探讨建筑结构抗震设计

摘要：随着现代社会的发展，抗震设计变得尤为重要。本文对抗震设计设计进行了分析，以期为今后建筑物抗震设计提供有益的参考。

关键词：建筑结构 抗震设计

Abstract: with the development of modern society, seismic design is particularly important. In this paper, the seismic design design are analyzed, and the future seismic design of buildings in order to provide the beneficial reference.

Keywords: structural seismic design

中图分类号：TU3文献标识码：A 文章编号：

0前言：

我国是一个多地震国家，2008年5月12日，中国四川省汶川县发生了8.5级特大地震，给人民的生命财产安全造成重大损失。就目前而言，中国的抗震事业依然问题重重，任重而道远。

一充分重视结构抗震设计概念

所谓抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置，并确定细部构造的过程，以达到合理抗震设计的目的。抗震计算本身是一种粗略的计算，想得到精准的计算很困难，所以理解并掌握抗震概念设计对提高建筑物的抗震能力减轻震害显得尤为关键重要；从另一方面讲，设计时只靠提高地震作用来提高抗震能力，结构的各构件将需全面增加材料数量和强度，增加投资，不符和我国国情；而加强抗震措施，着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱部位的抗震能力上，是经济而有效的方法。

1.1合理的结构体系

结构设计应根据建筑功能、材料性能、建筑高度、抗震设防类别、抗震设防烈度；场地条件、地基及施工等因素，经技术经济和适用条件综合比较，选择安全可靠、经济合理的结构体系，并满足规范规定常用结构体系的适用范围。合理的结构体系应满足下列各项要求：

1） 应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；

2） 应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；

3） 应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力；

4） 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；

1.2结构体系宜有多道抗震防线

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起来协同工作，《建筑抗震设计规范》第3.5.3条对结构体系提出了多道抗震防线的要求，对于在大震作用下结构抗倒塌具有重要意义。

多道防线的设置，原则上应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或者选用轴压比较小的抗震墙、实墙筒体等构件作为第一道抗震防线，一般情况下，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。例如，在框架-抗震墙体系中，延性的抗震墙是第一道防线，令其承担全部地震力，延性框架是第二道防线，要承担墙体开裂后转移到框架的部分地震剪力。对于单层工业厂房，柱间支撑是第一道抗震防线，承担了厂房纵向的大部分地震力，未设支撑的开间柱则承担因支撑损坏而转移的地震力。

1.3 建筑的平面形状及抗侧力构件的布置对建筑物抵抗地震作用的能力影响很大。有抗震设防要求的建筑，其平面和竖向的布置应符合下列要求：

1）建筑平面宜简单、规则(宜采用方形、矩形、圆形等)；抗侧力构件宜沿两主轴方向对称布置，两方向的刚度宜接近。

2) 竖向宜规则，，不宜突变；结构的竖向构件宜连续，沿高度变化均匀，楼层刚度宜沿建筑物竖向不变或自下而上逐渐减小。宜采用的形体为柱体、锥体等

二结构抗震的可靠度

在结构所有的功能中，首先需要满足的是结构的安全性。由于在震源的发生机制、地震波的传播路径和场地条件中存在很多不确定性，以及在循环荷载作用下的性能和分析计算模型中的不确定性，结构的地震反应非常随机，并且安全性只能采用抗震可靠度进行描述。按照可靠度理论，服役期内结构的抗震可靠度同时体现了环境和结构两方面的、特征，采用可靠度作为设防参数在概念上似乎更充分一些，在方法上也比较统一。这种方法实质上是认为工程结构自身以及所处环境存在着不确定性，使所设计的结构在遭受未来可能发生的地震作用时绝对安全既不可能也不经济，人们使用这些结构时必须承受一定的风险。因此需要确定一个可以接受的安全度水准，这个水准被定义为目标可靠度，它可以作为结构抗震设防的参数，所有抗震结构实际的抗震可靠度应该不低于规定的目标可靠度。

由于结构抗震可靠度中包含了场地可能遭遇的各种强度地震动对结构安全性的影响，以目标可靠度进行抗震设防时就不必再去区分“小震 、“中震”和“大震”，从而也就避免了为解决该问题所产生的各种困难。结构抗震可靠度的大小同结构服役期限的长短有关，它不仅描述了结构建造完成前规划、设计、施工等过程中的安全性，而且考虑了结构服役过程的安全影响因素，因此采用目标可靠度进行抗震设防既可以完成基于生命的抗震设防目标，也可以实现基于性态的设防目标，对于具有不同服役功能的工程结构，只需适当调节目标可靠度的具体取值，就可以方便地实现多级抗震设防的目标了。

三比较结构抗震的设计方法

3.1 抗震抗震性能水平

结构抗震性能水准表示结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度，结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果，主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。对于不同等级的抗震性能，都应根据结构类型、结构体系、竖向和横向承载构件、结构变形、设备与装修、修复使用等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。我国规范中的提法“不坏”、“可修”、“不倒”其实就是对结构在地震作用下的性能水平的描述，具体叙述为“小震”对应一般不受损坏或不需修理可继续使用水平；“中震”对应可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；“大震”对应不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这一提法已经包含了一定的性能设计思想，只是对性能水平的描述比较模糊，水平之间的界定不明确，在实际设计中很难实现对结构性能的有效控制。

