建筑结构抗震设计探讨

　　摘要：我国是一个多地震的国家，尤其像“5·12”四川汶川大地震，对我国造成巨大的人员和财产损失。地震的破坏力是惊人的，它首先破坏的是建筑物，直接危害的是人的生命和财产，伴随的是对环境的破坏。本文阐述了建筑结构抗震设计的重要性，介绍了抗震设防的目标和抗震设计的内容，有助于设计人员在实际工程中加以应用。

　　关键词：建筑结构,抗震设计,抗震验算

　　l建筑结构抗震设计的重要性

　　地震是一种人类无法避免的自然灾害，而我国处于环太平洋地震带及欧亚地震带之间，历史上全国除个别省份外，都发生过里氏6级以上地震。地震造成的建筑物及各类工程设施的破坏、倒塌，给国家和人民的生命财产造成了无法统计的巨大损失。为了努力减轻地震造成的破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，我国政府和相关部委陆续颁布了一系列防震减灾的法律、法规条文，并强制规定设防烈度为6度以上地区的建筑必须进行抗震设计。

　　2 抗震设防的目标

　　日前，我国抗震设防为“三水准”目标，即“小震不坏，中震可修、大震不倒”，具体含义为：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，建筑物不受损坏或不需修理仍可使用，建筑处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可以视为弹性体系，采用弹性反应谱进行分析;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，结构在地震影响时进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系损坏控制在可修复的范围;当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏，此阶段结构有较大的非弹性变形，但人员可以逃离。

　　3 抗震设计内容

　　抗震设计包括三个层次的内容： 概念设计、抗震计算与构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则;抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段;构造措施可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等方面上保证抗震计算结果的有效性。抗震设计上述三个层次的内容是一个不可分割的整体， 忽略任何一个部分都可能造成抗震设计的失败。

　　3.1抗震概念设计

　　抗震概念设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为：注意场地的选择，把握建筑体型，选择有利的结构抗震体系，利用结构延性，设置多道抗震防线，重视非结构因素，合理选择结构材料。

　　3.1.1建筑场地选择的基本原则

　　选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段建造甲类、乙类和丙类建筑。

　　3.1.2建筑体型的确定

　　(1)建筑及抗侧力结构的平面布置宜规则对称，并应具有良好的整体性。(2)建筑物的立面布局宜采用矩形、梯形和三角形等变化均匀的几何形状，尽量不要采用带突然变化的阶梯形立面、大底盘建筑，甚至倒梯形立面。(3)建筑物应尽量减小高度，尤其是限制高宽比。

　　3.1.3结构抗震体系的选取

　　(1)结构体系应具有明确计算简图和合理地震作用传递途径。(2)结构布置应具备多道抗震防线，尽量避免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。(3)结构应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和耗能能力。(4)对结构薄弱部位应采取有效的措施予以加强，防止出现过大的应力集中和变形集中。(5)结构平面两个主轴方向的动力特能宜相近，并尽可能与场地的卓越周期错开。

　　3.1.4结构延性的实现

　　(1)提高结构构件的延性。砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁、构造柱、芯柱或采用配筋砌体;混凝土应合理选择尺寸，配置纵、箍筋，避免剪切破坏先于弯曲破坏，混凝土的压溃先于钢筋的屈服，钢筋的锚固粘结失效先于构件的破坏;预应力混凝土的抗侧力构件，应该配置足够的非预应力钢筋;钢结构构件应该合理控制截面尺寸，避免局部失稳或整个构件失稳。

　　(2)提高延性的重点部位。在结构竖向应提高房屋中可能出现塑性变形集中的相应柔弱楼层的构件的延性;在平面位置上应着重提高房屋周边转角处平面突变处以及复杂平面各翼相接处构件延性;具有多道抗震防线的抗侧力体系，应着重提高第一道防线中构件的延性;在同一构件中，应着重提高关键杆件的延性，重点提高延性的部位应该是预期该构件地震时首先屈服的部位。

