关于建筑结构抗震设计方法及措施探讨

周松江

摘要：随着社会的发展，人们的生活水平也日益提高了，在城市的建设中高层建筑大量涌现，同时，近几年，自然灾害不断发生，为了保证建筑物的稳定性能，使建筑物在任何情况下都能完善的保持良好状态。因此，就要加强建筑物的抗震设计，保障人们的人身安全，给人们创造一个舒适安全的居住环境。

关键词：建筑结构；结构设计；方法；措施

中图分类号：TU3文献标识码： A

一、建筑抗震设计的基本内容

目前，我国实行的抗震政策主要是规范建筑物在发生较小地震时，立即根据反应谱这一理论算出地震的作用力，并采用弹性的方法算出地震发生时释放出的内力和造成建筑的位移，用极限的方式设计出建筑的结构部件。对于有特殊要求的重要建筑物，通常要进行补充计算，必要时还要求做出建筑的变形验算。但是我国规范的要求验算的种类相对来说比较少、类型单一，明确具体弹塑性的计算要求，做出有效规定，提高弹塑性这种计算方式的可操作性，对于高层建筑抗震的进步是非常有帮助的。一般来说，建筑抗震设计内容主要由推力计算和时程分析两部分构成。推力计算又称作静力法，这种方法出现时间相对较早，但是仍有许多优点可以供我们参考使用。静力法使用的模型是空间和平面或者三维空间的结构体，这就是说，各个构件都必须符合具体标准以保证变形关系的确定。从这种方法，可以了解到各个组成部件的内力、承载力大小，了解二者之间存在的关系，检测它们强剪弱弯的符合度等等，从而帮助我们找出设计中不符合规范的内容。这种结构的设计方式被大多数设计人员所熟用，大部分的建筑就是在这种分析基础上建立起来的。时程分析又可以称为动力法，它是按照建筑物所处地理位置的烈度、类别和设计的评判，然后选择一定数量的地面运动时产生速度的记录，通过分析计算得到的建筑物在虚拟地震过程中的位移和速度而制定的一种抗震计划。这种方法的优点是随着时间的变化，我们可以得到每一个楼层的准确反应。虽然它是从宏观范围上检验建筑物的结构是否安全，这一过程也十分清晰准确，但是却很少被人们采纳使用。究其根源，是因为动力法在分析过程中需要消耗大量的时间和资金，最后显示出来的数据量纷繁复杂，分析过程难度大，因此也就无法得到重视。

二、我国建筑结构设计的现状

建筑结构的设计要充分考虑建筑的抗震能力，这关乎人民的生命财产安全。我国位于地中海—喜马拉雅地震带上，因此我国是一个地震多发的国家之一。但是，从目前我国建筑的抗震能力来看，还存在着许多的问题。一直以来我国在进行建筑设计时都遵循着小震级的地震可以抵抗，大地震能够修复的原则，虽然这样的设计理念在建筑物的抗震方面取得了一定的成效，可是，在面临大的地震时还是存在不足。尤其是一些设计人员的侥幸心理，在设计时缺少灵活的应变，一味的照抄照搬，使数据最终产生错误。不仅如此，在进行建筑施工时，一些建筑承包公司为了节省建筑开支，从而偷工减料，降低了建筑物的抗震能力，有的甚至是私自改变施工的设计方案，最后在导致建筑物抗震结构的改变。而施工人员不够专业也会影响整个建筑结构的抗震性能，施工人员在进行施工时，为了方便或者自身的不注意，对钢筋混凝土建筑结构的施工没有做到设计的相关要求，最终影响了整个工程的施工质量。

三、建筑抗震结构设计的基本原则

(1)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。

(2)对可能造成结构的相對薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

(3)承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

(4)尽可能设置多道抗震防线，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。

(5)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

四、常用建筑结构抗震设计方法

(一)根据建筑结构性能目标来进行抗震设计

建筑物在发生地震的时候有高度的安全性，是抗震设计的最终目的，所以建筑结构的抗震设计要求以将要建设建筑物的地区可能会发生的大地震的烈度为基本的设计标准，而且还要以建筑自身以及建筑物的内部没有造成破坏为最终目标来确定建筑结构的抗震性能指标。建筑结构的某些非抗震的下部结构以及建筑结构的基础部位也需要有一定程度上的抗震能力，在发生大地震的时候建筑结构要基本保持在所能承受的弹性范围之内。另外，建筑结构的抗风性能也应得到重视。因由于风压所产生的建筑水平振动很有可能导致建筑的安全使用性能降低，以及使得抗震构造构件的耐久性能受到破坏。因此，建筑结构要有一定的比较好的性能指标，以便达到高的抗震设计要求。

