试述建筑结构抗震设计

李加斌 吴琳

摘要：房屋建设中，抗震结构设计是结构设计的一个重要环节。设计的合理与否直接影响房屋的质量和人民的生命财产安全。我国属地震多发国，应在民用房屋结构设计中对抗震技术提出更高的要求。

关键词：建筑结构；抗震设计；原则

中图分类号：TU3 文献标识码：A

1建筑结构抗震设计的基本要求

1.1结构构件应具有必要的承载力刚度稳定性延性等方面的性能

结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱、构件强底层柱（墙）”的原则；对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

1.2尽可能设置多道抗震防线

1.2.1一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协同工作 例如框架剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。

1.2.2强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌 抗震结构体系应有最大可能数量的内部外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

1.2.3适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使有效屈服保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。

1.2.4在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

2建筑结构抗震设计中概念设计

所谓建筑抗震概念设计是指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，是进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程地震动是一种随机振动，有难于把握的复杂性和不确定性，要准确预测建筑物所遭遇的特性和参数，目前尚难做到在结构分析方面，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诸多因素，也存在着不确定性 因此抗震问题不能完全依赖计算结果而是应该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，往往是构造良好结构性能的决定性因素抗震概念设计主要有如下几点：

2.1建筑选址

避免抗震危险地段，选择对抗震有利的场地地基和基础在进行设计时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，作出综合评价，宜选择坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等有利地段；避开软弱土液化土河岸和边坡边缘，平面分布上成因岩性状态明显不均匀的土层等不利地段；同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分用桩基，当地基有软弱黏性土液化土新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚度。

2.2合理的平立面布置

建筑物的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，从而确保房屋具有良好的抗震性能建筑物的平立面布置宜规则对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层 但事实上，由于城市规划建筑艺术和使用功能等多方面的要求，建筑不可能都设计成方形或圆形我国高层建筑混凝土结构技术规程，对地震区高层建筑平面形状作了明确规定；并提出对平面的凹角处应采取加强措施对体形复杂的建筑物合理设置变形缝，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，严格控制建筑物的高度和高宽比。

2.3结构选型和结构布置

结构选型根据建筑的重要性设防烈度房屋高度场地地基基础材料和施工等因素，经技术经济条件比较综合确定单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下列性能：延性系数高；匀质性好；正交各向同性；构件的连接具有整体性连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度结构布置遵循的原则是平面布置力求对称，使构件分配的力均匀；竖向布置力求均匀，尽可能使其竖向刚度强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。

3抗震墙砖房的抗震设计

3.1底层框架抗震墙的设计

目前，底层框架抗震墙砖房的底层设计归纳起来存在以下三方面的问题：底层为大商场等有大空间使用要求时，底层抗震墙(一般为砖墙)设置得很少，其底层的侧移刚度比纵横墙较多的第二层小得多。这种结构由于其地震倾覆力矩主要由钢筋砼框架柱承担，使得底层钢筋砼框架柱的承载能力大为降低，底层成为较薄弱的楼层；在强烈地震作用下底层成为弹塑性变形和破坏集中的楼层，危及整个房屋的安全。要解决以上问题，首先，建筑平面布置时，应考虑在适当部位布置一些墙体其次，采用钢筋砼抗震墙来代替砖抗震墙，一片相同厚度、高度和长度砼墙的抗侧刚度是砖墙的好几倍，既可减少墙面数又能保证底层的侧移刚度。．

建筑一面临街，且纵向临街面一般不布置抗震墙，使得抗震墙数量过少，底层平面布置不对称，导致在地震时产生扭转效应而加重房屋的破坏。解决这个问题，应在沿街侧外纵墙上布置一定数量的钢筋砼抗震墙，另一侧外纵墙上布置刚度相当的砖抗震墙，使底层的刚度中心与形心基本重合。

底层沿纵向分成几个较大空间，一些设计方案把分隔横墙设计成为带构造柱、圈梁的砖墙，使得底层的横向与纵向均不能形成完整的框架抗震墙体系。在地震作用下这些分隔墙因侧移刚度大而先开裂，又因其承载能力和变形能力较钢筋永框架差而破坏严重，并且过早的退出工作，产生弹塑性内力重分布，导致底层框架抗震墙部分破坏严重。因此，结构布置时必须将底层布置成纵横向框架抗震墙体系，避免以上问题的产生。

3.2过渡层的设计

抗震墙砖房的二层称为过渡层。此层担负着传递上部的地震剪力和上部各层地震力对底层楼盖的倾覆力矩引起楼层转角对第二层层间位移的增大，因而此层受力复杂，也显得非常重要对于底部框架抗震墙砖房，当底层按抗震规范要求设置一定数量的抗震墙后，房屋底部的侧向刚度和水平承载力有较大提高，此时如果忽略过渡层墙体的侧向刚度和水平承载力的降低，可能使房屋的过渡层成为薄弱层；由于过渡层砖砌体的变形能力较底层相对较差，因而将降低这种房屋的抗震性能。为避免上述情况发生，应加强过渡层墙体的抗震构造措施。二层构造柱配筋较上部同一位置构造柱配筋加大一级，二层构造柱下端箍筋适当加密，构造柱纵向钢筋锚入底层框架柱、梁内40d；除按抗震规范设置构造柱外，应根据房屋层数、设防烈度适当增设构造柱，尤其是在底层有抗震墙的位置，以改善整个结构传递水平力的性能另在房屋四周外墙，在纵横墙交接处均宜设构造柱，以增加上部砌体结构与底部钢筋砼框架抗震墙结构的连接和整体性，避免由于房屋上部及底部材质不同，结构的自振频率不完全一致，在地震作用下因上、下部连接不强而在二层楼面处形成脱接。

4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。

5结束语

抗震设计问题是一个非常庞大和复杂的课题，涉及面非常广泛，在未来的研究中，还有许多方面需要进一步的探讨，我们也期待有更多新兴抗震技术应用于建筑中，能够为减轻地震灾害、保障人民生命、财产安全做出更大的贡献。