建筑结构设计中抗震设计探析 胡云东

建筑结构设计中抗震设计探析胡云东

发表时间：2018-06-16T15:50:07.077Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第2期作者：胡云东

[导读] 地震按震源深度划分可分为浅源，中源和深源地震。

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摘要：随着建筑高度不断增加，地震对建筑造成的威胁不断上升，结构抗震成为必须关注的问题。本文通过对具有代表性的高层建筑结构设计进行分析，希望对提高建筑结构的整体抗震能力有所帮助。

关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计

导言：地震按震源深度划分可分为浅源，中源和深源地震。浅源地震多发生于地下30公里以上，占地震总数70%，释放地震能占总释放能量85%，是主要遭遇类型，影响最大，因此，研究主要针对浅源地震。

1地震下建筑倒塌人为原因分析

1.1工程地质勘查资料不全，建筑规划和选址不当

在设计初期，经常没有建筑场地勘察资料，而我国地震具有分布广，震中分散，震源浅，强度大，破坏重，震区范围大型、中型城市多，强震周期长等不利情况，极易出现建筑抗震需求考虑不足，综合评定不准。

1.2建筑材料质量大，难以满足抗震要求

地震对结构作用大小和建筑结构质量成正相关。相同条件下，质量大，则地震作用大，震害程度大，质量小，则地震危害小。因此在建筑物的墙体，楼板，隔断，框架，屋面构件及围护墙中，普遍应用轻质材料如硅酸盐砌块，多孔砖，加气混凝土板，陶粒混凝土等，以显著改善建筑结构整体抗震性能。

1.3未按抗震设计施工

未按抗震设计要求施工，设计与施工不同，施工不确定，偷工减料是地震作痛下出现建筑倒塌的重要原因。致使建筑质量差的原因还有：不按图施工，偷工减料，技术差，钢筋不合格，混凝土标号不足，监管力度不够，随意装修导致建筑抗震性降低等。

1.4建筑结构设计不合理，产生扭转效应

地震中，如果建筑结构的平面设计不规则，钢筋混凝土结构建筑物在地震的水平作用下，会由于结构发生强烈扭转效应导致建筑物破坏、倒塌。如果建筑结构平面布置偏向复杂，也会使刚心、质心不能重合，在地震作用下就可能发生扭转效应，从而增大地震破坏力。

1.5平面设计严重不对称，布局刚度不均匀

建筑结构抗震设计要求建筑平，立面布置应对称，规正。建筑物宜均匀分布质量与刚度变化，反之必须考虑不良影响。一些平面设计不对称现象严重：一面进深小，一面进深大；一边小房间，一边大开间；一头柱承重，一头墙承重；平面形状应用π ，L等不规则的平面设计，造成纵向刚度不均匀；车库一侧取消了外纵墙进出车，另一侧的墙接地，形成横向的刚度不均。这些对抗震产生消极影响。

2.建筑抗震设计对策分析

2.1建筑场所选择

要选择对抗震有利的场所，避开如软弱场地土、易液化土等对建筑物抗震不利的场所。如果无法避开对抗震不利场所的时候，要对抗震实施加强措施，应该严格按照抗震设防的类别，对地基实施加强，按照地基液化的等级，实施关于消除地基液化沉陷的相关措施；如果在地震发生时产生滑移，就要实施与之相符合的地基稳固措施；如果在地基主要的受力范围以内，有软弱粘性上层或新的填土，就要进行地基的加固。

2.2建筑结构的规则性设计

建筑物在抗侧力构件布置，平立面外形尺寸，承载力分布等多方面要求就是建筑结构规则性。建筑平面应简单，对称，均匀，质量沿建筑物呈竖向变化，结构刚度均匀，同时建筑宜减小结构扭转造成的影响，保证足够扭转刚度，并满足建筑结构竖向上的重力荷载可以受力均匀，要尽量降低结构内应力与竖向上构件间差异变形可能建筑结构产生的不利影响。