(二)根据建筑场地和建筑规划来进行抗震设计

建筑结构要有较好的抗震性，需要选择比较稳定性的建筑场地。另外，具有抗震性的建筑需要有抗震层的设置，而且建筑结构的外部空间应该进行包括邻栋间距、建筑外观等等的一些舒适感以及安全性能的角度的考虑。而且在进行建筑结构的场地规划的时候，也应该从适应建筑上部结构的位移等特点与性能方面的角度来考虑。建筑物在经过长时间的使用后，建筑结构的整体可能发生移动的范围之内不应该存在障碍物。在建筑结构可能发生移动的范围之内一般来说会设置一些建筑的出入口，并且还要注意不能因此而使得人受到一些伤害。

五、建筑结构设计的抗震措施

(一)选择的建筑场地和地基有利于抗震

(1)场地选择

在不同工程地质条件的场地上,地震对建筑物的破坏程度是截然不同的。因此，进行建筑场地选择时，设计者必须综合评价工程地质的有关资料和地震活动情况，并结合工程的实际需要。首先，建筑宜避开对建筑抗震不利的地段，选择对建筑抗震有利的地段，例如平坦、开阔的坚硬场地土。其次，当没有办法避开时,适当的抗震加强措施应被采用。

(2)地基处理

基础设计时应注意：a.当地基有新近填土、液化土、软弱黏性土时,基础的刚性、整体性应得到加强；b.天然地基与桩基不宜混用在同一结构单元上；c.性质差异较大的地基上不宜设置同一结构单元；d.地圈梁应设置在墙下,以加强上部结构与基础的整体性，以抵抗不均匀沉降。

(二)优化平立面布置

(1)建筑布置的平立面应规则，体型要简单

当建筑物体型规则、简单时，其受力性能明确,在设计过程中就容易分析在地震作用下结构的内力和实际反应，且易于处理结构细部的构造，因此这类结构在遭遇地震后受到的损害相对较轻。反之,建筑体型复杂、不规则时，强度和刚度就容易发生突变,引起应力变形或集中，形成结构上的薄弱环节，从而造成较大的危害。

(2)力求建筑平、立面质量分布和刚度对称

建筑的质量分布和刚度不对称，在地震作用下就会发生十分明显的扭转振动。因此,建筑中的独立单元及整个建筑应力求质量、刚度对称,使其刚心与质心偏心很小甚至完全重合。

(3)建筑的刚度变化和质量须均匀

建筑沿竖向分布的刚度和质量常常是不均匀的。比如,楼层错尾的存在或在层高范围内框架的填充墙设置不连续，短柱就在框架上形成。地震时就易对建筑造成损害。所以设计时必须采取必要的构造措施，对建筑结构中沿竖向分布不连续的质量和刚度加以限制。

(三)选择合理的抗震结构体系

(1)应有多道抗震防线

多道抗震防线，是指在地震作用下，一个抗震结构体系中的一部分延性好的构件最大限度发挥其耗散、吸收地震能量的作用,首先达到屈服，起到第一道抗震防线的作用，其它构件则在其后依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线。这样可以避免整个建筑结构体系因部分构件或结构破坏而丧失抗震能力。所以，结构设计须考虑设置多道抗震防线。

(2)应具备良好的耗能、变形能力和必要的强度

一个没有足够延性,只有较高的抗侧力强度的抗震结构体系,在地震时很容易遭到破坏。但如果其抗侧力强度不高,而有较大的延性，在地震作用不大的情况下，建筑结构就不会受到破坏，只会产生较大的变形。如果抗震墙设置在框架中,就可增加其抗剪力强度；如果届边约束构件加在砌体结构上,能提高其变形能力。这样就增大了两种结构的抗震潜力。

(3)结构刚度和强度分布须合理

如结构刚度和强度分布不合理，会产生塑性变形集中或过大的应力,结构就会突变或其局部受到削弱而形成薄弱部位。对结构上可能出现的薄弱部位,应采取相应措施提升其抗震能力。在强烈地震下，强度安全储备在结构上并不存在，而判断结构薄弱层的基础就在于构件的实际强度分布。

(四)设计合理的建筑结构参数

计算分析参数设计，就是进行建筑各构件的地震响应和地震作用计算,各墙柱梁板变形及承载力计算包含于其中。把正确的计算模型建立在建筑结构的实际工作状况基础上，并根据概念设计做适当的简化处理、计算。多遇地震作用下的复杂结构进行变形、内力分析时,应采用的力学模型不少于两个,且不相同，其计算理论主要有两种，即主拉应力与剪摩理论。其中，主拉应力理论适用于砖砌体,而剪摩理论适用于砌块结构。应认真分析判断计算机的计算结果，确认其合理、有效后，才能用于工程设计。结构的位移、剪重比、自振周期等是结构计算控制的主要计算结果。

结语

随着科技的迅猛发展，各项新工艺、新材料、新技术与新理念在建筑设计行业得到了广泛应用，有效丰富了抗震设计手段，提升了建筑结构整体抗震性能。建筑結构抗震设计的好坏是建筑物能否取得良好抗震效果的前提，因此， 在进行抗震设计时，要根据理论分析，选择的结构布置和合理的材料运用，从多个方面慎重考虑，从而使高层建筑结构满足人们的使用要求，能够减轻甚至避免地震带来的危害。

参考文献

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