建筑结构抗震设计研究与探讨

摘要：本文主要分析了地震地面运动对于建筑结构的影响，并反映地震动强度、持时、频谱等因素对建筑结构的破坏和影响。文中从能量、承载力、位移以及损伤的结构抗震设计方面对建筑结构抗震设计进行了重点论述。

关键词：建筑结构；抗震性能；设计方法

引言

建筑设计中，抗震性能设计的优劣对建筑结构设计的质量起着直接的控制主导作用。如果建筑师能在建筑方案、初步设计阶段中较好地考虑抗震的要求，则结构工程师就可以对结构构件系统进行合理的布置，建筑结构的质量和刚度分布以及相应产生的地震作用和结构受力与变形比较均匀协调，使建筑结构的抗震性能和抗震承载力得到较大的改善和提高；如果建筑师提供的建筑设计没有很好地考虑抗震要求，那就会给结构的抗震设计带来较多困难，使结构的抗震布置和设计受到建筑布置的限制，甚至造成设计的不合理。

有时为了提高结构构件的抗震承载力，不得不增大构件的截面或配筋用量，造成不必要的投资浪费。由此可见，建筑设计是否考虑抗震要求，对整个建筑起着很重要的作用。因此，我们在建筑抗震设计过程别要注重以下几个问题。

一、依据能量进行的建筑结构抗震设计

随着我国城市化进程的不断加快，建筑用地资源的日益紧张，高层建筑的数量不断增加，这时的建筑结构抗震设计就显得更加重要。目前，抗震理论不断完善，信息技术不断发展，都有力的促进了抗震设计方法的研究。

目前，由于能量分析的复杂性等原因，依据能量进行的建筑结构抗震设计方法基本处于理论研究的初级阶段，在建筑工程实际设计中的应用还不够广泛。

本文从能量的角度出发，分析了地震地面运动对于建筑结构的影响，并能够清晰的反映地震动强度、持时、频谱等对建筑结构的破坏和影响，基于能量的输入和耗散对建筑结构在强烈地震环境中的非弹性变形历程进行分析和研究。

1、能量角度建筑减振方法的设计特点

该设计方法主要是从能量的角度就地震对建筑结构的作用与结构损伤或破坏之间的关系进行考察，通过地震能量在建筑结构中的输入、转化和耗散来解释地震作用的过程，所以抗震设计的原理显得清晰明了。该方法以能量作为地震作用参数对建筑结构的性能进行分析，在地震地面运动的作用下能够很好的反映建筑结构的非线性性质及地震动要素对建筑整体结构的抗震性能的影响。

在具体设计时，能量分析过程中，可以获得建筑结构在地震反应全过程中的具体数据，从而清晰的反映出塑性累计损伤对建筑结构的破坏和影响，这对有效控制建筑结构的损伤性能具有十分重要的意义。

2、设计方法存在的问题及方向

笔者以为，该设计方法在实际运用中还存在着一定的缺陷，具体说来有以下几点：

①对地震作用的设计方式需要进一步明确，能量谱的形式仍然难以满足全部的设计需求。

②在能量分析方面，现在相对准确、普遍采用的是动力时程分析法，但仍旧处于研究阶段，需要进一步深化。

③目前对结构总耗能在建筑结构内部的具体分配规律还没有完全掌握，对于能量控制参数与结构破坏状态之间的关系表达式还没有完全建立、符合实际并得到普遍承认。

④对能量法的研究还存在一定的局限性，需要加强地震能量反应在多自由度体系与单自由度体系的关系方面的研究，这将有利于扩大该结构抗震设计方法的应用范围。

二、依据承载力进行的建筑结构抗震设计

依据承载力进行的建筑结构抗震设计的方法，相比于其它设计方法而言，已经相对成熟，虽然目前加速度反应谱的短周期段经的精度在很大程度上达到了建筑工程的设计要求，但是反应谱有一定的局限性，尤其是随着现在大型建筑、高层建筑的大量出现和不断发展，建筑结构将更加复杂，在该方面的研究需要更加深入。

