建筑结构抗震分析

于淼

摘 要：我国地处全球两个最活跃的地震带，东临环太平洋地震带。西部和西南部是欧亚地震带经过的地区。所以我国历史上就是一个多地震的国家。而地震是人类社会面临的一种严重的自然灾害之一，破坏力极强，人民的生命和财产损失也很大。地震专家对历次地震的分析显示，95%以上的人员伤亡是由房屋倒塌造成的，仅有不足5%的人员伤亡是直接由地震及地震引发的水灾、山体滑坡等次生灾害导致的。因此提高房屋的抗震性能对减少地震对人民生命财产安全的损失具有极其重要意义。

关键词：建筑结构;抗震设计;概念设计

1现代抗震设计理念结构抗震设计理念经历了一系列变化，我国抗震设计规范（建筑结构抗震设计）应遵循三个层次的抗震设防目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒塌”

在这种设计思想下，结构抗震设计经历了刚性设计、柔性设计、延性设计和结构控制设计四个阶段。通过对结构非线性性能的研究，发现在结构设计中所采取的地震作用只能使结构具有基本的屈服承载力。当发生较大地震时，结构控制部分屈服后进入非弹性变形状态，屈服后其非弹性变形能力可承受地震作用。从而形成了现代抗震设计理论，即结构在一定的地震作用下发生屈服，屈服后达到非弹性变形状态以耗散能量。合理选择地震作用来确定结构的屈服水平是现代抗震设计的主要内容。首先以具有统计意义的峰值地震动加速度作为抗震强度指标值（中强地震），然后利用地震动加速度（小震）进行结构强度设计，从而确定结构的屈服水平。采取了有效的抗震措施，以满足与结构设计相对应的延性承载力。

2建筑结构抗震性能分析

地震的破坏是巨大的，因此建筑物的抗震性能显得尤为重要。在抗震研究中，结构抗震性能分析是一项重要内容。非线性时程分析法和非线性静力分析法是地震分析中常用的方法。结构非线性响应的非线性时程分析方法（非线性动力响应分析）经历了从基于层模型或单排梁柱模型的方法，到基于截面多弹簧模型的方法，再到基于截面纤维滞回本构关系的纤维模型方法，使仿真精度不断提高。其基本思想是通过一系列数值方法建立和求解动力方程，从而得到结构在各个时刻的响应。然而，由于地震特征和结构特征的假设，使得计算结果具有不确定性。其主要价值在于研究地震作用下的一般反应规律，而不是具体的反应规律，并在抗震设计后对结构进行验算分析，以评价其抗震性能：非线性静力分析法（Pushover）是近年来广泛应用的一种新的结构抗震能力评价方法。该方法本质上是一种静态非线性计算方法，但在计算过程中引入了反应谱。它的基本思路是先以某种方法得到结构在地震作用下所对应的目标位移，然后对结构施加竖向荷载，并将表征地震作用的一组水平静力荷载以单调递增的形式作用到结构上，在达到目标位移时停止荷载递增，最后在荷载中止状态对结构进行抗震性能评估，判断是否可以保证结构在该地震作用下满足功能需求。

3结构抗震概念设计

由于地震作用的随机性、复杂性、间接性和偶然性，尤其在高层建筑中结构自振周期、材料性能、阻尼变化和基础差异沉降等因素的影响，使结构在地震作用下表现出极大的复杂性和计算假定与实际情况的不符，且目前各国所制定的抗震设计规范差异较大，甚至反映在定性分析上其结论完全相反，使计算结果差距很大。因此，在结构的抗震设计上不能完全依赖计算设计，在很大程度上，结构抗震性能的决定因素是良好的概念设计。概念设计即通过对建筑物的总体结构体系进行控制，选用体型简单、规则，平面对称，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀的方案，设计出抗震性能良好的建筑。同时，概念设计还考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性、非结构构件与主体结构的关系及二者之间的锚拉、材料与施工等。[3]建筑物的体型是否对抗震有利是抗震设计首先遇到的问题。为此，应做到以下几点：（1）建筑形状应力求规则和简单。通常认为简单的平、立面图形是方形或圆形的，而复杂的图形是有凹角的，容易造成有应力集中或变形集中的薄弱环节。如墨西哥城在1985年9月地震中，不少三角形建筑均遭到严重的破坏。从结构角度而言，平面形状是三角形的结构迎风面较大，在水平风力作用下，它受力的效果，即抗弯曲变形和抗侧移的能力比圆形、椭圆形、正方形、正多边形、十字形、工字形、口字形等平面形式的高层建筑要弱很多，而使得建筑物安全性较差。

建筑结构尽量对称，尽可能满足建筑竖向均匀性。均匀性问题存在于建筑的竖向布置中，布置不均匀的结果产生了刚度、强度的突变，引起竖向的应力集中或在变形集中，以致在中小型地震中损坏，在大震时倒塌。例如。由于结构竖向不规则，上部结构刚度与底层结构刚度比较大，形成所谓“鸡腿”建筑，地震时底层完全倒塌而上部结构基本完好;结构中部某一层刚度、承载力突变，则可能形成薄弱层或软弱层，地震时这一层的塑性变形过大，超过结构的变形能力或承载力，引起结构构件的严重破坏，楼层塌落，结构倒塌;结构顶部收进较多或顶部刚度很小，由于地震的鞭梢效应使结构顶部变形过大而导致破坏。

4性能的结构抗震

设计思想随着社会的不断进步，人们逐渐认识到，在现代化充分发展的今天，再单纯强调结构在地震中不严重破坏和不倒塌，已不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震的需要。在这样的背景下，美国和日本学者提出了基于性能的抗震设计理念。基于性能的抗震设计的基本思想，就是要使设计出来的结构在未来的地震发生时，能够达到各种选定的性能目标，包括结构进入非弹性阶段后损伤控制目标。其基础和关键工作是性能目标的确定，它包括设定地震水准、定义性能水准和选择性能目标。如前所述，我国抗震设计规范提出了三个水准的抗震设防目标，这个设防目标包含了地震水准和性能水准，实际上就是一个性能目标，只不过目标单一，没有可选择性。因此可以说，抗震规范的设计方法已经具有了基于性能的抗震设计思想的雏形。由于对结构性能状态的具体描述、相应的计算方法、以及设计标准目前尚未明确，因此可以说，基于性能的抗震设计目前基本上仍停留在概念阶段，在工程中广泛应用的条件还不成熟。但是，随着人们对建筑产品要求的提高，各种新结构、不规则结构和超出规范适用范围的结构会逐渐增多，在没有规范可供遵循的条件下，采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计，并通过专家论证，是一个可行、有效的设计途径。

5结束语

总之，在当前我国建筑行业发展的过程中，对建筑物进行相应的抗震结构设计是很有必要的，这不仅可以使得整个工程项目施工的效益得到保障，还使得建筑物的安全性和稳定性得到进一步的提升。不过，从当前我国建筑抗震结构设计的实际情况来看，其中还存在着许多的问题，为此我们还要在不断的实践过程中，来对其设计理念进行相应的优化和改进，并且严格根据工程施工的实际情况，来对其进行处理，从而使得建筑工程的施工质量得到保障，促进我国建筑行业的稳定发展。

参考文献

[1] 陈虎.结构抗震概念设计杂谈[J].建材发展导向，2015，（09）

[2] 项本云.浅议建筑结构的抗震设计[J].中华民居，2015，（07）

[3] 张新培.基于性能的抗震结构设计理论的若干进展[J].四川建筑科學究，2016，（11）