探讨建筑结构设计中的抗震结构设计理念

赵立中

【摘 要】 随着建筑施工工程的逐渐增多，为了使其施工质量得到进一步的保障，人们将许多先进的科学技术应用到其中。但是我国的地质条件十分的复杂，这就给整个建筑工程工程施工带来了一定的难度，因此为了保障工程的施工质量，对其成本进行有效的控制，我们就要对建筑工程的地质条件进行相应的分析，从而采用相应的设计手段，来让建筑物的抗震性能得到有效的提升，以确保建筑物的稳定性和可靠性。 本文对此进行了分析。

【关键词】 建筑结构设计；其抗震结构设计理念

一、抗震概念设计的基本原则与要求

1、选择有利场地

在建筑工程施工中，建筑抗震设计有着十分重要的意义，它是保障整个建筑物稳定性和可靠性的重要手段之一，于是，我们在对其施工场地进行选择的过程中，就要对其施工地段进行全方位的分析，对整个工程的地质情况进行全面的了解，以确保工程的施工质量。

2、采用合理的建筑平立面

在对建筑平面结构进行设计的过程中，设计师们必须要对整个建筑平面进行合理的设计，并且将相应的抗震设计理念融入到其中，只有这样才能使得建筑物的稳定性得到进一步保障。

3、选择合理的结构形式

在建筑抗震设计的过程中，技术人员为了避免其整个建筑结构出现相关的破坏问题，我们就要对建筑结构体系中设置相应的抗震防线，从而使得建筑结构形式的稳定性和刚度得到进一步的保障。而且随着时代的不断进步，人们也将许多先进的施工技术和管理理念应用到其中，这就使得建筑结构形式的各方面性能得到进一步的提升。

4、结构应具有连续性

在地震作用时，结构的连续性是能使结构保持整体性的主要手段之一。

5、构件间的可靠连接应得到保证

保证各个构件承载力的最大限度发挥，建筑物抗震性能的提高，加强构件间的连接是关键，使其可符合地震时大变形的延性要求及传递地震力时的强度要求。

6、房屋的竖向刚度应足够

设计时，结构沿纵、横两个方向的整体竖向刚度须足够，房屋基础的整体性应较强，以便抵御地震发生时可能产生的地面裂隙穿过房屋及地基不均匀沉降所造成的危害。

二、具体设计

1、场地选择

在对建筑施工场地进行选择的过程中，设计人员首先要对施工场地的地质环境进行勘察，尽量避开抗震危险的地段，这样不仅使得建筑物的稳定性和安全性得到有效的保障，还让整个建筑工程施工的经济效益和社会效益得到进一步的保障。为此我们在对其施工场地进行选择的过程中，一般都会选用非发震断层，来对其进行相应的施工处理，进而有效的提高了工程的施工质量。

2、建筑的平立面布置

建设企业在建筑工程施工是，对整个建筑物动力性能进行计算分析是很有必要的，这不仅是建筑结构形式布置的相关内容，可以使得建筑物的稳定性和可靠性得到进一步的保障，还能够让建筑物施工的效益得到进一步的提升。一般来说，我们在对建筑结构形式进行布置的过程中，我们必须要对整个建筑结构质量和刚度变化的均匀度进行有效的控制，避免其建筑结构形式出现不合理的设计，使得建筑物在外界环境的作用下，出现相应的质量问题。而且在不同的地区，人们对建筑物的平面结构设计也就存着一定的差异，因此我们在对其进行抗震设计处理的过程中，就要根据工程施工的实际情况和相关要求，来对整个建筑物的抗震设计的相关内容进行严格的要求，从而使得建筑物的稳定性和安全性得到很好的保障。

3、多道抗震防线

多道防线是指一抗震结构体系，应有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。当共振时，多道设防的优越性更为明显，当第一道防线破坏，第二道防线接替后，建筑物的自振周期变化较大，共振现象缓解。

4、刚度、承载力和延性的匹配

钢筋混凝土剪力墙体系的特点为抗侧移刚度大，自振周期较短，地震作用较大。若增加墙厚和数量、减小横墙间距，则刚度增加，但地震反应加大。剪力墙可能会因承载力不足而破坏。建筑并不是愈刚愈好，二者应相互匹配。框架-剪力墙体系的自振周期的大小决定于抗震墙的数量。数量少而薄，刚度低，周期就长，地震剪力就小，但抗侧移能力也低。框架体系的特点为抗侧移刚度小，水平侧移大，结构周期较长，地震反应也小。由于水平侧移大，效应增大并随高度增加而累积，会造成承载力不足而破坏。刚度与延性对于有框架和抗震墙或由框架和支撑组成的双重体系中；框架刚度小，承担的地震剪力小，而弹性极限变形大；墙体或竖向支承刚度大，承担的地震剪力大，而弹性极限变形小；在往复地震动的作用下，墙体和支承由于弹性变形能力差而出现裂缝、杆件屈曲，水平抗力降低，而此时的结构层间位移角远小于框架的弹性极限变形值，框架的水平抗力未得到发挥；由于体系中各抗侧力构件的刚度与延性的不匹配，造成各构件不能同步协调地发挥水平抗力，出现先后破坏的各个击破情况。

