建筑结构的抗震设计研究

宋博

摘要：随着我国社会的发展，建筑行业迎来了发展的大好时机，各式各样的建筑层出不穷，并且高层建筑越来越多，这就对建筑的质量有了更多更高的要求。其中抗震性能已经成为困扰建筑发展的重要因素之一。从地理学上讲，我国也是一个多地震的国家，如何提高建筑物的防震性，通过对建筑物的建筑设计等因素的控制来提升建筑物的抗震性能已经成为建筑设计人员和建筑公司必须解决的首要问题。

关键词：抗震；结构；设计方法；加固

前言：建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一，也是涉及到人类生命财产安全的重要问题，因此，我们在对建筑物进行结构设计的时候，必须把建筑物的抗震问题放到非常重要的位置，并采取适当的措施，尽量避免地震对建筑物的损坏。

一、抗震设计的常见问题

1、建筑体形

由于建筑地形的限制，或为了形成街景，业主常要求设计单位在建筑体形上赋予变化，以求美化。主要表现在：a.建筑平面因地势需要设计转折；b.结构平面凹凸不规则，有的凸出或凹进的尺寸大于相应尺寸的30%；c.上部砌体总层数不一致，有的层面差达到两层甚至以上；d.楼板局部不连续或刚度突变，出现楼板错层，或楼板开洞率太大，有效楼板面积不足结构典型平面的50%；e.为了满足下部大空间的利用，下部框架投影面积大大超过上部砖房面积，质量出现较大偏心，使结构出现较大的不规则扭转；f.楼层之间大刚度和承载力变化明显，变化率超过20%～30%以上。

2、框架结构

框架的设计问题出现的形式多样：a.框架柱网不规则，开间不均匀；b.底部框架梁跨度太大，曾出现9m的跨度，必然导致“强梁弱柱”；c.框架梁柱截面偏小，表现为“剪压比”和“轴压比”超标；d.梁、柱的纵向配筋率和体积配筋率小于抗震要求；e.起转换作用的楼面的次梁设置不合理，有的偏少，有的不便于施工。

3、抗震墙

底框结构没有按要求设置抗震墙，追求经济效益，减少抗震墙数量；强调空间功能分布，抗震墙分布不对称、不均匀；有的工程抗震墙布置过多，使薄弱层上移，由于多层砌体房屋结构变形、耗能能力差，地震时破坏往往更加严重；剪力墙没有注明抗震等级。

二、抗震概念设计及思路

抗震设防的基本目的是在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。为了实现这一目的，抗震设计规范以“小震不坏，中震可修，大震不倒”，即三水准的抗震设防要求作为建筑抗震设计的基本原则。

1、一般来说，建筑抗震设计包括三个方面的内容与要求：概念设计、抗震计算与构造措施。概念设计在整体上把握抗震设计的主要原则，减少由于建筑结构自身带来地震作用及结构地震反映的复杂性而造成抗震计算不准确；抗震计算为结构抗震设计提供定量依据；构造措施则是抗震概念设计与抗震计算的有效保障。结构抗震设计三个方面的内容是一个不可分割的整体，忽略其中任何一部分都可能造成抗震设计的失效。

2、建筑结构抗震概念设计的目标是使整體结构能发挥耗散地震能量的作用，从而避免结构出现比较敏感的薄弱部位，导致结构过早的破坏。假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用是抗震设计方法的前提之一，在此前提下才能以多遇地震作用进行结构计算与构造措施。

3、建筑结构抗震设计的基本原则包括：

（1）结构的简单性，即结构在地震作用下具有比较明确的传力途径，结构的计算、内力及位移分析都易于把握；

（2）结构的规则及均匀性，造型和结构布置比较均匀可以避免刚度、承载能力与传力途径的突变，以限制结构在竖向出现敏感的薄弱部位，建筑平面比较规则可以使建筑物质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心；

（3）结构的刚度与抗震能力，结构布置应使结构在两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力、足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。

三、结构抗震计算方法及抗震验算

1、结构抗震计算可分为地震作用计算和结构抗震验算两部分。进行结构抗震设计时，在确定结构方案后，首先应计算地震作用，然后计算结构和构件的地震作用效应，最后再将地震作用效应与其他荷载效应进行组合，验算结构和构件的承载力与变形，以满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。

2、结构抗震计算的方法包括：

（1）底部剪力法，特点是忽略高振型的影响，假定结构地震反应以基本振型为主，将基本振型简化为倒三角形进行计算，但是计算精度稍差；

（2）振型分解反应谱法，利用振型分解的原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析，计算精度稍高；

（3）时程分析法，选用一定的地震波直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动微分方程进行逐步数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应，计算精度高。

3、为了满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防标准，我国《建筑抗震设计规范》规定进行下列内容的抗震验算：

（1）多遇地震下结构允许弹性变形验算，防止非结构构件的破坏，如隔墙、幕墙、建筑装饰等的破坏；

（2）多遇地震下结构强度验算，防止结构构件因承载力不足而破坏；

（3）罕遇地震下结构弹塑性变形验算，以防止结构因过大变形发生倒塌。

四、提高结构抗震性能的措施

1、结构的抗震性能决定于结构的整体性、延性，而结构的整体性和延性与结构布置、结构整体刚度、结构节点和构件的延性和强度密切相关。

2、结构布置时宜考虑多道抗震防线，一个抗震结构应由若干延性较好的分体系组成，通过构件的链接协同作用，有意识地在结构内部、外部建立一系列分布的屈服区，使结构在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防线”得以保存，便于结构修复。

3、结构应具有合理的刚度和承载力分布，建筑物的侧移刚度越大，则自振周期越短，地震作用也越大，要求结构构件具有较高的承载力。提高结构的抗侧刚度，往往以提高造价和降低结构变形能力为代价，因此在确定结构体系时，需要在刚度、承载力之间寻求较好的匹配关系。

4、结构应采取的构造措施，对于多层砌体结构，在构造上应采取设置构造柱、在砌体内配置横向和竖向钢筋等措施。对于钢筋混凝土结构，应通过混凝土材料、截面尺寸、纵向和横向的配筋来避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压碎先于钢筋的屈服、钢筋的锚固黏结破坏先于构件的破坏。

结语：在我国，不仅建筑行业有了很大发展，且高层建筑也逐渐的融入我们的生活，这种情况对抗震设计工作也提出了更高的要求。抗震设计是最有效最直接的抗震措施，世界各国也在抗震结构设计方面做出了很大努力，并有取得了很好的成果，但是地震的发生存在很多的不确定性，抗震设计方面还存在一些问题需要我们去分析和改进。我们要在现有成就的基础上，结合实际生活对建筑物的要求，树立先进的理念，使用科学的研究方法，使抗震结构设计获得更快速的发展。

参考文献：

[1] 李建，张燕.建筑结构基于位移的抗震设计方法概述[J].阴山学刊（自然科学），2010，（02）

[2] 王淑蔚.对建筑结构检测技术及安全度的分析[J].民营科技，2007，（09）

[3] 孙景江.建筑结构抗震研究若干基本问题概述及讨论[J].震灾防御技术，2006，（02）.

[4] 钟小兵.推覆分析法在建筑结构抗震设计中的应用[J].四川理工学院学报（自然科学版），2006，（06）.

[5] 温建伟.浅论建筑结构抗震设计[J].建材与装饰（下旬刊），2008，（01）.