关于建筑结构设计中的抗震设计

刘院虎 陈哲

【摘要】近年来，随着我国经济社会的快速发展，越来越多的高层建筑出现在大城市中，而且也出现了一些结构较为复杂的大跨度结构，这就对抗震提出了更高的要求。本文通过对建筑结构抗震“概念设计”的研究，从场地选择、地基基础设计、平立面布置等方面进行论述，并提出一些抗震设计的方法和应注意的要点。

【关键词】建筑结构设计抗震设计方法

中图分类号：TU3文献标识码： A

一、抗震对于房屋建筑的重要性

进入21世纪之后，我国的经济腾飞发展。为了满足人民日益增长的物质需要，国家投入了大量的资金以便能够加强国内基础设施的建设，而人们的生活需求也日益提高。因为在新时代，人们认为拥有高的高度、美的造型、安全的建筑才更适应这个新时代的审美。为了满足人们的这一新需求以及综合考虑到抗震需求，技术人员根据结构、建筑的使用材料以及各种施工技术都提出了新的对策。

地震在自然灾害中属于危害最大的灾害之一，同时它对于大部分的工程结构而言也是一个大问题。在人类史上，时常发生一些给人类带来巨大财产和生命损失的地震。例如1976年我国发生的唐山大地震，2008年的汶川地震等。随着全球城市化速度的加快，有部分国家、地区的城市数量呈直线的趋势不断激增，人口的大量迁移致使城市人口高度密集，与此同时财富也集中在一个地区。因此，一旦发生自然灾害，其造成的财产损失是足以令世人震惊的。地震灾害是一种自然现象，按照人类现在的科技手段，还不能够完全正确预估灾害的发生以及找到有效的防止对策。因此而对地震这种不确定的灾害，全球各地区的地震工程界均进行了反思—如何改变现在所掌握的抗震思想和技术方法以有效减少灾害带来的损失。直到目前为止，面对地震的不确定性唯一有效的科学对策是在建筑建设过程中以“抗震的基本原则”作为建筑思想。全球90%的国家的抗震规范原则普遍为“小震时不能破建筑、中震时建筑可以维护加固、大震时建筑不倒”，而这种设计原则也确实在实践中获得一定的成功。该抗震原则的采用使得建筑的抗震性能得以大大提高，即使是在人口密集的城市或是城市周边，重大的地震灾害所造成的伤亡人数已呈下降趋势。

二、建筑结构的规则性

经过对地震灾害的统计可知，建筑物的几何形态对于抗震来讲至关重要，所以，在进行抗震设计时，要尽可能控制好建筑结构的形状，增强抗震性能。

1、研究表明，建筑结构形势简单规则，在地震作用下损坏较轻，因为简单规则的建筑结构受力均匀，而且传力路径比较明确，可以有效的抵抗地震作用。

2、尽可能保证建筑结构有较好的对称性。如果建筑结构不对称，其刚度和质量分布就不均匀，在地震作用下，各个部分受力不均匀，传力路径不明确，就会产生扭转等破坏。

3、保证建筑结构竖向均匀性。一般情况下，建筑物在地震作用下会发生水平方向的侧移，这就要求高层建筑竖向刚度比较均匀，这就可以避免在地震作用时，结构物在竖直方向上引起应力集中或变形集中，以至于在小震作用下有严重损坏，在大震作用下倒塌。

三、抗震设计时应注意地震破坏的特点

1地基方面：在具有较厚软弱冲积土层场地，高层建筑的破坏率显著增高；地基土液化导致地基小均匀沉降，从而引起上部结构损坏或整体倾斜；建造在小利或危险地段的房屋建筑，因地基破坏导致房屋损坏；当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时，因共振效应破坏程度将加重。

2结构体系方面：采用“填墙框架”的房屋结构，钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗卜墙的约束而发生短柱型剪切型破坏：采用框架一抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻；采用“底框结构”体系的房屋，刚度柔弱的底层破坏程度十分严重：采用“填墙框架”体系的房屋，当底层为敞开式框架间未砌砖墙，底层同样遭到严重破坏。

3刚度分布方面：矩形平面布置的建筑结构，电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时，因发生扭转振动而使震害加重；采用三角形、L形等小对称平面的建筑结构，同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。

4构件形式方面：在框架结构中，通常柱的破坏程度重于梁、板；钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝；配置螺旋箍筋的混凝土柱，当层间位移角达到较大数值时，核心混凝土仍保持完好，柱仍具有较大的抵抗能力。

四、建筑结构抗震设计方法

1、构减轻结构自重。研究表明，地震效应与建筑物的质量成正比，高层建筑高度较大，其重心也较高，在地震作用下，倾覆力矩也随质量的增加而增大，这就会对结构物带来极大危险。因此，在进行设计和建造时，要尽可能采用强度大、质量轻的建筑材料，减轻建筑物的质量。

2、提高短柱延性。在建筑结构中，要尽量提高短柱的承载力，并采取有效措施提高短柱的延性，这样就可以大幅度增强其抗震性能，确保建筑结构的安全。

3、选择合理的建筑材料。在设计阶段，要进行抗震分析和计算，在选择建筑材料时，要对其参数进行可靠度分析，也要充分考虑材料参数的变异性，而且尽可能选择自振频率不同的材料，避免在地震作用时结构物局部或者整体发生共振，造成严重破坏。

4、设置多道抗震防线，这样可以避免在地震作用下，由于局部损坏而造成整个建筑结构的损坏，例如框架一抗震墙结构系统，抗震墙可以抵抗较大的侧压力，是第一道防线，当在地震作用下抗震墙发生破坏时，框架结构就起到抗震的第二道防线。 多道抗震防线可以极大的消耗地震能量，延缓或者减轻地震作用对高层建筑的损坏。

5、加强建筑物内部的薄弱部分。在高层建筑中，由于层数较多，建筑面积较大，难免存在一些受力比较大而比较薄弱部分，在建设过程中，要及时对薄弱部分进行加强，采取有效措施增强其强度和刚度，这样就可以极大提高其承载力，避免在地震作用下过早的屈服产生较大变形，导致建筑结构局部损坏或者整个结构的损坏。

五、结语

根据现行《抗震设计规范》的要求，许多原来不设防的地区增加了抗震设防的要求，还有不少地区提高了设防等级，这无疑给建筑物的抗震设防管理提出了更高的要求。但由于重救灾、轻防灾，综合管理远不能适应形势的需要等方面的原因，不少工程技术人员对抗震技术标准不够熟悉，许多地区也没有及时编制适合当地实际情况的抗震构造节点图集和标准，不便于施工质量控制，加上抗震设防综合管理制度不健全、措施不到位，抗震主管部门与招标投标和质量管理等部门之间的协调、配合不够密切，致使抗震设防在设计审查，施工方案核查，施工质量的检查验收等方面的管理时有脱节，留有漏洞。

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