浅谈混凝土结构建筑抗震设计

浅谈混凝土结构建筑抗震设计
作者：何良
来源：《城市建设理论研究》2013年第35期
摘要：随着近年来世界各地的地震频发，有关建筑结构抗震设计的问题已得到广泛关注，将对人类生命与财产安全产生重要作用。

因此，在建筑结构设计过程中，必须加强对抗震问题的重视程度，有针对性地采取措施，减少地震发生时对建筑物的破坏程度。

关键词：混凝土结构、抗震设计、研究
中图分类号：TU37 文献标识码：A
1、前言
近年来，随着我国经济的快速发展，我国高层建筑数量也越来越多，而与高层建筑混凝土结构技术规程来看，一些高层建筑的高度显然超过了国家规定范围；针对这种高层建筑项目，必须引起足够的重视并谨慎对待；一方面，经过专家的调查与论证；另一方面进行严格的模型振动台试验。

实际上，一旦受到地震力的作用，如果高层建筑的高度已经超过了国家的高度限制，那么变形破坏就会大幅度增加，就会导致建筑存在安全问题。

如何能够让建筑在地震中保持安全，不受严重的损害，是当前建筑设计、施工必须要考虑的一个重大问题，特别是近年来地震频繁，人们的生命财产受到严重威胁，建筑安全则成了社会安全的一个重要影响因素，为保证建筑的抗震能力，设计人员必须要根据相关规范、标准，设计出具有相当抗震性能的房屋。

2、抗震设防的目标
我们所说的抗震设防，指的是对建筑物进行抗震设计，同时有针对性的采取一定的抗震构造的措施，最终实现结构抗震的效果和目的。

一般来说，抗震设防主要依据的是抗震设防烈度。

而抗震设防烈度的依据，是以国家规定权限审批或颁发的文件执行的，其是一个地区作为抗震设防的标准。

通常情况下，是采用国家地震局颁发的地震烈度区划图和地震动参数区划图中的规定，确定基本烈度的。

从当前抗震设防目标的发展总趋势来看，其基本要求建筑物在使用期间，可以应对对不同频率和强度的地震，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

其地震烈度与概率密度函数如图1，这是我国抗震设计规范所采用的抗震设防目标。

建筑工程在设计、施工中的设防的目标如下：（1）如果所遭受的是低于本地区设防烈度多遇的常规地震，建筑物不受损坏，不需修理仍可继续使用；（2）如果遭受到本地区规定的设防烈度的地震，建筑物包括结构和非结构部分，可能损坏，但不会对人民生命和生产设备的安全造成威胁，经修理仍可使用；（3）如果遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

也就是说，在建筑结构的防震设计上，设计方可以按照众值烈度、基本烈度和罕遇烈度这三个层次进行考虑。

从概率上看，多遇地震烈度是发生机会较大的地震级别。

按照现
行规范设计的建筑，在设计上要达到这样的防震效果：当遭遇众值烈度作用时，建筑物处于弹性阶段，通常不会损坏；当遭遇相应基本烈度的地震时，建筑物将进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围；当遭遇罕遇烈度作用时，建筑物可能会有严重破坏，但不至于倒塌。

图1地震烈度与概率密度函数
3、建筑结构抗震设计方法要点
我国所颁布的《抗震规范》提出了两阶段设计方法，以实现上述三个烈度水准的抗震设防要求。

第一阶段的设计方案，必须要符合抗震设计原则，同时根据与基本烈度相对应的众值烈度（相当于小震）的地震动参数，通过采用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应，接着与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合，同时对结构构件截面，进行具有针对性的承载力验算，如果建筑物较高，还必须要进行变形验算，以保证其侧向变形不要过大。

这样，一方面满足了第一水准下必要的承载力可靠度，同时也满足第二水准的设防要求（损坏可修）。

当然，最后还必须通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。

对于非地震高发区的大多数建筑结构而言，只进行第一阶段的设计已经足够了，但根据建筑的特点和地区的特征，少部分结构诸如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，还必须要进行第二阶段的设计，也就是按与基本烈度相对应的罕遇烈度（相当于大震）验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求（不发生倒塌）。

