建筑结构设计抗震设计的探究 梁珂玮

建筑结构设计抗震设计的探究梁珂玮

发表时间：2018-03-20T14:57:14.060Z 来源：《基层建设》2017年第35期作者：梁珂玮

[导读] 摘要：为了推动结构设计的发展，改变目前设计墨守成规的现状，需要大力提倡概念设计的理念，促进结构工程师创造性思维的开发。

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摘要：为了推动结构设计的发展，改变目前设计墨守成规的现状，需要大力提倡概念设计的理念，促进结构工程师创造性思维的开发。在建筑工程中，为了确保建筑的工程质量，作为建筑工程设计人员，在设计中需要充分运用抗震设计的相关概念进行构造设计，以确保建筑结构的抗震性能。本文结合建筑结构设计中的抗震设计研究抗震体系类型的选择，为建筑结构的发展提供设计参考。

关键词：建筑结构设计；抗震设计；研究

根据建筑结构抗震设计的规范可知，建筑结构可以通过不同的变量来体现对地震的反应。而在具体的抗震设计过程中，对于设计变量的选择，则需要通过结构自身类型的研究、地震反应特性、地震破坏模式等综合因素而定。按照抗震设计变量的不同，抗震设计主要分为基于承载力的抗震设计法、基于位移的抗震设计方法、基于能量的抗震设计方法和基于损伤的抗震设计方法。目前，国内建筑行业的设计人员在进行抗震设计时，主要是根据以承载力为主，结合建筑性能分析的设计原则来进行。

1.承载力的结构抗震设计思想

1.1理论基础

承载力的结构抗震设计理论是以惯性力的形式反映地震作用，通过静力分析理论的研究，按照弹性方法计算结构地震作用效应的大小、进行结构弹性位移验算，并把结构构件的强度是否满足特定的极限状态作为结构失效的准则。基于承载力的结构抗震设计方法是现行规范中在考虑结构延性的基础上普遍采用一种抗震设计方法。

1.2结构构件抗震承载力

在建筑结构设计的抗震设计过程中，必须依托结构构件的抗震力验算数据来进行。为了确保抗震构件的抗震性能，需要设计地震作用力验算，即一种以单独的一项乘以荷载分项系数加入到结构构件的承载力验算的作用效应的验算方式。在使用"承载力准则"对建筑结构构件进行安全水准考察时，地震力被视作是一种有效“荷载”以相应地震作用分项系数的取值体现其对建筑构件可靠性水准的影响，而以地震作用效应和其他荷载效应的组合效应起确定结构构件屈服水准的作用则是综合权衡抗震结构的安全水准的"设计地震力-延性"联合准则，两者概念有别，必须区分。

1.3降低系数与抗震措施

在现代的建筑结构抗震设计理念中，为了让结构在较低的地震作用下保持弹性的工作状态，必须要降低地震多用参与组合进行结构的抗震承能力的设计。但是在较大的地震作用下，为了让结构可以通过非有弹性变形抵御部分的地震作用，必须根据设计原则，在抗震设计时，引导结构进行合理的屈服，以满足设防的要求。根据抗震设计的基本原则和经验总结可以得出：在特定的地震分区，对于建筑结构而言，如果以设计地震作用为基准，使结构适中保持弹性反应，取用的地震作用越低，建筑结构在相同水准地震作用下位移延性需求会随之增加，或者水平位移越大，反之，水平位移就越小。

2.基于能量的结构抗震设计

能量的结构抗震设计是从输入能量和耗散能量的角度，捕捉到结构在强烈地震作用下的非弹性变形历程，其设计理论考虑了地震强度、频谱、地震持续时间对结构破坏的综合因素的影响，从能量角度分析研究地震地面运行以及运动对建筑结构作用。但是基于能量的结构抗震设计理论较为复杂，原因在于能量的变化没有规律可循。所以，到目前为止，能量的计算方案还未完全建立，基于能量的结构抗震设计方法仍处于研究探索之中。能量概念和破坏模型一直对立存在，成为抗震研究的中并行讨论的课题，基于设计理念和思路，对抗震结构的性能分析，又出现新的要求。

2.1设计特点

基于能量的抗震设计方案原理相对简单，思路简洁清晰，主要是从能量的角度考察地震对结构的作用，以及结构损伤破坏的相互关系角度阐述地震输入能量在结构中的转化、耗散过程。在建筑结构的抗震设计中，以能量分析方法解释地震三要素（幅值、频谱特性和持时）对结构抗震性能影响；能量分析为了能够使塑性累计损伤对结构破坏的影响清晰的反映出来，通过动力时程分析方法求得结构地震反应的全过程，对控制结构损伤性能意义重大。

2.2潜在问题与发展趋势

以能量谱的形式确定地震作用方式得到了绝大多数人的理解和支持，但能量谱的相关理论还不健全，需要继续加强研究；能量反应分析因为采用动力时程分析法，此分析方法比较准确，因而被广泛认可。在建筑结构中，对结构总耗能在非弹性变形耗能与阻尼耗能中的分配以及结构内部非弹性形变的耗能分布规律并没有明确的研究结果，无法建立一个广泛认可的关系表达式解释结构破坏状态与能量控制参数；目前为止，基于能量分析的抗震设计的研究还有一定的局限性，为了尽早的实现能量分析与实际工程的结合，必须加强自由度体系地震能量反应与单自由度体系反应的关系的研究，建立相应的标准规范，以促进抗震设计的发展，保证建筑的质量。

3.基于损伤的结构抗震设计

通过各国学者的研究证实：地震是一种持续时间短的往复运动，地震的破坏力不仅与结构的低周疲劳效应所造成的累积损伤有关，还与结构的最大变形有关。只有非弹性性能能够全面反应结构的变形和累积损伤效应的损伤性能参数，所以，通过非弹性性能建立地震损伤模型，按照结构在未来地震作用下的损伤允许值进行抗震设计是一种比较科学合理的设计方法。

4.基于位移的结构抗震设计

基于位移的抗震设计理论思想是为了确保结构达到该水准地震作用下的性能要求，一定水准的地震作用下，以结构的位移响应为目标设计建筑结构和相关构件。其原理是控制结构在大震作用下的层间位移角限值和总体位移限值，也就是说，为了使结构的塑性变形能力满足在预期地震作用下的变形要求，需要按照位移要求进行定量分析计算，以获得相应的资料数据，这是一种相对简单、合理的方法。该类设计由于设计思想的差异被分为了延性系数设计方法、能力谱法、直接基于位移的设计方法三大类，其中能力谱法主要体现的是一种位移