建筑結構抗震設計的基本要求及其設計重點探討

陳曉銀

【摘 要】在確定建筑結構抗震設計時，需要全面地考慮建筑結構的使用功能、場地類別、設防烈度、建筑高度、地基基礎類型、結構材料和施工工藝等，同時還要考慮結構的設計、技術以及經(jīng)濟保障等，選擇最優(yōu)化的結構體系。

【關鍵詞】建筑結構；抗震設計；經(jīng)濟安全；結構體系；概念設計；空間剛度；整體穩(wěn)定性

0 引言

地震是絕大部分工程結構的控制荷載，在人類歷史上曾經(jīng)發(fā)生過造成巨大人員傷亡的地震災害。隨著現(xiàn)代工業(yè)化和城市化的進程加快，由于采取不斷進步的結構設防措施，地震災害造成的人員傷亡顯著下降，但是造成的經(jīng)濟損失則是令人震驚的。因此，建筑結構抗震設計可以有效減少地震災害對于建筑的破壞，最大限度地保障人們的生命安全。

1 建筑結構的抗震設計

建筑結構的抗震設計屬于結構設計中的概念設計，由于地震災害的爆發(fā)具有不確定性、隨機性，房屋建筑結構的抗震設計合適與否，在概念設計中可以清晰地表達。而在抗震設計中，需要在工程結構設計的開始階段正確掌握地震災害的能量輸入、建筑結構的類型、結構體系、剛度分布等主要方面，這樣可以從根本上消除房屋建筑結構中抗震較薄弱的環(huán)節(jié)。

2 建筑結構抗震設計中的三大重點

2.1 抗震場地的選擇

選擇對建筑抗震有利的場地，宜避開對建筑抗震不利的地段，不應在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。地震造成建筑物的破壞，除地震直接引起的結構破壞外，場地條件也是一個重要的原因。地震引起的地表錯動與地裂，地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，應選擇對建筑抗震有利的地段，應避開對抗震不利地段，如軟弱場地土、易液化土、狀態(tài)明顯不均勻等地段；當無法避開時，應采取適當?shù)目拐鸺訌姶胧瑧鶕?jù)抗震設防類別、地基液化等級，分別采取加強地基和上部結構整體性和剛度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；當?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴重不均勻土層時，估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，采用樁基、地基加固和加強基礎和上部結構的處理措施；對于地震時可能導致滑移或地裂的場地，應采取相應的地基穩(wěn)定措施。

2.2 建筑結構體系的合理選擇

建筑結構體系的合理選擇是結構設計應考慮的一個重要問題，結構方案的選取是否合理，對安全性和經(jīng)濟性起決定的作用。具體而言，應注重以下幾方面的設計：

第一，結構體系應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。抗震設計的一個重要原則是結構應具有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能，即使地震中部分構件退出工作，其余構件仍能將豎向荷載承擔下來，避免整體結構失效或失穩(wěn)。

第二，結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。在這過程中，豎向構件的布置，應盡量使豎向構件在垂直重力荷載作用下的壓應力水平按近均勻；樓屋蓋梁系的布置，應盡量使垂直重力荷載以最短的路徑傳遞到豎向構件墻、柱上去；轉換結構的布置，應盡量做到使上部結構豎向構件傳來的垂直重力荷載通過轉換層一次至多二次轉換。與此同時，整體抗側力結構體系也必須明確，抗側力結構一般由框架、剪力墻、簡體、支撐等組成，它們宜盡量貫通連續(xù)，若它們沿豎向要有變化，則變化要緩慢均勻。

第三，結構體系應具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。鋼筋混凝土結構具有良好的塑性內(nèi)力重分布能力，能較充分地發(fā)揮吸收和耗散地震能量的作用。

第四，結構體系應具有合理的剛度和強度。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(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中；框架結構設計應使節(jié)點基本不破壞，底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應當使梁、柱端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能分散；對于可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

2.3 重視建筑平面布置的規(guī)則性

建筑的平、立面布置應符合抗震概念設計原則，宜采用規(guī)則的建筑設計方案，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。抗震設計規(guī)范規(guī)定，對平面不規(guī)則或豎向不規(guī)則，或平面、豎向均不規(guī)則的建筑結構，應采用空間結構計算模型；對凹凸不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時，應采用符合樓板平面內(nèi)的實際剛度變化的計算模型；對薄弱部位應乘以內(nèi)力增大系數(shù)，應按規(guī)范有關規(guī)定進行彈塑性變形分析，并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。在我國建筑中，結構的對稱性主要指的是抗側力主體結構的對稱。對稱的建筑如平面對稱的簡體框架結構、筒中筒結構、簡體結構、框剪結構、剪力墻結構、框架結構等，一般比較容易實現(xiàn)結構的對稱性。

結構的規(guī)則性主要體現(xiàn)在以下四個方面：一是建筑主體抗側力結構兩個主軸方向的剛度要比較接近、變形特性要比較相近；二是建筑主體抗側力結構沿豎向斷面、構成變化比較均勻，不要突變；三是建筑主體抗側力結構的平面布置，應注意同一主軸方向各片抗側力結構剛度盡量均勻；四是建筑主體抗側力結構的平面布置還應注意中央核心與周邊結構的剛度協(xié)調(diào)均勻，保證主體結構具有較好的抗扭剛度，以避免建筑在地震或風的扭矩作用下產(chǎn)生過大的扭轉變形，從而引起結構或非結構構件的破壞。可以說，重視建筑平面布置的規(guī)則性在建筑結構設計中相關重要，在實踐中應高度重視這方面的規(guī)范。

3 對提高建筑結構抗震能力的建議

建筑結構抗震設計是專家們通過對大量建筑地震震害實例進行分析，歸納總結出來的實踐經(jīng)驗。抗震設計在建筑結構設計中是非常重要和必要的，因而，應當引起高度重視。為了有效提高建筑結構抗震能力，需從以下幾方面著手：首先，要合理的布局地震外力能量的傳遞吸收途徑，保證支柱、墻和梁的軸線處于同一平面，從而形成構件雙向抗側力體系。使其在地震作用下呈彎剪破壞，并且塑性屈服盡量產(chǎn)生在墻的底部。而連梁宜在梁端塑性屈服，還有足夠的變形能力。在墻段充分發(fā)揮抗震作用前，按照“強墻弱梁”的原則加強墻肢的承載力，避免墻肢的剪切破壞，提高建筑結構的抗震能力。其次，要按照抗震等級對梁、柱以及墻的節(jié)點采取相應的抗震構造措施確保建筑結構在地震作用下達到三個水準的設防標準。為了保證鋼筋砼結構在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應按照“強剪弱彎”、“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱構件”的原則進行設計，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構造配筋要求，尤其是要加強節(jié)點的構造措施。最后，要設置多道抗震防線，即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，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。

4 結束語

總之，通過多年對于建筑抗震設計的研究，我國逐漸形成了自己的一套較為先進的抗震設計方法而且日益成熟，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善。總之，要保證建筑結構抗震設計的高效完成，應當在遵循相關規(guī)范要求的原則上，對其進行科學合理地設計，使建筑物具有可靠的抗震性能，達到建筑物小震不壞，中震可修，大震不倒的要求。相信，隨著設計師抗震設計水平的提高，我國的工程抗震設計也將會邁上更高的臺階。

【參考文獻】

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[2]方小丹，魏璉.關于建筑結構抗震設計若干問題的討論[J].建筑結構學報，2011（12）.

[責任編輯：鄧麗麗]