建筑结构抗震设计中的三个基础性问题及其优化措施研究

【摘 要】建筑结构工程中的抗震设计理论是在长期的工程实践中积累总结而来的，是一种防御地震灾害，将地震灾害所产生的破坏降到最低点的一种设计思路和概念。也就是说建筑结构工程中的抗震设计的目的是提高建筑结构整体抗震能力，确保建筑物在地震灾害来临时能够有效地抵御灾害。当然地震发生时的剧烈程度我们是无法预知的，我们能做的是运用抗震设计理论知识，结合建筑空间结构工程的实际情况，从分析抗震材料选择等方面入手，提高建筑结构整体抗震能力。

【关键词】建筑结构；抗震设计；整体稳定性；空间刚度；延性结构；地震作用；抗侧刚度

0 引言

我国是一个地震灾害频发的国家，地震灾害给国民经济及国民的生命财产带来了严重的冲击和危害； 建筑房屋是地震灾害中受创比较严重的物体之一，据有关地震灾害研究专家分析，致使人们在地震中丧生的主要原因是建筑房屋的抗震性能差，难以抵挡地震灾害的冲击破坏，建筑房屋的倒塌使得人员伤亡量惊人。所以在此形势下，为了能够防御地震灾害，尽可能地减少地震灾害对社会的危害，我们必须要加强对建筑结构工程中抗震设计的研究和探讨，提升建筑结构的抗震性能。

1 建筑结构抗震设计中的三大关键问题

1.1 抗震场地的选择

选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地震造成建筑物的破坏，除地震直接引起的结构破坏外，场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂，地基土的小均匀沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，应选择对建筑抗震有利的地段，应避开对抗震不利地段，如软弱场地土、易液化土、状态明显不均匀等地段；当无法避开时，应采取适当的抗震加强措施，应根据抗震设防类别、地基液化等级，分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时，估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施；对于地震时可能导致滑移或地裂的场地，应采取相应的地基稳定措施。

1.2 建筑结构体系的合理选择

建筑结构体系的合理选择是结构设计应考虑的一个重要问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定的作用。具体而言，应注重以下几方面的设计：

第一，结构体系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。抗震设计的一个重要原则是结构应具有必要的赘余度和内力重分配的功能，即使地震中部分构件退出工作，其余构件仍能将竖向荷载承担下来，避免整体结构失效或失稳。

第二，结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。在这过程中，竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀；楼屋盖梁系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去；转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。与此同时，整体抗侧力结构体系也必须明确，抗侧力结构一般由框架、剪力墙、简体、支撑等组成，它们宜尽量贯通连续，若它们沿竖向要有变化，则变化要缓慢均匀。

第三，结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。钢筋混凝土结构具有良好的塑性内力重分布能力，能较充分地发挥吸收和耗散地震能量的作用。

第四，结构体系应具有合理的刚度和强度。宜具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；框架结构设计应使节点基本不破坏，底层柱底的塑性铰宜晚形成，应当使梁、柱端的塑性铰出现得尽可能分散；对于可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

1.3 重视建筑平面布置的规则性

建筑的平、立面布置应符合抗震概念设计原则，宜采用规则的建筑设计方案，不应采用严重不规则的设计方案。抗震设计规范规定，对平面不规则或竖向不规则，或平面、竖向均不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型；对凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内的实际刚度变化的计算模型；对薄弱部位应乘以内力增大系数，应按规范有关规定进行弹塑性变形分析，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。在我国建筑中，结构的对称性主要指的是抗侧力主体结构的对称。对称的建筑如平面对称的简体框架结构、筒中筒结构、简体结构、框剪结构、剪力墙结构、框架结构等，一般比较容易实现结构的对称性。

结构的规则性主要体现在以下四个方面：一是，建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近、变形特性要比较相近；二是，建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀，不要突变；三是，建筑主体抗侧力结构的平面布置，应注意同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀；四是，建筑主体抗侧力结构的平面布置还应注意中央核心与周边结构的刚度协调均匀，保证主体结构具有较好的抗扭刚度，以避免建筑在地震或风的扭矩作用下产生过大的扭转变形，从而引起结构或非结构构件的破坏。可以说，重视建筑平面布置的规则性在建筑结构设计中相关重要，在实践中应高度重视这方面的规范。

2 提高建筑结构抗震能力的优化措施

建筑结构抗震设计是专家们通过对大量建筑地震震害实例进行分析，归纳总结出来的实践经验。抗震设计在建筑结构设计中是非常重要和必要的，因而，应当引起高度重视。为了有效提高建筑结构抗震能力，需从以下几方面着手：首先，要合理的布局地震外力能量的传递吸收途径，保证支柱、墙和梁的轴线处于同一平面，从而形成构件双向抗侧力体系。使其在地震作用下呈弯剪破坏，并且塑性屈服尽量产生在墙的底部。而连梁宜在梁端塑性屈服，还有足够的变形能力。在墙段充分发挥抗震作用前，按照“强墙弱梁”的原则加强墙肢的承载力，避免墙肢的剪切破坏，提高建筑结构的抗震能力。其次，要按照抗震等级对梁、柱以及墙的节点采取相应的抗震构造措施确保建筑结构在地震作用下达到三个水准的设防标准。为了保证钢混结构在地震作用下具有足够的延性和承载力，应按照“强剪弱弯”、“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的原则进行设计，合理地选择柱截面尺寸，控制柱的轴压比，注意构造配筋要求，尤其是要加强节点的构造措施。最后，要设置多道抗震防线，即在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下，首先达到屈服，担负起第一道抗震防线的作用，其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服，从而形成第二、第三或更多道抗震防线，这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。

3 结束语

总之，在对建筑结构的设计过程中，不仅需要对建筑结构的使用功能和使用年度进行考虑，同时还需要对建筑结构的安全防震性能进行考虑，并在建筑结构设计的过程中充分对地震的来临进行模拟，要保证建筑符合小震不坏、中震可修、大震不倒的原则。为了做到以上的抗震要求，就要对结构动力学的基本原理和方法进行充分的学习，并运用到建筑结构设计中。

【参考文献】

[1]葛振军，李彬.抗震设计常见问题浅析[J]. 工程质量，2007（07）.

[2]戴国莹.建筑结构抗震设计方法（八）――抗震设计的总过程[J]. 建筑科学，1990（02）.

[3]杨万顺.房屋抗震设计的几点体会[J]. 住宅科技. 1990（09）.

[4]方义弼.抗震设计中几个原则问题[J]. 结构工程师，1991（02）.