建筑结构抗震设计理念与方法

建筑结构抗震设计理念与方法

建筑抗震概念设计

地震是一种难以把握的随机振动，其自身的复杂性和不确定性对于准确预测房屋遭遇的参数和特性无非是现代建筑科技的挑战。抗震在结构分析方面仍存在许多不确定因素，例如未充分考虑非弹性性质，空间结构作用和阻尼变化，材料实效等诸多因素，因此抗震设计不能完全依赖计算得到的结果，长期抗震经验总结的抗震工程基本概念和抗震工程的基本理论应是抗震问题的基本立足点，同时也是良好结构性能的决定因素。

建筑抗震设计应注意的问题

1.结构设计中应密切配合场地情况

设计人员应掌握施工场地的地质情况，仔细斟酌建筑场地岩土工程的勘察资料，平衡利弊，选择合理设计方案。

2.依据震害资料，调整设计观念

由于地震作用无法真实模拟，震害资料就是设计人员了解地震作用最有效、最直接的路径。根据以往震害，调整我们现有的设计理念，才是真实又有效的抗震设计，例如：多次震害表明，楼梯间是框架结构和砌体结构的一个比较集中地震破坏区，在大多数设计中，一般不考虑楼梯参与整体结构共同工作。

楼梯对框架结构产生类似斜撑的作用就没有考虑，设计就缺乏了真实性。同时，楼梯间位置的布置，对框架结构的扭转效应和内力分布都有很大的影响，因而楼梯间的合理布置及设计方法的改进，将会明显的提高我们的设计效果，因而研究震害会让我们的设计更真实合理。

3.依据建筑的功能要求，合理调整结构设计方案

结構设计最终是在为建筑功能服务，结构设计应根据建筑功能，合理的展开。设计人员在布置结构构件时，除了要考虑抗侧力抗件的平面布置的规则性、侧面的刚度的连续型及构件截面尺寸和材料强度的变化的渐变性，还要结合建筑的使用性综合考虑，这对建筑的抗震性能及经济的合理性都是非常有益的。

影响建筑结构抗震能力的主要因素

1.建造结构所用的材料及施工质量

这个因素是显而易见的，但是也容易被人们忽视。对于材料而言，我们要明确这样一个道理：地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下，质量大，地震作用就大，震害程度就大；质量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中，广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材、瓦楞铁等轻质材料，将能显著改善建筑的抗震性能。

施工质量的影响是深远的，在整个施工过程中，任何一个环节出现问题，都可能影响建筑结构本身的抗震能力。施工中造成的材料性能和截面几何特征在一定范围内变动，砂浆强度、混凝土浇筑质量以及延性构造措施在施工中的变动等施工质量问题，对实际结构抗震性能具有重要影响。

2.建筑物本身的设计

建筑物如果平面布置复杂，致使质心与刚心不重合，在地震作用下产生扭转效应，则会加剧地震的破坏作用。海城地震和唐山地震中有不少这样的震害实例。台湾921地震中，一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则，在水平地震作用下，结构产生严重扭转效应而破坏倒塌，同时撞坏相邻建筑上部的阳台。抗震设计中，要求结构平面布置尽可能地使结构的刚心和质心相一致，以减小地震作用

下结构产生的扭转效应，对于结构平面布置不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端抗震墙或框架柱承载力的验算。建筑立面应避免头重脚轻，结构重心尽可能的降低，出屋面部分如屋顶的女儿墙、水箱间等，由于根部与下部结构连接薄弱，刚度突变，受鞭梢效应影响严重，在地震时容易率先破坏倾倒；另外，其地震作用通过周边的屋面结构传至下部结构，如屋面结构刚度不够时，在突出屋面结构的下部一定范围内破坏相对集中。

3.建筑场地

地震造成建筑物的破坏，情况是各种各样的。

（1）由于地震时的地面强烈运动，使建筑物在振动过程中，因丧失整体性或强度不足，或变形过大而破坏；

（2）由于水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害所造成；

（3）由于断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。

前两种可以通过工程措施加以防治，而后一种情况，单靠工程措施很难达到预防目的，或者代价昂贵。

对我国建筑结构抗震能力的建议

1.对旧有建筑进行加固行动

建成于七十年代前后的建筑物，限于当时的具体条件，基本上都没有或者很少考虑抗震问题，很多房屋现在已经开始出现基础沉降、墙体裂缝、倾斜、面层剥落等现象或隐患，其中部分建筑已影响使用，甚至出现危房。鉴于拆旧建新投资费用较大，为了确保人民生命财产的安全，充分利用原有旧房，对不符合抗震要求的进行加固，对部分部位及构件进行修缮，以满足抗震设防目标，是十分必

要的。而通常的方法是将结构隔震、消能减震技术应用到建筑物的抗震加固中。这种方法在某些方面具有独特的优点，它摆脱了常规加固中以构件承载力为主的加固模式，寻求通过减小建筑物上地震作用的途径，使结构及构件满足承载力要求，从而达到加固目的。我国人口众多，地震灾害频繁，因此多途径研究探索既有建筑物的抗震改造加固方法，以满足不同的改造加固要求，对工程结构抗震具有积极的意义。

2.研究开发更为合理的结构形式

随着科技日益高速发展，自重轻、跨度大、功能多样、施工周期短成为现代建筑结构的发展方向。因而，研制出轻质高强的新型建筑材料，研究开发合理的结构形式成为各种新型结构体系应运而生的前提和基础。

我们可以推荐开合屋盖结构。这种结构是一种在很短时间内部分或全部屋盖结构可以移动或开合的结构形式，它使建筑物在屋顶开启和关闭两个状态下使用。虽然现在我国的开合结构还处于起始状态，但是由于开合结构具有的独特优越性，我国的建筑师和结构工程师们已经开始关注这一新型结构体系。