建筑结构设计中的抗震结构设计研究 刘跃宇

建筑结构设计中的抗震结构设计研究刘跃宇

发表时间：2019-01-14T13:56:03.157Z 来源：《防护工程》2018年第30期作者：刘跃宇

[导读] 由于地震的性质，我们无法进行一个有效的预测，所以，增强建筑的抗震能力，减小地震的伤害是十分必要的

刘跃宇

安徽省建筑设计研究总院股份有限公司安徽省合肥市 230000

摘要：由于地震的性质，我们无法进行一个有效的预测，所以，增强建筑的抗震能力，减小地震的伤害是十分必要的。建筑结构的地震反应可以用不同的变量来体现，具体在抗震设计过程中采用何种设计变量则要根据结构自身类型、地震反应特性、地震破坏模式等因素综合考虑。

关键词：建筑结构；抗震设计；研究

1建筑抗震的相关规范和理论分析

1.1建筑结构抗震要注意的规范

建筑结构的抗震规范是在结合国际上的综合建筑抗震经验基础上进行提炼得出的。这些规范内容包含了建筑的结构动力计算原则，结构抗震设计、施工的相关措施以及建筑地基抗震分析等等，这些内容是各国的具体抗震实践经验的总结，也是各国建筑水平的综合反映。建筑结构的抗震规范要符合建筑力学的客观性，服从于技术经济发展方向，才能作为工程实践基础加以运用。建筑结构的抗震规范正是由于其内容的客观性要求，在条文中普遍使用了"严禁，不得，不宜"等程度不同的限制性词汇，还有一些强制性的规定条款。

1.2抗震设计的理论

1.2.1地震动力理论

现代地震观测技术也在不断完善，建设强震观测台站的在全国不断增多，加上科学仪器对各类受损结构的地震反应的测量和记录的精确性和科学性大大提升，这些都使得动力理论的内容不断完善，且应用越来越广泛。动力理论又称地震时程分析理论，将地震按时间角度进行研究分析，以具备代表性时间节点的地震动加速度时程进行输入，把建筑物简化成多自由度的体系，可以分析到时间序列上的建筑物具体的地震反应，从而为抗震设计提供理论应用的基础。

1.2.2拟静力理论

拟静力理论从上世纪初开始被研究发展和应用，在评估地震对建筑结构设计作用时要假定建筑为刚性结构，地震力水平作用于在建筑的结构或构件的重心上，那么地震力的大小就可以用结构的重量乘一个比例常数进行表示。

1.2.3反应谱理论

反应谱理论是在上世纪中期发展出的理论，以建筑震动的加速度作为观测内容，通过对建筑结构的动力反应特性作为研究对象，再结合相应的记录对地震的地面运动进行深入的分析。

2建筑结构设计中的抗震设计

2.1选择有利的抗震场地

人们常常看到在具有不同工程地质条件的场地上，建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。于是人们自然就想到既然在不同场地条件下建筑物所受的破坏作用是不同的，那么，选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设，就能大大地减轻地震灾害。另一方面，由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制，除了极不利和有严重危险性的场地以外，往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类，以便按照不同场地特点采取抗震措施。这就是地震区场地选择与分类的目的。因此，应选择对建筑抗震有利的地段，应避开对抗震不利地段；当无法避开时，应采取适当的抗震加强措施，应根据抗震设防类别、地基液化等级，分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。

2.2选择合理平面与立面布置

在建筑结构的立体结构与设计平面中，则有以下几方面：

（1）建筑的结构刚度以及它的抗震能力，在水平的地震作用下它是双向的，在结构的布置上，结构应该可以抵抗任何方向的地震。一般情况下，可以促使结构从平面的主轴方向，它具有足够的抗震力和刚度。所谓结构的抗震力，它是从结构的强度以及对延性反映的综合情况。而结构的刚度选择则是要减少对地震的作用，但又要控制好对于结构的变形度，因为变形过大会产生一定的重力效应，也会破坏结构。

（2）简单的结构性。所谓结构简单它是对结构在地震时所具有明确和直接传力方式，也只有在简单的结构，才可以把结构的计算模型以及位移内力进行分析，控制薄弱的部位出现，因此对抗震结构的性能估计也是比较可靠的。

（3）整体性结构，在高层的建筑设计中楼盖的设计在整体结构中会起到十分重要的作用，结构中的楼盖是等同于一个水平的隔板不仅是传递惯性力到每个竖向的抗侧力子结构，并且对这些子结构可以协同承受一定的地震作用，当布置不均匀的竖向的抗侧力子发生水平变形时在整个的结构中，是要依靠楼盖的作用把抗侧力子结构来协同工作。

2.3建筑结构体系的合理选择

建筑结构体系的合理选择是结构设计应考虑的一个重要问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定的作用。具体而言，应注重以下几方面的设计：第一，结构体系应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应具有必要的赘余度和内力重分配的功能，即使地震中部分构件退出工作，其余构件仍能将竖向荷载承担下来，避免整体结构失效或失稳。第二，结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。在这过程中，竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀；楼屋盖梁系的布置，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；转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。与此同时，整体抗侧力结构体系也必须明确，抗侧力结构一般由框架、剪力墙、简体、支撑等组成，它们宜尽量贯通连续，若它们沿竖向要有变化，则变化要缓慢均匀。第三，结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。钢筋混凝土结构具有良好的塑性内力重分布

能力，能较充分地发挥吸收和耗散地震能量的作用。第四，结构体系应具有合理的刚度和强度。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；框架结构设计应使节点基本不破坏，底层柱底的塑性铰宜晚形成，应当使梁、柱端的塑性铰出现得尽可能分散；对于可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

2.4保证结构的延性抗震能力

结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，因此，地震作用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性，就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。具体思路有三步：第一步是选择一个可接受的塑性变形机构。现在普遍使用“梁柱铰机构”即是通常所说的“强柱弱梁”。为了实现能力设计方法中的强柱弱梁机构，我们常的做法是对柱截面的组合弯矩乘以增大系数；也可以对由梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩，即实配弯矩乘以增大系数的方法来实现，并用增大后的弯矩值进行柱端控制截面的承载力设计。第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏，这即是我们通常所说的强剪弱弯。通常的做法是用剪力增大系数增大梁端、柱端、剪力墙端、剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点处的组合剪力值，并用增大后的剪力设计值进行受剪控制截面控制条件，进行验算和设计。具体措施也有两类：一类是直接对一跨梁两端截面的顺时针或反时针方向的组合弯矩值乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力；另一类是沿顺时针或反时针方向求得一跨梁两端截面按实际配筋能够抵抗的弯矩，对其乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。第三步是通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。通常通过箍筋加密，限制轴压比等措施来给予保证。 3结语

建筑结构的抗震设计如何直接关系到其整体的使用质量，虽然地震的发生我们无法对进行控制，但是却可以采用相应的措施提高建筑结构的抗震性能，确保其不会因地震的发生而受到影响。因此，在未来的时间里，建筑工程的设计人员在对建筑进行设计的时候，应该尽可能全面考虑其抗震性，达到对其优化，确保其抗震性能，从而提高建筑的整体质量。

参考文献

[1]徐宜,丁勇春.高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J].江苏建筑.2011

[2]刘宇.从国内地震谈建筑抗震设计[J].建筑与文化.2012

[3]伊小群.高等民用建筑结构的抗震设计探讨[J].中国高新技术企业. 2010