2.3选择合理的建筑结构类型，合理设计建筑框架结构

高层建筑的水平荷载主要产生弯矩，竖向荷载主要产生轴向力。高层建筑水平荷载影响远大于竖向上的荷载影响，是设计主要需要控制的因素，设计中应在满足抗震性能及建筑功能前提条件下选择结构类型。当地震烈度低于8度时，9层以下的建筑结构，仍然可以采取钢筋混凝土框架结构。预期为强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件。框架结构设计应使梁比柱的屈服早发生，节点基本不破坏，同层各柱两端屈服过程持久，底层柱底的塑性铰形成越晚越好，梁柱端塑性铰出现尽可能的分散，以此来充分发挥整体结构的抗震能力。

2.4高层建筑层间位移限制设计

高层建筑高宽比往往较大，在地震与风力作用下容易发生较大层间位移，甚至有可能超过建筑结构最大位移限值。在国内普遍认为此位移限值大小和装修标准，结构材料，侧向荷载，结构体系等有关，钢筋混凝土建筑结构位移的限制值(1：400--1：700)则较钢结构(1：200--1：500)严格，在风荷载作用下限值也较地震作用严格。所以高层结构设计必须根据建筑结构实际情况及地理位置为依据，既要满足刚度要求也要避免建筑在水平荷载下发生过大位移、影响正常使用功能，结构稳定性，承载力等。

2.5增设外部构件，提高抗震性能

增设构件法即通过对原有建筑结构的构件外部进行构件增设，对建筑结构中变形能力和承载力不足的构件进行强化来加强建筑结构的整体性，抗震承载力与变形能力。应用此方法对构件进行加固设计时，应关注新加构件对原建筑结构整体抗震性能预期会产生的影响。通常应用的方法为增设拉杆，圈梁/构造柱，门窗，支撑，柱子，增设支托，墙体加固等。

2.6应用隔震加固，铅芯橡胶隔震

地震作用中，隔震垫会产生较大的水平变形，来消耗并吸收大量地震能量，增加建筑上部结构周期，使上部建筑结构地面水平加速大幅降低，从而有效减小上部结构地震作用力。当前工程实践中，可以增加上部结构周期多应用隔震技术，以铅芯橡胶隔震是代表性技术。

铅芯橡胶隔震充分利用橡胶、铅芯两种材料水平变形较大，阻尼值相对较高，可以散耗、吸收大量地震动能，在上部建筑结构和地面地基基础间设计铅芯橡胶进行隔震加固，可以使二者完全脱开，地震作用和结构刚度成正比，结构周期变大，则刚度减小，地震作用降低。

2.7多设抗震防线，提高抗震性能

强烈地震发生后往往伴随数次余震，一层防线往往会因强震后结构损伤无以为继致使建筑倒塌。抗震结构应形成体系，有预见性的建立层层抗震防线，应建立最大可能数量的外部与内部冗余度，重要耗能构件要有适度刚度和较高延性，让结构能耗散，吸收大量地震能量，整体提高建筑结构抗震性能，尽量避免大震建筑倒塌。在受到地震作用影响后，第一道抗震防线由一些延性比较好的构件组成，在达到屈服值后及时屈服，在第一道抗震防线屈服之后地震余力才能够对后方构件造成冲击，而后方又是第二道防线，屈服后还有第三道，层层抵御，这样形成的结构体系可以在结构的抗震安全方面发挥出极为重要的功效和作用。

2.8控制节点

加强梁、柱及墙的抗震构造设计，要使钢筋硅结构在受地震作用影响时，依然具备一定的承载力和延性，在设计的时候，应该遵循“强剪弱弯”、“强柱弱梁”等基本原则，并且需要科学地选择截面的大小，合理地控制柱的轴压比，特别是要满足构造的配筋要求，对于节点采取相对应的措施。

结束语

我们应该从往日的地震灾害中吸取到教训，不断强化设计严谨性，使建筑结构的抗震性能不断提升，为建筑行业发展添砖加瓦，为建筑使用安全保驾护航。由于地震灾害破坏性大，在设计时要适当提高抗震等级，增强抗震能力，保证用户安全。参考文献

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