　　(3)改善构件延性的途径。控制构件破坏形态，争取更多构件弯曲破坏，避免剪切破坏;减小构件轴压比;高墙混凝土和钢纤维混凝土的应用。

　　为了保证结构的延性，各构件之间的连接不能过早破坏，构件之间的连接应符合下列要求：构件节点破坏不应先于其连接构件，预埋件的锚固破坏不应先于其连接件，装配式结构构件的连接应保证结构的整体稳定性，预应力混凝土构件的预应力筋宜在节点核心区外锚固。

　　3.1.5多道抗震防线的设置

　　(1)优先采用具有多道抗震防线的结构体系。(2)纯框架采用强柱弱梁的延性框架。(3)利用赘余构件增加结构的抗震防线。

　　3.1.6非结构构件的处理

　　(1)建筑幕墙等尽量考虑结构在地震中的变形，并采用可靠的连接措施， 建筑非结构构件的预埋件锚固部位应采取加强措施， 以承受建筑非结构构件传给主体的地震力。(2)墙体材料：优先采用轻质材料。(3)刚性护墙沿纵向宜均匀对称布置， 与主体可靠连接，能适应结构不同方向的层间位移。(4)各类顶棚的构件与楼板的连接应能承受顶棚悬挂重物和有关机电设备的自重和地震附加作用，其锚固承载力应大于连接件的承载力。

　　3.1.7建筑材料的选择和施工质量

　　材料和施工质量的要求应在设计中详细注明，并应保证切实执行。作为良好的建筑材料应具备如下的性能：(1)材料本身延性好，延性系数高。(2)材料强度和质量的比值要大， 材料质量均匀。(3)材料的性质为各项同性。(4)构件的连接具有整体性和较好的延性，能够充分发挥材料的强度和变形。(5)满足最低要求。

　　3.2抗震计算

　　结构抗震计算可分为地震作用计算和结构抗震验算两个部分。

　　3.2.1地震作用计算

　　各类建筑结构的地震作用， 应按下列原则考虑：

　　(1)一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。(2)有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时， 应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。(3)质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响 其它情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。(4)8度、9度时的大跨度结构和长悬臂结构及度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。

　　底部剪力法和振型分解反应谱法是结构抗震计算的基本方法，而时程分析法作为补充计算方法，仅对特别不规则、特别重要的和较高的高层建筑才要求采用。抗震计算方法的采用应符合：

　　(1)高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。(2)除第1条外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。(3)特别不规则的建筑、甲类建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

　　3.2.2 抗震变形验算

　　(1)多遇地震下的抗震变形验算

　　各类结构应进行多遇地震下的抗震变形验算，其楼层内最大的弹性层间位移应符合下式要求: (2)罕遇地震下的抗震变形验算

　　下列结构应进行弹塑性变形验算：8 度I、V类场地和9 度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架;7~9 度时楼层屈服强度系数小于0.5 的钢筋混凝土框架结构;高度大于150m 的钢结构;甲类建筑和9 度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构;采用隔震和消能减震设计的结构。

　　下列结构宜进行弹塑性变形验算：7 度I、V类场地和8 度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构;板柱- 抗震墙结构和底部框架砖房;高度不大于150m 的高层钢结构。

　　结构薄弱层(部位)弹塑性层间位移应符合下式要求：

　　3.3 抗震构造

　　构造措施是梁、柱、墙塑性铰区达到实际需要的塑性转动能力和耗能能力的保证。它与“强剪弱弯”、“强柱弱梁”相互关联，一起保证结构的延性。总体应该注意：(1)构件截面尺寸的要求;(2)墙、柱的轴压比的要求(3)构件纵筋最小直径、最小配筋率及最大配筋率的要求;(4)构件箍筋最小直径、最大间距及加密区长度的要求;(5)通长钢筋配置的要求;(6)节点部位注意钢筋的搭接、锚固、截断及合理放置。

　　4 结语

　　在建筑结构抗震设计中，只要使体系布置合理、计算正确，并采取有效的加强措施，便可获得结构的最大抗震能力，达到防震减灾的目的。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 建筑结构抗震设计探讨

文章地址： http://www.qikanvip.com/jianzhusheji/6315.html