建筑结构抗震设计的理念

2015-10-21汤周军

建筑工程技术与设计 2015年12期

汤周军

【摘要】地震是一种随机性振动，它有着难以把握的复杂性和不确定性。到目前为止，人类的科技水平还不能进行短期或临震预报，也就无法准确预算建筑物在遭遇地震时的各项变形参数，而且单靠计算也很难确保房屋具有足够的抗震性能。因此，在建筑的方案设计阶段，应尽可能在兼顾建筑造型，又满足使用功能要求的前提下，将建筑的抗震问题融入考虑，得到一个美观的、适用的、结构合理科学的方案，真正实现我们国家规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。本文对建筑结构抗震设计进行了探讨。

【关键词】建筑；抗震；结构设计

引言

由于地震具有随机性、复杂性、藕联性，每次地震所产生的波形各异，因而其对建筑物的作用各不相同，所产生的破坏程度也千差万别。作为结构工程师来说，必须使这一理念贯穿于结构设计的整个过程当中，既要严格把握好设计的原则，又要全面考虑诸多因素，最终才能保证设计的科学性和严谨性，为社会创造更多精品工程。

一、建筑结构抗震设计内容

地震是一种随机振动，有着难以把握的复杂性和不确定性，要准确地预测建筑物遭遇地震的特性和参数，尚难以做到。在建筑抗震理论未达到科学严密的今天，单靠计算很难使建筑具备良好的抗震能力。因此，结构工程师必须重视建筑总体抗震能力的概念设计。

1、建设场地的选择和地基基础设计

在进行建筑选址的时候，要对现场进行充分的勘测，详细了解并记录水文地质情况，并对一些特殊地段进行重点分析，在此基础上选择合适的建设场地，同时根据勘测资料进行地基基础设计。

（1）选择对抗震有利的地段

在选择建设场地的时候，要根据建筑物的高度和荷载形式，尽量选择宽阔平坦的坚硬地带，避开那些斜坡和坚实不均匀的地段、软弱土地段、液化土地段等，而且在选址的时候，要在几个预选方案中进行比选，从中挑选对抗震最有利的地段。

（2）严格遵循相关规范

在选址的时候，要根据建筑物的抗震设防类别，选择合理的建设场地。例如对于甲、乙类建筑，尽可能避开那些在地震作用下有可能发生滑坡、地裂、泥石流等次生灾害的地段。

（3）地基均匀性

因为建筑物都有一定的尺寸，在选址的时候，要根据建筑物基础的尺寸，选择那些地基较均匀的地段作为建设场地，这样可以避免一栋建筑物基础落在性质相差很大的地基上面，造成基础沉降不均匀，危及整个建筑物安全。当出现建筑物落在不均匀地基上时，要尽可能采取措施，进行专业的地基处理，确保建筑物安全。

2、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，建筑结构形式简单规则，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。

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。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。

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，提高部分结构的可靠度；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。将建筑物自振周期与地震动卓越周期错开，使建筑物的共振现象得以缓解，减轻地震的破坏作用。抗震防线的设置原则如下：

（1）优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或者选用轴压比较小的抗震墙、实墙筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。

（2）建筑物采用双重抗侧力体系，在建筑物中设置赘余杆件。当建筑物受到强烈地震动作用时，一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形，来消耗输入的地震能量；另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作，实现结构周期的变化，避开地震卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。

5、刚度、承载力和延性的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。提出综合抗震能力的概念，即综合考虑整个结构的承载力和构造等因素来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。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，具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。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。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

二、高层建筑结构抗震的具体设计

1、高层建筑结构抗震设计应重视建筑结构的规则性

（1）高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近、变形特性要比较相近。

（2）高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀，不要突变。

（3）高层建筑主体抗侧力结构的平面布置，应注意同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免在主体结构的布置中设置一、二片刚度特别大而延性较差的结构，如长窄的实体剪力墙。

2、合理的建筑结构体系选择

（1）结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

（2）结构体系宜有多道抗震防线。

（3）结构体系宜具有合理的刚度。

3.抗侧力结构和构件的延性设计

（1）钢筋混凝土框架结构应设置为“强柱弱梁”。

（2）剪壓比限制。