建筑结构设计中的抗震策略分析

陈庆波

（广东省　佛山市　528200）

建筑结构设计中的抗震策略分析

陈庆波

（广东省佛山市528200）

我国经济的发展带动了城市化进程，建筑行业得到了迅速发展。随着人们对建筑质量的要求，建筑结构设计成为建筑工程项目的关键环节。本文首先从基础抗震、计算模型、单元模拟、支座选取四个角度来详细论述建筑结构抗震设计，然后探讨了一些建筑结构的抗震策略，希望能为建筑设计人员提供有价值参考意见。

建筑；结构设计；抗震策略

1　引言

随着我国建筑行业的快速发展，建筑结构设计在建筑行业的作用越来越重要，其中建筑结构是否稳定、安全，一方面取决于建筑材料的稳定性，另一方面取决于建筑结构设计是否应用抗震技术。从20世纪80年代开始，基础抗震研究已在我国逐渐开展起来，并且国外也有很多研究者对抗震控制展开了大量的研究，而且抗震技术已在世界各地广泛应用。现阶段，减轻地震对建筑结构损害的有效方法就是抗震和消能减震，当建筑结构采用抗震减震技术后，地震对其损害明显减轻，虽然此种技术会使工程造价有一定程度的提高，但随着我国经济和科技的发展，抗震减震技术的必要性和应用性日益突出。国外历次强震经验表明，延长结构的自振周期的抗震方法能够有效减小结构的水平地震作用。另外，以往建筑工程实践经验证明，消能器能够增加建筑结构的阻尼，通过消能器使风荷载作用下的结构位移等地震反应得到减轻，能够达到建筑消能减震的目的。抗震结构设计就是通过建筑结构设计安排，使建筑物能够预防一般地震的摧残。

2　建筑结构抗震措施

建筑物场地种类往往会对抗震技术的使用产生较大影响，已存在的大量工程实践显示，硬土场地更适合建抗震房屋。弱土场地所建设的抗震房屋地震损害反而会被扩大，这是因为弱土场地会过滤地震波的中高频分量，从而使得结构的周期增加，进而延长了地震效应使得地震效应不减反增。可见，应用消能抗震技术前，应对建筑场地进行仔细的调查和分析。

2.1优化设计，保质量

在开展建筑工程方案设计的过程中，必须要将建筑物的抗震倒塌能力作为一个核心因素去斟酌设计，设计人员要对提高建筑物抗震倒塌能力的重要性具有充分的认识。首先，建筑设计方案中建筑结构不仅要满足客户的要求，还要尽量做到形状规则、对称，施工中用的建筑型钢材一定要达到符合的强度要求，局部连接要使承载力连续。此外，必须严把建筑工程施工中的质量关。①建筑结构的抗震倒塌能力在很大程度上取决于施工人员的施工质量，因此。在建筑工程施工过程中，施工人员要不断提高自己的施工技能，并且严格遵守施工方案进行施工。②建筑施工单位要从整体把握施工质量，严格按照设计方案的每一个环节进行施工，从而提高建筑结构的抗震能力。设计是一个建筑物的成长蓝图，它关系着建筑物的使用寿命、抗震防灾能力等多方面。所以，优化建筑结构的设计，是提高建筑物质量的基础和保障。

2.2合理的结构延性设计

所谓结构延性，就是建筑结构在受到地震屈服后的塑性变性能力。建筑物受到地震作用时会利用塑性变形削弱地震释放的能量。因此，合理设计结构延性能有效提高建筑结构的承载能力，从而提高建筑结构的抗震能力。此外，在进行建筑结构设计时，要尽可能的使所有的建筑结构对称，以防在地震影响下出现偏心现象，降低地震的破坏力度。

2.3建筑结构基础抗震设计

在建筑结构设计中，基础抗震结构一般安装在楼层上部结构水平面宽度较小而楼层之间刚度较大、楼层高度在三十层以下的楼房建筑中。假如该楼房上部结构水平面宽度较大而不同楼层之间刚度又很小、楼层数量又较大，这时候的楼房上部结构就是多质点的抗震结构体系，需要采取相应的多质点抗震模型，而且另外还要想办法防止抗震结构出现扭转和发生倾覆等意外情况。

