建筑结构设计抗震措施

试论建筑结构设计的抗震措施

摘要：建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一，也是涉及到人类生命财产安全的重要问题。从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程。设计的合理与否直接影响到人们的生命财产安全。本文就建筑结构设计的抗震措施进行分析。

一、抗震概念设计的基本原则

1、选择有利场地

造成建筑物震害的原因是多方面的，场地条件是其中之一。由于场地因素引起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仅依靠工程措施来弥补是很困难的。因此，选择工程场址时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑抗震不利的地段，任何情况下均不得在抗震危险地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。

对建筑抗震有利的地段，一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。建造于这类场地上的建筑一般不会发生由于地基失效导致的震害，从而可从根本上减轻地震对建筑物的影响。对建筑抗震不利的地段，就地形而言，一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非岩质的陡坡、河岸和边坡的边缘；就场地土质而言，一般是指软弱土、易液化土、故河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。

2、采用合理的建筑平立面

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。经验表明，简单、规则、对称的建筑抗震能力强，在地震时不易破坏；反之，如果房屋体形不规则，平面上凸出凹进，立面上高低错落，在地震时容易产生震害。而且，简单、规则、对称结构容易准确计算其地震反应，可以保证地震作用具有明确直接的传递途径，容易采取抗震构造措施和进行细部处理。

3、提高结构的延性

结构的延性可定义为结构在承载力无明显降低的前提下发生非弹性变形的能力。结构的延性反映了结构的变形能力，是防止在地震作用下倒塌的关键因素之一。

4、结构材料的选择

单从抗震角度考虑，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；混凝土- 钢混合结构；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；配筋砌体结构。

（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”。

（3）预应力混凝土结构在非开裂状态下能承受较大的变形，因而在烈度不高时结构破坏较轻，相应地其所贮藏的弹性变形能要比钢筋混凝土高，但预应力混凝土结构的滞回曲线比钢筋混凝土狭窄，所能耗散的滞后能量要少一些，且由于预应力构件受压区配筋一般相对较少，一旦混凝土开始压碎，承载能力就会急剧下降，因此在高烈度地区，必须采取措施提高延性，方能使用预应力混凝土结构。实践证明，通过合理控制预应力筋的含量（Q≤0.5%）可以实现这个目的。

二、建筑结构设计的抗震措施

1、建筑场地的选址和地基与基础设计

（1）建筑物的抗震能力与场地的选择有紧密的联系，实践证明，由于建筑的场地的不同虽然是同种建筑物，但是破坏的程度大有不同，建筑场地选址时应尽量选择平原地带，没有断层通过或是断层交汇的地带。

（2）地基与基础设计在防震结构设计中起着重要的作用，由于是基础工程，它设计的质量直接影响着整个设计的流程进行，要想是建筑顺利进行，就要处理好地基沉降及承载力的问题，要调节好不均匀的沉降基础，尽量减少影响地基沉降的因素，使其在承载力或是整体结构上达到规范性的要求

2、建筑结构抗震体系的合理选择

（1）建筑结构体系应当避免因部分结构或构件的破坏而导致整个建筑结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。建筑结构抗震设计的一个重要原则就是结构应当具有必要的赘余度、良好的变形能力和内力重分配的功能，地震中，即使一部分构件退出工作，其余部分构件仍能承担起竖向荷载，避免整体建筑结构失稳。

（2）建筑结构体系应当具有清晰明确的计算简图和恰当合理的地震作用传递路径。在这过程中，竖向建筑构件的布置，应尽量使竖向建筑构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平接近均匀；楼屋盖梁体系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去；转换结构体系的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传递来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。另外，建筑的整体抗侧力结构体系也必须明确，抗侧力结构一般由框架、简体、剪力墙、支撑等组成，它们宜尽量连续贯通。

3、刚度、承载力和延性的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承

载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

4、多道抗震防线的设置

抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经过技术、经济条件比较综合确定。首先宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承裁能力。所谓多道抗震防线，是指在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下，首先达到屈服，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用，即担负起第一道抗震防线的作用，其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服，从而形成第二、第三或更多道抗震防线，这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。同时底框建筑底层高度不宜太高，应控制在4.5m 以下。高度加大，底层刚度减小，重心提高，使框架柱的长细比增大，更容易产生失稳现象。而且由于高度较大，很多建筑房间被业主一层改成了两层，造成了较大的安全隐患。宜具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位。产生过大的应力集中或塑性变形集中；可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

结语：为确保社会和谐稳定发展，需要加强建筑结构的防震设计，并采取一定的措施提高抗震能力。对于抗震的关键设计点是要选取科学有效的抗震措施，应用合理的设计方法，在最大程度上保证社会的安定。

参考文献：