基于建筑工程結構抗震設計

劉磊

摘 ?要：本文介紹抗震設計相關概念，設計思路及需要注意的問題，以求更清晰地、合理地進行建筑的結構抗震設計。

關鍵詞：建筑結構 ?抗震設計

建筑結構的抗震設計是一個完整、系統的過程，從場址的選擇到建筑物的結構設計，抗震設計貫穿了整個過程。而且建筑物的抗震設計是衡量建筑結構設計是否符合要求的重要指標。因此如何準確、合理的運用不同的抗震設計方法，是非常重要的，對于不同的建筑、不同的情況應區別對待，從而尋求最合理的結構布置。

1.建筑的抗震概念設計的含義

所謂“建筑抗震概念設計”是指根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，依此進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。結構的抗震設計應該是綜合概念設計、計算和結構措施等完整的一系列設計，掌握了抗震概念設計，有助于明確抗震設計思想，靈活、恰當地運用抗震設計原則，使設計人員不至于陷入盲目的計算工作，從而做到比較合理地進行抗震設計。

2.結構地震作用

從上面的介紹可以看到，按照我國三水準設防目標，計算地震作用也是比較復雜的。但是由于國家規范已經做了大量的工作，所以我們結構設計人員已經是到了直接應用的階段了。例如，某個城鎮，它的設防烈度是多少，設計基本地震加速度是多少，設計地震分組是什么，多遇地震下參數是多少，等等，規范里都有依據可以查到，但這些是要花費非常大的精力去試驗、實踐才能得出來的數據，而我們查下規范，就可以得到。所以我覺得，規范使得抗震設計可以有據可依，設計也才可以順利的進行。另一個方面，隨著結構計算軟件的發展，我們地震作用的計算也變得更簡化。我們只需要準確理解地震相關各種參數的意義，合理準確的輸入到計算程序中，那么程序就可以計算出相應情況下的地震作用，而后用于結構構件的內力、配筋計算。

3.建筑工程混凝土結構抗震概念設計的基本內容

3.1 首先應重視建筑工程結構的規則性

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的形狀設計方案。合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱，因為震害表明，此種類型建筑在地震時較不容易破壞，而且容易估計出其地震反應，易于采取相應的抗震構造措施和進行細部處理。“建筑結構的規則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側力構件布置、質量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求。“規則建筑”體現在體形（平面和立面的形狀）簡單;抗側力體系的剛度承載力上下變化連續、均勻;平面布置基本對稱。

3.2 結構剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當結構具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低;反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結構提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結構的承載力和構造等因素，來衡量結構具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關。但是，提高結構的抗側剛度，往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結構中的所有構件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿件的延性是比較經濟有效的辦法。因此，在確定建筑結構體系時，需要在結構剛度、承載力及延性之間尋找一種較好的匹配關系。

3.3 設計多道設防結構

3.3.1 超靜定結構

靜定結構是只有一個自由度的結構，在地震中只要有一個節點破壞或一個塑性鉸出現，結構就會倒塌。抗震結構必須做成超靜定結構，因為超靜定結構允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結構不僅是要設計成超靜定結構，還應該做成具有多道設防的結構。第一道設防結構中的某一部分屈服或破壞只會使結構減少一些超靜定次數。同時要注意分析并控制結構的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則只允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應當作為第一道設防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

3.3.2 雙重抗側力結構體系

雙重抗側力結構體系是可能實現多道設防結構的一種類型，而且雙重抗側力結構的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側力結構組成，每個抗側力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當其中一部分結構有所損傷時，另一部分應有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作用力。在抗震結構中設計雙重抗側力體系實現多重設防，才是安全可靠的結構體系。

3.3.3 總結構體系與基本分結構體系

1972年12月23日尼加拉瓜首都發生強烈地震，1 萬多棟樓房倒塌。林同炎公司 1963 年設計的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設計地震作用 0.06g 大6倍的地震0.35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運動與由風引起的位移是不同的，在強烈地震作用下，結構會在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復雜。當然主要是第一振型，同時也包括具有鞭梢效應的第二、第三振型，變形量很大。所以設計者主要考慮的是如何避免就其結構固有特征會引起倒塌的過大變形。再則，設計高層結構所考慮抗風與抗地震要求的出發點往往是矛盾的。剛度大的結構對抗風荷載有利，動力效應小;反之，較柔的結構有利于抗震。所以要設計一個抗風及抗震性能都很好的高層結構不很容易。林同炎教授的設計思想是設計一個由4個柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結構總體系。地震后的實地觀察，證明其設計思想是正確的，正如預料的那樣，聯梁的混凝土剝落，梁中有明顯裂縫。但四個柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

4.結論

抗震設計是一個系統的理論，規范把一系列的抗震技術措施以技術標準的形式確定下來，從而作為建筑工程抗震設計的依據。我們結構設計人員要嚴格執行規范要求，理解規范的內容，做好抗震設防設計，從而減輕地震災害影響。