建筑结构设计中基于抗震措施的分析

摘要：建筑物在发生地震的时候有高度的安全性，是抗震设计的最终目的，所以建筑结构的抗震设计要求以将要建设建筑物的地区可能会发生的大地震的烈度为基本的设计标准，而且还要以建筑自身以及建筑物的内部没有造成破坏为最终目标来确定建筑结构的抗震性能指标。本文探讨了建筑结构抗震设计措施。

关键词：建筑结构；抗震设计；方法；措施

中图分类号： TU2 文献标识码： A

地震是一种人类无法避免的自然灾害, 而我国处于环太平洋地震带及欧亚地震带之间, 历史上全国除个别省份外, 都发生过里氏6 级以上地震。地震造成的建筑物及各类工程设施的破坏、倒塌, 给国家和人民的生命财产造成了无法统计的巨大损失。为了努力减轻地震造成的破坏,避免人员伤亡, 减少经济损失, 我国政府和相关部委陆续颁布了一系列防震减灾的法律、法规条文, 并强制规定设防烈度为6 度以上地区的建筑必须进行抗震设计。

一、建筑抗震结构设计的基本原则

1、结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能

结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则；对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

2、尽可能设置多道抗震防线

（1）一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架-剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。

（2）强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

（3） 适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。

（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

二、建筑结构设计中的抗震措施

1、建筑场地

（1）应选择对建筑抗震有利的地段,如开阔平坦的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土等地段。

（2）应避开对建筑抗震不利的地段,如软弱场地土,易液化土,条件突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质陡坡、采空区、河岸和边坡边缘,场地土在平面分布上的成因、岩性、状态明显不均匀等地段。当无法避开时,应采取有效的抗震措施。

（3）不应在危险地段造建甲、乙、丙类建筑,对建筑抗震危险地段,一般是指地震的可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段，发震断裂带上地震等可能发生地表错位地段。建筑场地为Ⅰ类时，甲、乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施； 丙类建筑允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为Ⅶ度时，可按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。另外，场地土的刚度大小和场地土覆盖层厚度是影响建筑物震害得主要因素。震害调查表明，土质越软，覆盖层越厚，建筑物震害越严重，反之越轻。

2、 选择有利于抗震的建筑平面和立面布置

( 1) 建筑的体型要简单, 平立面布置宜规则。体型简单和规则的建筑, 受力性能明确, 设计时容易分析结构在地震作用下的实际反应及其内力分析, 且结构细部的构造也易于处理。所以这类结构遭遇地震后其震害相对都较轻。反之, 建筑体型不规则, 平面上曲出凹进, 立面上高低错落。易于形成刚度和强度上的突变, 引起应力集中或变形集中, 也容易形成薄弱环节, 往往造成比较严重的危害。

( 2) 建筑的平、立面刚度和质量分布力求对称。建筑的刚度和质量分布不对称、即使在地面平动分量作用下也会发生扭转振动, 从而造成比较严重的危害。所以, 整个建筑或其独立单元应力应求刚度、质量的对称, 使其质心与刚心重合或偏心很小。

( 3) 建筑的质量和刚度变化要均匀。建筑的质量和刚度沿竖向分布往往是不均匀的、例如, 由于建筑的竖向收进, 地震时收进处上、下部分振动特性不同, 易于在收进处的横隔层(楼板) 产生应力突变. 使竖向收进的凹角处产生应力集中; 又如, 在建筑物底层设置上下不连续的抗震墙( 如底层框支抗震墙)、使建筑物沿竖向的不均匀性;框架的填充墙在层高范围内未连续设置或存在楼层的错尾,使框架形成短柱。也易于造成危害。设计时对上述质量和刚度沿竖向分布不连续的情况应加以限制、采取必要的构造措施。

( 4) 必要时设置防震缝。防震缝的设置, 应根据建筑类型、结构体系和建筑体型等具体情况区别对待, 不提倡一切都设, 也不主张都不设。抗震规范的原则是, 建筑防震缝的设置, 可按结构的实际需要考虑。体型复杂的建筑不设防震缝时, 应选择符合实际的结构计算模型, 进行精细的抗震分析, 估计其局部应力和变形集中及扭转影响、判别其易损部位、采取措施提高抗震能力。当设置防震缝时, 应将建筑分成规则的结构单元, 防震缝应根据烈度、场地类别、房屋类型等留有足够的宽度, 其两侧的上部结构应完全分开。

3、结构选型和结构布置

结构选型根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经技术、经济条件比较综合确定。单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下列性能：延性系数高；匀质性好；正交各向同性；构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。结构布置遵循的原则是平面布置力求对称，使构件分配的力均匀；竖向布置力求均匀，尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。

4 、保证结构的延性抗震能力

合理选择了建筑结构后, 就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力, 从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标, 系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁: 人为增大柱相对于梁的抗弯能力, 使钢筋混凝土框架在大震下, 梁端塑性铰出现较早, 在达到最大非线性位移时塑性转动较大; 而柱端塑性铰出现较晚, 在达到最大非线性位移时塑性转动较小, 甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯: 剪切破坏基本上没有延性, 一旦某部位发生剪切破坏, 该部位就将彻底退出结构抗震能力, 对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值, 使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。

5、 其他

(1)处理好非结构构件与主体结构的关系，可以防止附加震害，减少损失。在人流出入口、通道及重要设备附近要加强非结构构件与主体结构的可靠连接或锚固，避免倒塌伤人或砸坏重要设备；在砌体填充墙与框架或单层厂房柱之间采用柔性连接或彼此脱开，且避免不合理的设置而导致主体结构的破坏。

(2)抗震结构在材料选用、施工质量，特别是材料的代用上有特殊的要求，因此材料的性能指标应符合规范的要求。在混凝土结构施工中，当缺乏设计规定的钢筋规格型号而需用另外规格型号代替时，应注意不宜以屈服强度高的钢筋代替原设计中的主要钢筋。按上述等承载力原则换算，还应注意由于钢筋的强度与直径改变影响正常使用阶段的挠度和裂缝宽度,以及最小配筋率和钢筋间距等构造要求。

总之，建筑结构抗震设计的好坏是建筑物能否取得良好抗震效果的前提，因此， 在进行抗震设计时，要根据理论分析，选择的结构布置和合理的材料运用，从多个方面慎重考虑，从而使高层建筑结构满足人们的使用要求，能够减轻甚至避免地震带来的危害。

参考文献：

[1] 冯广泉.  多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计[J]. 农村科技. 2010(09)

[2]赵丹莹；浅谈建筑结构的抗震设计要点[J]；民营科技；2012（01）：287-288.