对于位于强地震带和高烈度地区的建筑要采用橡胶材料的抗震结构，因为橡胶抗震结构中的抗震支座在冲击波作用下会产生一定的拉应力或者发生轻微的非线性变形，从而保证建筑结构的整体安全和稳定。对于建筑结构的组合抗震体系而言，如果抗震层上部结构倾覆弯矩太大的话，发生的水平地震作用力就会使得抗震层转动起来，加大抗震结构在垂直方向的负载，那么该建筑抗震层就会发生较为突出的纵向变形。所以，在考虑建筑基础抗震结构的动力体系时，一方面要考虑到抗震结构的多质点平动受力，最好是采用多质点摆动加平动抗震计算模型，另一方面还要考虑到抗震结构的转动。

图1　底层和标准层的平面布置图

图2　结构有限元模型图

2.4抗震地基材料

对于不同的建筑物所采用的地基材料不同，这也是地震波的反应区别的原因之一。可以采用特殊材料对建筑物地基进行处理的方法，以此来削弱地震波，从而使建筑物在地震中的震感有弱化效果。在传统的建筑物中，通常采用粘土和砂子进行基础部分垫层，然后也有人使用糯米垫层研究抗震，长期的发明研究与试验表明采用以沥青为原料的新型材料进行抗震层设置具有优良的抗震效果。

2.5隔震加固

构刚度和地震作用成反比，结构周期变大时，刚度减小从而降低了地震作用。目前实践中，以增大周期隔震加固技术最为普遍，最有代表性的就是铅芯橡胶隔震。主要利用橡胶铅芯阻尼值高、水平变形力大且能能够吸收地震爆发能量的特点，将铅芯和橡胶隔震垫安放在地基基础和上部结构之间，再使二者分开。地震过程中，隔震垫会产生较大的水平变形并吸收热量，使上部结构水平速度降低，达到减小上部结构地震作用的目的。

2.6优化抗震结构

建筑的地震结构设计，最重要的是对地基的选择与设计，地基是建筑的根本，一旦发生破坏，上部结构将无所依靠。建筑本身的高度，使得其建筑要求较高，要优化设计建筑结构的构件位置，使得结构压力均匀分给每个构件，不会出现承压不均而导致地震时的严重破坏。对于非结构构件也要考虑其材料的安全性能。因此在进行结构设计时，必须优化其抗震能力，重视地基的设计，设计出既节省材料又安全可靠的地基，以确保建筑物有足够的强度和刚度抵抗地震的危害。在确保地基的强度后，还要考虑剪应力的问题，采取强柱弱梁、加强梁柱节点抗震、设置抗震墙等措施来抵抗水平剪力。

2.7消能减震加固

在工程抗震过程原理分析中，结构阻尼和地震之间呈反比例关系。增加结构阻尼主要通过结构变形较大的部位设置阻尼器的消能减震方法来实现。利用阻尼器控制结构在地震作用下的变形，降低建筑结构在水平和竖直方向的地震作用，确保建筑物在较大震动作用下不会出现大的破坏。

2.8基础抗震结构

基础抗震是指在建筑基础部分消耗地震波，使之难以传递至建筑上部结构，在一定程度减少或消除地震对于建筑上部结构的损坏。常在基础与上部结构间设置抗震装置，相较于建筑，外形规则的底层建筑使用抗震装置的效果更好，出现这一现象的原因在于建筑结构设置抗震装置过程会延长建筑结构的自振周期，从而出现抗震效果弱化的现象。现阶段关于基础抗震的进步与发展日益趋于多样化与完善。

3　结语

在国内和国际不断出现大的地震灾害情况的影响下，国内设计人员也开始不断提高建筑设计质量，以求做到最大的保护。大量事实证明，一个优良的建筑抗震设计，必须建立在优良的建筑设计与结构设计的相互配合的设计基础之上。所以，在进行建筑抗震结构设计时，要充分的考虑和重视建筑的方案设计，只有有效的做好建筑抗震设计中的方案设计，才能更好的发挥建筑的使用功能和抗震功能，进而有效保障人们的生命和财产安全。

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TU318

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1673-0038（2015）07-0005-02

2015-1-18