谈建筑结构抗震设计方法

石惠

摘要：地震具有突发性，且可预见性低，因此应以贯彻预防为主要方针，而其最根本的就是要搞好抗震设防和提高现代高层建筑抗震能力。本文从多个角度的建筑抗震设计方法，建筑抗震概念设计两方面进行概述。

关键词：建筑结构；建筑设计；方法

地震是自然灾害在我国比较常见的之一，它的特点是突发性强，破坏性和可预见性低，所以为了增强建筑结构的抗震性能，一定要科学合理的抗震设计，有效提高现代建筑的抗震性能，以预防为主，从根本上有效保证建筑物的抗震性能，如何尽量减少地震所造成的破坏和损失。

一、 建筑抗震概念设计

地震是一种难以把握的随机振动，其自身的复杂性和不确定性对于准确预测房屋遭遇的参数和特性无非是现代建筑科技的挑战。抗震在结构分析方面仍存在许多不确定性因素，例如未充分考虑非弹性性质，空间结构作用和阻尼变化，材料实效等诸多因素，因此抗震设计不能完全依赖计算得到的结果。长期抗震经验总结的抗震工程基本概念和抗震工程的基本理论应是抗震问题的基本立足点，同时也是良好结构性能的决定因素。

1 建筑场地的选择

地震中经常出现的“轻灾区有重灾，重灾区有轻灾的现象，就是由于地震对房屋的破坏不只是在结构上还有对房屋周围场地条件的破坏。例如地基土的不均匀沉陷 滑坡，粉土 沙土液化，地表的错动与地裂。抗震设防区的建筑工程场地选择应遵循以下几点原则：

（1）密实均匀的中硬场地土和开阔平坦的坚硬场地土是建筑抗震有利地段的最好选择。

（2）避开对建筑抗震的不利地段，例如突出的山嘴、高耸孤立的山丘、河岸和边坡边缘、采矿区、软弱场地土、非岩质陡坡、在平面分布上岩性状态成因明显不均匀的场地土。

二、建筑结构抗震设计的主要方法

建筑结构的抗震设计所采用的方法是多样的，在抗震设计过程中不但要设计出完美的方案，还应该做好建筑物的补救措施。因此，通常建筑师在抗震设计过程中需要进行综合分析，合理的对结构的布置与材料使用进行探讨，这将直接影响到建筑结构抗震能力的效果。所以，在设计过程中要合情合理，不偷工减料，这样才能够最大程度的减轻地震带来的破坏。

1、建筑抗震结构体系的选择

建筑的抗震结构体系是建筑结构设计需要重点考虑的内容，建筑结构方案的选择是否合理对整个建筑的安全性与经济性起着至关重要的作用。具体来看，应该从以下几个方面进行设计：

（1）建筑结构体系应该尽量避免由于部分结构或作建筑构件破坏而造成整个结构失去抗震能力，甚至失去其自身的承载能力。抗震结构设计的一个基本原则就是要求结构具有足够的赘余度以及内力的重分配能力，即使由于地震而使得建筑结构的部分构件丧失，其他的构件依然可以承担其建筑载荷的能力，保证整个结构的稳定性；

（2）建筑的结构体系应具有清晰的计算简图以及科学的地震力传递途径。在该过程中，竖向构建布置时要尽量使得其在垂直载荷力的作用下应力水平趋于均匀。建筑屋盖梁系的布置应该通过最短的途径传递至竖向构件的墙、柱结构中，而且尽量保证其上部结构竖向构件传来的垂直重力载荷通过一到两层转换层的转换。同时，整个结构的抗侧力体系也应该予以明确，通过有框架、剪力强、简体与支撑等形成，其应该尽量贯通使用，使得其竖向载荷尽量均匀；

（3）建筑结构体系必须具有足够的承载能力，其良好的变形能力能够很好的消耗地震能量。且建筑的钢筋混凝土结构能够很好的对其塑性内力重新分布，可以更加充分的发挥其耗散地震能量的作用；

（4）应该保证建筑结构体系具有足够的强度和刚度。通过合理分布强度和刚度使得建筑局部不会出现被削弱或突变的问题，从而有效控制了应力集中或者塑性变形的问题。同时，框架结构设计要保证节点不会被破坏，对于结构薄弱的部位，可以适当采取提高抗震能力的相关措施。

2、合理选择结构形式

当前，我国建筑所使用的结构形式主要包括砖混结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构与全钢结构几种。在抗震设计过程中要根据不同的地震区域以及需要的抗烈度能力选择对应的结构形式。其中，钢筋混凝土具有较强的柔性，使得其具有较强的变形能力，而且承载能力较高，因此其具有较强的抗震能力。

在选择抗震结构方案的过程中，可以根据建筑的功能需要以及抗震要求进行综合选择，尤其是对于高层建筑的设计，该原则起着至关重要的作用。随着建筑楼层与高度的增加，抗震结构在地震的作用以及使用载荷的作用下产生的位移将迅速增加，这时就需要抗震结构具有更大的抗侧移刚度。因为不同类型的钢筋混凝土结构体系的构件与组合方式的不同，其受力特点也不一样，其抗侧移刚度同样存在较大的差别，因此其适应不同高度的楼层。这些因素在抗震结构设计过程中都必须考虑到。

3、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》，對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。

（1）对于建筑体型确定的探讨

体型的确定对于建筑物的防震至关重要，尤其是限高的评价，首先要区分结构类型是否符合标准，巨型结构、悬挂结构均是不符合地震建筑的限高建筑。其次是建筑及抗侧力结构的平面布置宜规则对称，并应具有良好的整体性。第三个方面是建筑物的立面布局宜采用梯形、矩形和三角形等变化均匀的几何形状，尽量不要采用带突然变化的阶梯形立面、大底盘建筑，甚至倒梯形立面第三个方面是建筑物应尽量减小高度，尤其是限制高度比。

4、多道抗震防线的设置

多道设防就是人为加强某些竖向抗侧力结构，提高部分的可靠度；并且有意识地设置一些薄弱环节，使其在强震作用下退出工作。在遇到建筑物的基本周期与地震卓越周期相同或接近的情况时，多道防线就更显示出其优越性。当第一道抗侧力防线因共振而破坏，第二道防线接替后，建筑物自振周期将出现较大幅度的变化，与地震卓越周期错开，使建筑物的共振现象得以缓解，减轻地震的破坏作用。

5、刚度、承载力和延性的匹配

地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，建筑物应具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可适当降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。

结语：随着建筑的迅速发展，建筑的结构设计已经成为结构工程师设计工作的重点和难点，建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程。因此需要准确、合理的运用不同的抗震设计方法，根据建筑情况的不同区别对待，才可以得到最合理的抗震设计。

参考文献：

[1] 张来龙. 建筑板柱结构抗震设计分析[J]. 中国房地产业，2011，2.

[2] 刘风华. 高层钢筋砼建筑结构的抗震延性设计[J]. 科技与生活，2011（9）.