定了設計準則，以此作為建筑結構設計的先進性、經(jīng)濟性和安全適用性原則。

在工程項目中，結構工程師要嚴格按照抗震設計標準進行結構分析，其目的在于建筑結構的剛度、強度、延性以及整體性都能達到最佳，從而實現(xiàn)小震不壞、中震可修、大震不倒的施工目的。但是由于地震本身存在著不確定性、隨機性以及循環(huán)、往復的特征，大多數(shù)建筑物在地震機理的作用下會產(chǎn)生各種復雜、模糊的不確定性因素，在結構的應力分析上產(chǎn)生很多缺陷和問題，從而給結構抗震設計造成影響。在這種設計情況下，計算方法存在著嚴重的不完善、不科學，單純的采用數(shù)學、力學計算方法來進行計算的話很不現(xiàn)實，其中抗震能力也難以得到有效的控制。因此，在設計的時候應當立足于現(xiàn)有工程抗震設計理論，將建筑結構的整體抗震反應、結構破壞構成，靈活運用標準和設計準則進行分析，讓整體建筑設計在顧及總體布局原則的同時在關鍵部位進行細節(jié)構造，從根本上提高建筑結構抗震能力。

二、建筑結構抗震設計要點

1.高層建筑抗震結構設計的基本原則

1.1結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能

（1）結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)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。

1.2盡可能設置多道抗震防線

（1）對于一個建筑結構而言，它不可能是一個獨立、單一的系統(tǒng)，而是有若干個延性、剛性較好的分體系統(tǒng)共同組成的，并且是由這些延性較好的結構和連接件協(xié)同進行工作的。例如，框架——剪力墻結構的設計中，由于框架和剪力墻結構本身都存在著一定的剛性、延性，因此在設計上通常都需要采用多肢剪力墻和雙支剪力墻兩種，通過這些不同體系的剪力墻來達到整體結構剛度和整體性要求。（2）在地震發(fā)生之后，往往都是在強烈的地震之后伴隨著許多余震，這些余震有可能是等級較低的地震情況，也有可能會發(fā)生一些強烈的地震現(xiàn)象，日過抗震結構在一次抗震之后無法及時的產(chǎn)生余震預防和抵抗，那么必然會導致建筑結構內(nèi)部、外部冗余度發(fā)生變化，有的時候甚至會出現(xiàn)一些屈服去，進而給建筑物整體性、剛度和耐久性造成影響。因此，在建筑結構抗震設計的時候我們必須要充分的認識到建筑結構剛度和延性設計，讓建筑結構本身能夠吸收和耗散地震能量，從而提高建筑抗震性能，保證建筑結構的延性和抗倒塌能力。（3）在結構處理的過程中，要適當?shù)膶Y構構件的強弱關系進行處理，對于同一樓層內(nèi)部的構件應當使用一些屈服構件，對其他構件抵抗能力、彈性處理能力進行保持，從而提高結構的延性和抗倒塌能力，避免結構因為地震而產(chǎn)生整體塌陷。

1.3對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力

（1）構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。（2）要使樓層（部位）的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性變形的集中。（3）要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協(xié)調。（4）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(fā)生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

2.提高短柱抗震性能的應對措施

在高層建筑工程項目中，對于存在抗震設防要求的建筑結構設計中不僅需要對建筑強度、剛度進行處理，而且要滿足建筑結構的延性要求。尤其是在建筑混凝土本身較重的情況下，在施工設計方面更要注重整體性和剛度設計，對于高層建筑的底層柱，隨著建筑物高度的增加，其所承擔的軸力不斷增加，而抗震設計對結構構件有明確的延性要求，在層高一定的情況下，提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內(nèi)而不能過大，這樣則必然導致柱截面的增大，從而形成短柱，甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)設防烈度或高于本地區(qū)設防烈度的地震影響時，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌。

2.1提高短柱的受壓承載力

提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個結構的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強度等級，即采用高強混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比；但由于高強混凝土材料本身的延性較差，采用時須慎重或與其他措施配合使用。此外，可以采用鋼骨和鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。

2.2采用鋼管混凝土柱

鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結構材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下，相當于配筋率2至少都在4.6%。

當選用了高強混凝土和合適的套箍指標后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。

2.3建筑結構體系的合理選擇

在建筑物結構設計師對建筑結構進行合理選擇的時候應該要考慮的一個非常重要的問題就是建筑結構體系的合理選擇問題。在建筑結構設計的過程中，對于建筑結構設計方案的選取評價是否具有科學性和合理性，對建筑結構設計的整體安全性和建筑結構設計的經(jīng)濟性起著非常決從建筑學的角度而言，應該要在建筑結構設計的過程當中著重注意到以下兩點：第一，建筑結構設計體系在實際的設計過程中應該要注意到避免在建筑結構設計中因為建筑的某些部分結構構件的破壞而導致的整個建筑結構喪失最基本的安全性、適用性和耐久性的建筑結構設計要求。

三、結束語

現(xiàn)階段，土與結構物共同工作理論的研究與發(fā)展使建筑抗震分析在概念上進一步走向完善，如果可以在結構與地基的材料特性，動力響應，計算理論，穩(wěn)定標準諸方面得到符合實際的發(fā)展，自然會在建筑結構抗震領域內(nèi)起到重要的作用。

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