如果发现有变形过大的薄弱层，那应该积极修改设计，或者可以采取相应的构造措施，以满足第三水准的设防要求，也就是大震不倒。

4、建筑结构抗震设计的原则与方法
4.1、合理确定结构类型
在高层建筑中，其竖向荷载主要使结构产生轴向力，而水平荷载主要使结构产生弯矩、剪力，随着高度的增加，在竖向荷载不变的情况下，水平荷载作用力增加，此时竖向荷载所引起的建筑物侧移很小，但是水平荷载产生的侧移非常大，与高度成四次方变化。

因此在高层建筑中，主要对水平荷载进行控制，在设计过程中，应该在满足建筑功能及抗震性能的前提下，选择切实可行的结构类型，使其具有良好的结构性能。

另外，高层混凝土建筑中采取轻质材料的隔墙或者填充墙，可以控制结构的自身重量，减轻地震作用效应。

4.2、尽量设置多道抗震防线
对于每一次强震来说，往往伴有后续的若干次余震。

因此，在建筑物的抗震结构设计中，如果只设置一道防线，那么经过首次破坏之后，可能由于余震的到来而再次损伤结构，最终造成倒塌事故。

因此，在建筑物结构抗震设计时，应考虑若干个延性良好的分体系组成，一旦发生地震灾害，可形成有效的多重荷载传递路径，实现协同作用抵抗地震力；如果遇到第二水准
烈度的地震，也就是在本地区抗震设防烈度时，结构就会进入到非弹性变形状态，可能对建筑物造成轻微的损坏，但是只需要简单修理甚至无需处理，就可以继续使用；因此，这就要求建筑结构必须具备强大的延性能力，不会出现难以修复的彻底性破坏；如果遇到第三设防烈度地震，也就是比本地区的抗震设防度中罕遇地震更高的情况下，虽然结构的破坏相对严重，但是不会造成结构倒塌，不会产生致命性破坏。

4.3、适当提升抗震能力
首先，如果发生强烈的地震作用，构件的强度安全储备大幅度下降，通过对构件实际承载力的分析，可客观判断薄弱部位；其次，应确保建筑楼层的承载力与计算弹性受力的比值保持均匀性变化，如果比值突然发生变化，可能会导致塑性集中变形；再次，避免地震力集中在局部位置，而对结构整体的承载力协调产生影响。

4.4、客观考虑位移问题
对于我国建筑设计来说，大多以承载力作为结构抗震设计的重点，设计人员采取线弹性方法，对小幅度震动情况下的结构变形、内力等进行分析，采取组合内力方法，对构件的截面进行验证，以此确保结构的可靠性、稳定性。

然而，为了更好地针对位移状况变化引起的结构内力变化，在进行抗震设计时应该充分了解结构变形情况和配筋之间的关系，有针对性地采取设计方法，当建筑结构进入到抗震阶段后，对其变形进行精确分析与探讨。

因此，除了计算小震阶段的情况以外，也要收集、统计、分析大震过程，实现更深层次的设计，必将成为未来发展方向。

5、结束语
结构抗震设计对建筑抗震起着重要作用。

一个优良的建筑设计，必须是在建筑设计与结构抗震设计相互配合、协作的基础上完成。

为此，要充分重视结构抗震设计在建筑设计中的重要性，在建筑设计中更好地发挥应有的作用。

参考文献：
[1] 鲍海英：《我国建筑抗震设计规范》，《中小企业管理与科技(上旬刊)》，2009年01期
[2] 刘宪玮：《浅谈抗震对多层砖混结构房屋的设计要求》，《中小企业管理与科技(上旬刊)》2009年12期
[3] 孙彬牛荻涛：《在役损伤结构基于能力谱方法的抗震性能评估》，《世界地震工程》，2006年01期
[4] 杨仕升郝效强秦荣：《结构抗震能力评估计算程序的编制》，《工业建筑》，2006年09期
（文章中的一些专业术语不准确，已经改过。

部分内容与文章标题论述方向关系不大，已经修改、删减。

参考文献中“加黑”部分与标题“混凝土结构建筑抗震”不符，且关于其相关内容已做修改。

）请核实。