关于建筑结构抗震设计的综合研究

摘要：要保证建筑结构抗震设计的高效完 成,应当在遵循相关规范要求的原则上,对其进行科学合理地设计,使建筑物具有可靠的抗震性能,达到建筑物小震不坏,中震可修,大震不倒的要求。本文探讨了建筑结构设计中的抗震设计。

关键词：建筑；结构设计；抗震；设计

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

一、建筑结构抗震的概述

地震具有随机性不确定性和复杂性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前是很难做到的 。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。 且在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用 、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在着不确定性。

因此，结构工程抗震问题不能完全依赖“ 计算设计”解决 应立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节构造，从根本上提高结构的抗震能力。

建筑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概念设计涉及到从方案、结构布置到计算简图的选取，从截面配筋到构件的配筋构造都存在概念设计的内容。强调结构设计的重要性，旨在要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范规程中有关结构概念设计的各条规定，设计过程中不能陷于只凭 “结构软件计算的误区 ”若结构严重不规则、整体性差，则按目前的结构设计及计算技术水平，很难保证结构的抗震、抗风性能，尤其是抗震性能。

二、建筑结构设计中的抗震设计

1、选择有利的抗震场地

人们常常看到在具有不同工程地质条件的场地上，建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。于是人们自然就想到既然在不同场地条件下建筑物所受的破坏作用是不同的，那么，选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设，就能大大地减轻地震灾害。 另一方面，由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制，除了极不利和有严重危险性的场地以外，往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地 、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类，以便按照不同场地特点采取抗震措施。 这就是地震区场地选择与分类的目的 。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；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。

2、选择合理平面与立面布置

在建筑结构的立体结构与设计平面中， 则有以下几方面：（1）建筑的结构刚度以及它的抗震能力， 在水平的地震作用下它是双向的， 在结构的布置上， 结构应该可以抵抗任何方向的地震。 一般情况下， 可以促使结构从平面的主轴方向，它具有足够的抗震力和刚度 。所谓结构的抗震力， 它是从结构的强度以及对延性反映的综合情况。 而结构的刚度选择则是要减少对地震的作用， 但又要控制好对于结构的变形度， 因为变形过大会产生一定的重力效应， 也会破坏结构 。（2）简单的结构性。所谓结构简单它是对结构在地震时所具有明确和直接传力方式，也只有在简单的结构， 才可以把结构的计算模型以及位移内力进行分析， 控制薄弱的部位出现，因此对抗震结构的性能估计也是比较可靠的。（3） 整体性结构， 在高层的建筑设计中楼盖的设计在整体结构中会起到十分重要的作用， 结构中的楼盖是等同于一个水平的隔板 不仅是传递惯性力到每个竖向的抗侧力子结构 ，并且对这些子结构可以协同承受一定的地震作用， 当布置不均匀的竖向的抗侧力子发生水平变形时在整个的结构中， 是要依靠楼盖的作用把抗侧力子结构来协同工作。

3、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。

4、保证结构的延性抗震能力

结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，因此，地震作用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。 为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性，就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。具体思路有三步：第一步是选择一个可接受的塑性变形机构。 现在普遍使用 “梁柱铰机构” 即是通常所说的“强柱弱梁”。 为了实现能力设计方法中的强柱弱梁机构，我们通常的做法是对柱截面的组合弯矩乘以增大系数；也可以对由梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩，即实配弯矩乘以增大系数的方法来实现，并用增大后的弯矩值进行柱端控制截面的承载力设计。第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏，这即是我们通常所说的强剪弱弯。 通常的做法是用剪力增大系数增大梁端 、柱端、 剪力墙端 、剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点处的组合剪力值， 并用增大后的剪力设计值进行受剪控制截面控制条件，进行验算和设计 。具体措施也有两类：一类是直接对一跨梁两端截面的顺时针或反时针方向的组合弯矩值乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力；另一类是沿顺时针或反时针方向求得一跨梁两端截面按实际配筋能够抵抗的弯矩，对其乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力 。第三步是通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。 通常通过箍筋加密，限制轴压比等措施来给予保证。

总之，地震是一种目前难以准确预测的自然灾害 。为避免它给人类带来大的灾难， 作为工程技术设计人员在建筑结构的研究和工程设计中，应从整体宏观的观点出发，综合处理好建筑功能、 技术、 艺术 、安全可靠性和经济合理等几方面内容，从而创造出更加安全、 实用、 经济美观的建筑。

参考文献：

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