依据承载力进行的建筑结构抗震设计，立足于静力分析理论，通过惯性力的形式对地震作用进行反映，并利用弹性方法计算结构地震作用效应的具体情况，对结构弹性位移进行验算，以此来确定建筑结构及其构件的强度，保证建筑结构的安全性。该设计方法在目前的抗震结构设计中得到了广泛的应用。

现代抗震设计所采用的思路是用相对于设防烈度地震水准而言降低了的地震作用参与组合来进行结构的承载能力设计，以使结构在较低的地震作用时保持弹性工作状态；在较大的地震作用下，则引导结构以合理的方式进入屈服后反应状态，通过结构的非弹性变形来抵御一部分地震作用，使结构在不同水准的地震作用下满足相应的设防水准要求。

依据承载力进行的建筑结构抗震设计的特点：首先，该方法与传统的的建筑结构抗震设计方法类似，很容易被相关设计人员理解、采纳和使用；其次，该方法是通过惯性力的形式对地震作用进行分析，把结构看成是弹性体系，把结构固有的频率所对应的最大地震反应作为控制值的选择依据，然后按照弹性方法对结构的抗震性能进行计算；再次，该方法具有一定的局限性，即加速度反应谱理论取用的是整个反应过程中的最大值，所以不能有效反映建筑结构在地震反应时的全过程，也忽略了地震动的持时特性。

三、依据位移进行的建筑结构抗震设计

假设在一定强度的地震作用下，依据建筑结构的位移情况对建筑的构件和结构进行设计，使建筑结构的性能能够满足假设地震强度下的抗震要求。

该设计方法的原理就是依据位移对其进行定量的分析，保证建筑结构的塑性变形能力能够适应在预计地震强度下的变形要求，从而达到在大型地震作用下建筑结构位移不会超出限值范围的目标，保证了建筑在地震环境中的安全。

该设计方法的核心就是要通过对建筑层间位移水准和结构位移的有效控制来实现建筑结构抗震设计的目标。

笔者以为，该设计方法不但科学、可靠，而且不是很复杂，由于设计思路上的差异，该设计方法主要分为直接位移法、能力谱法和控制延性方三种设计形式。区别在于能力谱法主要是一种位移验算的方法，而直接位移法和控制延性法的结构抗震设计主要是立足于对位移目标的结构分析。

四 依据损伤进行的建筑结构抗震设计

虽然地震持续时间一般较短，又是一种往复运动，但是地震对建筑物的破坏不只是与最大变形有关那么简单，它还跟建筑结构的低周疲劳效应所造成的累积损伤有很大的关联。所以，依据结构变形和累积损伤效应产生的损伤性能参数来描述和反映建筑结构的非弹性性能是非常可取的。

在结构抗震设计过程中，对未来地震作用下的结构损伤允许值范围和地震损伤模型进行合理的选择，将会使得建筑结构的抗震设计变得更加经济、合理、实用。这就是所谓的依据损伤进行的建筑结构抗震设计方法，该设计方法的中心思想是以地震损伤理论的损伤指数作为结构抗震设计的依据，不但损伤指数物理意义十分清晰，还能够定量的阐释建筑结构在地震发生时将要出现的破损状况，具有很高的应用价值。

结语

建筑工程结构的抗震设计是一个系统、复杂、艰巨的任务，建筑物的抗震设计水平在很大程度上决定了建筑物整体结构的设计质量，在地震灾区更是关系到人民群众的生命财产安全。所以，在具体设计时，要综合考虑建筑物的特点、施工环境等多种因素，寻求最合理的抗震设计方法。

参考文献

[1] 李建，张燕．建筑结构基于位移的抗震设计方法概述[J]．阴山学刊(自然科学)，2010，(02)

[2] 孙景江．建筑结构抗震研究若干基本问题概述及讨论[J]．震灾防御技术，2006，(02)．

[3] 任福民．钢筋混凝土建筑结构的抗震延性设计[J]．辽东学院学报(自然科学版)，2006，(01)．