混凝土建筑抗震结构设计初探

王超

摘要：本文主要阐述了抗震概念设计及钢筋混凝土结构抗震设计的概念，分析钢筋混凝土结构基本抗震体系性能，并探讨了提高钢筋混凝土结构抗震性能措施。

关键词：钢筋混凝土建筑；抗震结构设计；初探

抗震设计中必须满足强柱弱梁、强剪弱弯、强节点、强底层柱底等延性设计原则以及有关规定。砌体结构自重大、强度较低，抗震性能差；钢结构易连接破坏、侧向刚度小以及耐火性差；钢筋混凝土结构由于其自身优势，目前城市中正在建设以及拟建多层、高层建筑物大都是钢筋混凝土结构。地震是一种自然现象，为避免它造成生命以及财产损失，作为结构工程师必须该依据《规范》对混凝土结构建筑抗震设计在给定抗震设防烈度下合理地确定结构选型、布置、各构件截面乃至构件之间联系，使建筑结构在经济条件下应该足够强度、刚度以及延性。

1 建筑结构抗震概念设计

结构抗震概念设计是依据地震灾害以及工程经验等提炼出设计原则以及设计思路，进行构筑物以及结构体系的总体布置，确定建筑物各细部构造的抗震设计过程。结构抗震设计必须遵循正确抗震概念设计思路，满足基本抗震概念设计技术要求，以此为基本基准进行必要抗震计算。概念设计是抗震计算前提以及数据基础，它与抗震计算相比更应该决定性意义。

1.1抗震概念设计要领

建筑结构体讲究简单、规则、对称、刚度变化均匀，抗震结构体系必须符合要求，计算简图必须明确以及合理地震传递作用的途径；抗震结构布置必须避免部分结构、构件破坏而导致整个结构丧失其抗震能力和承载能力；抗震结构必须具备必要抗震承载力，即抗剪、抗压、抗弯、抗扭等作用能力，以及较好变形能力即延展性能、通过延性及阻尼来消耗地震能量等作用；对于抗震结构关键部位必须采取有效措施进行加强；应该设置多道抗震防线；抗震结构平面上两个主轴方向受力相近；应该合理分布刚度以及强度，避免局部削弱产生薄弱部位，产生过大应力集中和塑形变形集中，抗震结构各类构件之间必须应该可靠连接，抗震结构支撑系统必须能保证结构稳定，非结构构件包括维护墙、隔墙、填充墙都要合理设置。

1.2抗震技术设计

《建筑抗震设计规范》2010版本（下称《规范》）中对于平面和竖向不规则建筑结构，在计算模型都有特别要求必须采用空间结构计算模型，产生了大量计算工作，提高了计算难度。而且虽说计算模型、方法、手段增多了，但是并不能保证抗震计算结果就是准确，主要是真实地震情况比较复杂，产生破坏作用偶然性比较大，虽然是空间计算模型但是也是模型，而不是真实的结构体必然存在较大差异性，造成建筑结构体安全度很难控制。所以，抗震设计时必须尽量避免采用不规则设计方案。设置防震缝能解决这些建筑结构，由于复杂变形而避免碰撞的好方法。但对于高层，特别是超高层建筑多选用合理建筑结构方案，而不设抗震缝，同时可以采用合适计算方法以及有效技术措施，可消除不设抗震缝带来反面影响。强调强剪弱弯，必须改变传统做法即箍筋只有I级钢筋，可以用Ⅱ、Ⅲ级钢箍；混凝土要求强度越高，其脆性就越大，其抗震性能 越低，因此，对混凝土强度等级选择是否越高越好，正确选择科学设计方法是非常必要的。

1.3设计关键问题

1.3.1 结构层间屈服强度弱

在高层建筑过程中框架结构已经成为较为普遍的存在，然而在整体设计中钢筋混凝土框架结构存在不均匀性，这些结构存在着层间屈服强度非常薄弱。在强烈地震作用下，抗震结构薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并产生弹塑性变形集中现象。