3.2 结构的抗震性能目标

结构的抗震性能目标是指建筑物在各设计地震水准下期望达到的相应性态水准集合，应依据建筑物的重要性分类，结合社会、经济因素和业主意愿综合确定。三级性能目标与按重要性划分的三类建筑一一对应，取每级地震作用水准下的最低性能要求组合作为该类结构的规定最低性能水准目标。并且设计师也可以根据实际情况和业主要求提高目标性能水平进行结构设计，在一个或多个设计地震作用水准上选择更高的性能目标，虽然在一定程度上会提高建筑造价，却能减免以后可能会产生的损失。这种性能目标的制定方式充分体现了基于性能抗震设计的自主性和灵活性。

3.3 两种方法的设计过程

建筑结构基于性能要求的抗震设计多了以下几个步骤：性能目标的确定、抗震措施与计算分析方法的选择及目标评价等。性能目标的确定因素中多了业主决策和非结构构件分级性能水准。选择抗震设计（分析）方法也是基于承载力力的抗震设计过程中所没有的，通过不同的抗震性能水准量化数值对应了不同的结构反应参数和抗震设计准则，因此可以选择基于不同的结构反应参数的抗震分析方法。并且在设计完成后，基于承载力的抗震设计只对结构进行层间位移验算是否满足限值，而性能设计则需要对结构的地震反应性能水平进行全方位的检验和评估。

3.4 抗震措施比较

现行规范规定的构件截面的抗震构造措施，主要是根据结构类型和重要性、房屋高度、地震烈度、场地类别等因素确定，是对结构抗震性能水准的宏观定性控制，而不是对具体的结构性能和震害损失的定量描述。设计人员只需要按照规范采取对应的抗震构造措施，而在采取了这些措施以后结构在地震时的性能状态具体如何，设计人员并不能准确把握。这种做法的经济性和合理性都不足。基于性能的抗震设计是把结构在一定强度地震作用下的变形需求与抗震措施对应了起来，通过对构件截面进行变形能力设计，使结构具备与预期性能水平相符的变形和耗能能力，从而达到目标性能水平。这样使得结构的性能目标要求与抗震措施联系起来，是一种具体对应的定量的抗震措施。由于通过设计人员主动选择抗震措施来保证结构达到预期的抗震性能，因此对结构在未来地震时的整个反应过程比较清楚。这样制定抗震措施成为性能设计的重要组成部分，需要在设计的一开始确定性能目标时就考虑进去。

四建筑结构消能减震与隔震设计

传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用，是被动消极的抗震对策。而消能减震隔震设计是指在结构体系中设置隔震层以隔离地震能量，或在抗侧力结构中设置消能器吸收地震能量，从而达到减轻震害的目的，是积极主动的抗震对策。目前，世界上许多国家开展了结构减震技术与理论的研究，并致力于该技术的推广。一些国家，如美国、日本、新西兰、加拿大等已经制定了隔震或耗能减震设计的规范或标准。我国已经在《建筑抗震设计规范》中纳入了隔震与消耗减震的内容，并制定了《建筑隔震橡胶支座标准》、《夹层橡胶垫隔震技术规程》。但由于它是一种新型的结构体系，且隔震层以上结构部分的使用要求高于非隔震建筑，因此，在目前的设计中应用较少。其主要原理为：在房屋底部设置橡胶隔震支座和阻尼器等，以延长构件的自振周期、增大阻尼，或在结构中设置消能装置，通过局部变形提供附加阻尼，消耗地震能力，而达到保护上部结构的目的。

五抗震构造措施的设置

抗震构造措施在结构设计中具有非常重要的作用，构造设置是否合理，直接影响到结构防震的效果，由于上部主体结构类型不同，构造措施也不尽相同，以下列出常见结构类型所需采取的一般构造措施。砖混结构房屋中设置沿楼板标高的水平圈梁，加强了内外墙的连接，增强房屋的整体性。圈梁能够有效地约束预制板的散落，使砖墙出平面倒塌的可能性降低；另外，圈梁作为边缘构件，可以提高楼、屋盖的水平刚度。在地震作用下限制了墙体斜裂缝的开度与延伸，减轻了不均匀沉降对房屋的影响。并且构造柱设置合理，可以起到增强房屋整体性、改善结构脆性和增加延性的作用。每间设置构造柱的墙体，可以大大提高变形能力，即使墙体开裂以后，还可以利用其塑性变形和滑移、摩擦，来消耗地震能量。但是，设置圈梁和构造柱后，多层砖混房屋的抗裂能力并没有多大的改善，难于保证砖混结构房屋实现“小震”不坏的目标，设计中应该加以注意。

四 结束语：

总之，随着建筑的迅速发展，其抗震设计变得尤为重要，建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标，因此要求工程师对不同的建筑、不同的情况应区别对待，从而寻求最合理的抗震设计。