探讨结构抗震设计中的问题及措施

探讨结构抗震设计中的问题及措施
发表时间：2016-08-16T14:30:06.913Z 来源：《建筑建材装饰》2015年8月上作者：陈磊[导读] 本文首先对结构设计中抗震问题进行了介绍，其次探讨了其措施。

（天津市建筑设计院，天津300074）
摘要：建筑结构的抗震设计一直以来都备受关注。

本文首先对结构设计中抗震问题进行了介绍，其次探讨了其措施。

关键词：建筑结构；设计；抗震；措施前言
建筑结构设计中的要点问题有很多，而其中最为重要的就是抗震问题。

我国有很多地区都处于地震带，对抗震设计要求非常高。

近些年来，我国发生了多起等级比较大的地震，造成了不同程度的伤亡，这与建筑结构设计中抗震设计存在着问题有一定关系，因此为了能够确保人们的生命财产安全，做好建筑结构的抗震设计工作非常重要。

优良的抗震设计方案，既能延长建筑寿命，同时也能够减少损失。

抗震设计问题对于高层建筑来说尤为重要，因为高层建筑受其高度影响，当发生地震时，会遭受到更大的损伤，因此对于高层建筑来说，设计人员应该避免抗震设计方案出现问题。

1建筑结构设计中的抗震问题 1.1地基基础
由于地区特点和地形地质条件的复杂性，强烈地震造成的地面和建筑物的破坏类型多种多样。

典型的地基震害有地面塌陷、断裂、地基土液化和滑坡几种。

建筑基础的常见震害有：沉降、不均匀沉降和倾斜、水平位移、受拉破坏。

任一建筑物都坐落和嵌固在建设场地特定的岩土地基上，地震对建筑物的破坏作用是通过场地、地基和基础传递给上部结构的；同时，场地与地基在地震时又支承着上部结构。

因此，选择适宜的建筑场地对于建筑物的抗震设计至关重要。

1.2结构材料
从抗震角度考虑，作为一种结构材料应轻质、高强、材质均匀；构件间的连接应有良好的整体性、连续性及延性，且能发挥材料的全强度。

按照这一原则，不同材料结构的抗震性能优劣排序是：钢结构、型钢混凝土结构、混合结构、现浇钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、装配式钢筋混凝土结构和配筋砌体结构。

工程中常用结构抗震表现分述如下：（1）钢结构钢结构最符合抗震材料的要求，从已有的地震震害实例来看，钢结构的表现均很好；但它当前的造价及维护费用较高。

（2）现浇钢筋混凝土结构该结构整体性好，造价低廉，有较大的抗侧移刚度，并且经良好的设计可保证结构具有良好的延性。

但该材料也存在难以克服的弱点：当地震持时较长时，在周期性往复水平荷载作用下，构件刚度因裂缝的开展而递减，且塑性铰区会产生反向斜裂缝，将混凝土挤碎，产生永久性的“剪切滑移”.
1.3抗震设防烈度区划
每个国家都会依据现实需求，设定各个地方抗震设防烈度。

我国也拥有自己的抗震设防烈度分区，但由于已经出台已有很长时间，有些地方甚至属于不设防区域，已经不适应我国现阶段的建筑结构设计要求，这是抗震结构设计出现问题的关键性因素。

对此，设计人员在实践中，能够适当的提高标准。

2结构抗震设计的措施 2.1适合的地基基础选型
地基在地震作用下的稳定性对基础和上部结构内力分布的影响十分明显，因此确保地震时地基基础不发生过大变形和不均匀沉降是地基基础抗震设计的基本要求。

地基基础的抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力。

一般来讲，在进行地基基础的抗震设计时，应根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，并在抗震验算时尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在不同阶段的工作状态。

在决定基础的类型时，可参考下列工程经验：（1）深基础通常比浅基础有利，因其可减少来自基底的振动能量输入。

土中水平地震加速度一般在地表下5m以内减少很多，四周土对基础振动能起阻抗作用，有利于将更多的振动能量耗散到周围土层中；（2）纵横内墙较密的地下室、箱形基础和筏板基础的抗震性能较好。

对软弱地基，宜优先考虑设置全地下室，采用箱形基础或筏板基础；（3）桩基础的抗震性能较好，并可穿透液化土层或软弱土层，将建筑物荷载直接传到下部稳定土层中，是防止因地基液化或严重震陷而造成震害的有效方法等。