1.3.2 柱端与节点破坏严重

混凝土框架结构构件地震灾害往往是柱重梁轻，柱顶重于柱底，特别是角柱以及边柱最易发生破坏现象。除剪跨比较小的短柱易发生柱中剪切破坏之外，往往柱的破坏产生柱端弯曲破坏最多，轻者产生水平和侧向断裂；重者混凝土被压酥，主筋外露、压屈以及箍筋脱落。如混凝土构件节点核芯部位无箍筋约束时，节点与柱端破坏加倍。如柱侧有强度高砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位可能转移至窗洞处，甚至出现短柱剪切破坏。

1.3.3 砌体填充墙破坏严重

砌体填充墙刚度较大，其形变能力低，承受地震作用力低，遭受破坏，在8度以及以上地震作用力下，填充墙裂缝明显破坏和加重，甚至部分墙体倒塌，地震危害规律往往是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。

2 混凝土结构基本抗震体系性能

混凝土框架结构、剪力墙结构以及框架剪力墙结构是钢筋混凝土建筑最为常用三大基本结构体系。其性能分析有表现如下：

2.1 框架结构

通过合理设计框架结构体系，把建筑框架结构设置成延性框架。延性框架在大地震作用下，通过先产生在梁铰、后产生在柱铰，这样一种耗能机构消耗大量地震能量，同时该结构能够承受较大侧向形变能量。纯框架结构是一种抗震性能非常好的结构体系，但是同时也能分析出纯框架是一种抗震刚度较小，造成侧移值比较大，因此，建筑高度不宜建造的太高。

2.2 剪力墙结构

剪力墙结构承载力大其刚度也很大，但侧移形变能力较小，因此，它使用范围可比纯框架结构更高。但是，剪力墙中不论是墙肢还是连梁，它截面特点是短而高，这类构件对剪切变形相当敏感，容易出现裂缝，容易出现脆性剪切破坏，因此需进行精心合理设计，才能够使剪力墙应该良好抗震性能以及良好延性能力。

2.3 框架-剪力墙结构

把框架以及剪力墙结合在一起共同抵抗竖向荷载以及水平荷载一种体系，它利用剪力墙高抗侧力刚度以及承载力，弥补框架结构抗侧刚度差，变形较大弱点。由于剪力墙与框架协同工作，改善了纯框架以及纯剪力墙变形性能。层间变形上下趋于均匀，框架各层柱受力也比较均匀。另外，在地震作用下，剪力墙承担了大部分剪力，框架只承擔很小一部分剪力，通常都是剪力墙先屈服，剪力墙屈服后将产生内力重分配，框架分配剪力将会增大，如果地震作用继续增大，框架结构也会屈服，使之产生曲线分布吻合最好。

3 提高混凝土结构抗震性能

根据当前震害经验以及理论认识，良好抗震设计必须尽可能地考虑下述原则：场地选择，场地选择原则是避开可能发生地基失效松软场地，选择坚硬场地。体形均匀规整，无论是在平面和立面上，结构布置都要力求使几何尺寸、质量、刚度、延性等均匀、对称、规整，避免突然变化。提高结构以及构件强度以及延性，结构物振动破坏来自地震动引起结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传人结构振动能量为最小，并使结构物应该适当强度、剐度以及延性，以防止不能容忍破坏。在不增加重量、不改变刚度前提下，提高总体强度以及延性是两个有效抗震途径。多道抗震防线，使结构应该多道支撑以及抗水平力体系，则在强地震作用下，建设工程一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。防止脆性与失稳破坏，增加延性，脆性与失稳破坏常常导致倒塌，故必须防止。这种破坏常见于设计不良细部构造。

4 结束语

人类在社会发展过程中遇到一种可怕、不可抗力自然灾害就是地震。强烈地震往往是突发性以及巨大破坏力给社会、经济发展、人类生存安全、社会稳定、社会功能带来非常严重危害。使工程建筑达到减轻和避免地震灾害目，抗震设计是减轻地震灾害主要措施。这样可以减少不可抗力自然灾害对整人类社会造成损失。

参考文献：

[1]朱镜清，结构抗震分析原理[M].北京：地震出版社，2009.

[2]建筑抗震设计规范（GB50011- 2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]张波，浅谈钢筋混凝土结构抗震设计[J].林业科技情报.2012，（01）.