5、非结构部件处理

所谓非结构部件，一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件，如内隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑外围墙板等。考虑填充墙的影响：填充墙对框架结构的影响：使结构抗侧移刚度增大，自振周期减短，从而使作用于整个建筑上的水平地震力增大。改变了结构的地震剪力分布。限制了框架的变形，减少了整个结构的地震侧移幅值。填充墙充当了第一道抗震防线的主力构件，使框架退居为第二道防线。

填充墙的布置：砌体填充墙不同于轻型隔墙，尽管均为非承重構件，但它具有较大的抗侧移刚度，所以不能随意布置。在建筑平面上，填充墙的布置力求对称均匀，以免造成结构偏心。沿房屋竖向，填充墙应连续贯通，以避免在填充墙中断的楼层出现框架剪力的骤增。在框架结构中当必须采用砌体填充墙作维护墙时，应采用有效的措施防止床裙墙对框架柱产生的嵌固作用，防止短柱的出现。

短柱：柱的剪跨比，剪跨比>2时，为长柱，≤2时为短柱，≤1.5时为超短柱。长柱的破坏形式多为弯曲破坏，短柱多为剪切破坏，超短柱发生剪切斜拉破坏。同一楼层各柱之间的抗侧刚度不是很悬殊，但是一旦存在少数短柱，它们的抗侧刚度远大于一般柱子的抗侧刚度，短柱将吸收较大水平地震剪力，尤其是框架结构中的少数短柱。容易出现短柱的部位：窗间墙处的柱、楼梯间柱（与平台梁连接）。处理：贴砌方案或柔性连接。

外墙板与主体结构的连接方案选择使应考虑：结构抗震分析中是否要求外墙板受力；结构抗侧移刚度的大小；抗震设防烈度的高低。

三、比较结构抗震的设计方法

1、抗震抗震性能水平

对于不同等级的抗震性能，都应根据结构类型、结构变形等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。

2、结构的抗震性能目标

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。

3、抗震构造措施

通过抗震构造措施来保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结构的整体性。

这一系统的抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。首先，这两种思路都是以优先引导梁端出塑性铰为前提。

4、常用抗震分析方法

在结构设计中，我们需要确定用来进行内力组合及截面设计的地震作用值。通常采用底部剪力法，振型分解反应谱法，弹性时程分析方法来计算该地震作用值，这三种方法都是弹性分析方法。其中，底部剪力法最简便，适用于质量、刚度沿高度分布较均匀的结构。它的大致思路是通过估计结构的第一振型周期来确定地震影响系数，再结合结构的重力荷载来确定总的水平地震作用，然后按一定方式分配至各层进行结构设计。对较复杂的结构体系则宜采用振型分解反应谱法进行抗震计算，它的思路是根据振型叠加原理，将多自由度体系化为一系列单自由度体系的叠加，将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加起来得到结构总的地震作用、作用效应。而对于特别不规则和特别重要的结构，常常需要进行弹性时程分析，该方法为直接动力分析方法。以上方法主要针对结构在地震作用下的弹性阶段，保证结构具有一定的屈服水准。

对结构抗震性能进行分析是抗震研究的一项重要内容，非线性时程分析，非线性静力分析是目前常用的几种抗震分析方法。其中针对结构非线性反应的非线性时程分析法（非线性动力反应分析），从建立在层模型或单列梁柱模型上的方法到建立在截面多弹簧模型上的方法，再到目前正在研究发展的建立在截面纤维滞回本构规律的纤维模型法，模拟的准确程度正在不断提高。其基本思路是通过一系列数值方法建立和求解动力方程从而得到结构各个时刻的反应量。但由于对地震特点和结构特性所做的假设，其结果存在不确定性，其主要价值是用来考察地震作用下普遍的而非特定的反应规律，以及对抗震设计后的结构进行校核分析，评估其抗震性能。非线性静力分析法（pushover）是近年来得到广泛应用的一种结构抗震能力评估的新方法。这种方法从本质上说是一种静力非线性计算方法，但它将反应谱引入了计算过程和结果。其根本特征是用静力荷载描述地震作用，在地震作用下考虑结构的弹塑性性质。它的基本原理和步骤是先以某种方法得到结构在可能遭遇地震作用下所对应的目标位移，然后对结构施加竖向荷载的同时，将表征地震作用的一组水平静力荷載以单调递增的形式作用到结构上，在达到目标位移时停止荷载递增，最后在荷载中止状态对结构进行抗震性能评估，判断是否可以保证结构在该水平地震作用下满足功能需求。

结束语：

从现代抗震设计思路提出至今，世界各国的抗震学术界和工程界又取得了许多新的成果，比如进行了大量钢筋混凝土构件的抗震性能试验；通过迅速发展的计算机技术编制了准确性更好的非线性动力反应程序；在设计方法上也不再拘泥于以前单一的基于力的传统抗震设计方法，开始尝试基于性能和位移的新的抗震设计理念。在这样的环境中，我国的抗震设计思路也应该在完善自身不足的同时，不断向前发展。

参考文献：

[1]薛素铎，赵均等.建筑抗震设计. 北京：科学出版社，2003

[2]柳炳康，周安，黄慎江. 建筑结构抗震设计，北京：中国科学技术出版社，1996

[3]周福霖.工程结构减震控制. 北京：地震出版社，1997