2.2选用合适的结构材料
混凝土是目前使用量最大的建筑材料，但从抗震的角度，混凝土由于属于脆性材料，这对于作为结构材料是不利的。

就提高混凝土抗震性能而言，对混凝土自身的改性途径很多，—般可以包括以下几个方面：掺加聚合物纤维可有效地提高混凝土的早期抗裂能力，混凝土的延性也可得到提高。

研究结果表明：掺加2%的PVA纤维，可提高混凝土的3～7%的拉应变，而不引起试件的强度损失或折断。

掺加钢纤维可以显著提高混凝土的机械性能。

由于钢纤维阻止混凝土的开裂和裂缝扩展，从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有较大改善，因此钢纤维混凝土是一种性能良好的新型复合材料。

采用钢纤维混凝土梁柱节点的框架与普通钢筋混凝土框架相比，结构的延性提高57%，耗能能力提高13%，荷载循环次数提高了15%，在框架梁柱节点采用钢纤维混凝土可代替部分箍筋，既改善了节点区的抗震性能，又解决了钢筋过密、施工困难等问题。

此外，还可以从根本上调整水泥品种，例如选用低水化放热、高后期强度、尤其是抗折强度高、抗侵蚀性好的低热硅酸盐水泥，对于重点工程建设是一种更好的技术途径。

2.3降低结构自重
楼层地震反应力是楼层质量与楼层加速度的乘积，即F=m*a。

据此可知，降低结构自重也是降低地震反应的重要途径。

一般降低结构自重的途径有选用钢结构体系；建筑填充墙选用轻质砌块等。

2.4设置多道抗震防线
多道抗震防线是建筑抗震概念设计的主要要求之一。

钢筋混凝土结构中的框－剪、框－筒、框架－支撑、剪力墙－连梁（联肢墙）结构；砌体结构中的砌体墙－构造柱、圈梁；钢结构中的框架－支撑（中心、偏心、消能支撑）；空旷房屋所采用的排架－支撑（竖向、水平支撑）等，均是具有多道抗震防线的结构形式。

大震下，具有多道抗震防线结构的第一道防线承受了主要的地震作用，产生塑性破坏，吸收地震能量；同时使结构内力重分布，地震作用转移到第二道抗震防线。

因此，应考虑第一道防线失效后的内力重分布对第二道防线的内力调整，第二道抗震防线应具备足够的承载力，防止结构倒塌。

2.5推广消能减震和隔震设计
地震发生后，地震能量输入结构，引起结构的振动反应，在振动过程中结构通过阻尼消耗振动能量，减小振动幅值，直至振动完全停止。

如果没有结构阻尼，振动将永远持续下去。

因此，阻尼在降低结构振动反应中起到了至关重要的作用。

消能减震技术就是在结构中安装消能器（阻尼器），人为增加结构阻尼，消耗地震下结构的振动能量，达到减小结构的振动反应，实现结构抗震的目的。

隔震技术又称阻尼隔震技术。

隔震即隔离地震，在建筑物和构筑物的基底或某个位置设置隔震装置隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能量向上部结构的传输，减轻结构振动反应，建筑物只发生较轻微运动和变形，从而保障地震时建筑物安全。

基础隔震技术是在建筑上部结构与地基这间设置足够安全的隔震系统，由于隔震层的“隔震”、“吸震”作用，结构反应力仅相当于不隔震情况下的1/4-1/8（强震观测结果可达1/2-1/16）。

使用隔震技术的房屋经历8级地震的震动仅相当于5.5级地震，不仅达到了减轻地震对上部结构造成损坏的目的，而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。

在诸多隔震系统中，隔震橡胶支座是世界研究和应用的主流，在美、日等多震国家广泛应用，在我国云南省的部分高层建筑也得到推广应用。

3结语
综上所述，地震的发生，宏观上，会给国家带来巨大的灾难；微观上，民众会失去家园。

为此，结构设计人员必须做好抗震设计工作，尤其是高层建筑设计人员一定要将抗震设计问题放在首位。

在设计时，工程师要勇于创新，尽量多的运用国内外比较成熟的抗震概念与技术，以达到结构体系在地震作用中的卓越表现。

参考文献：
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