建筑结构抗震设计要点

建筑结构抗震设计要点

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1、天津市市政工程设计研究院天津市3003922、河北省水利水电勘测设计研究院天津市300250

摘要：近些年来建筑结构设计越来越重视抗震性能设计，随着建设项目的增多，抗震设计的方法也在变化，而且设计的结构越来越精确。本文分析了影响建筑结构破坏的要点，阐述高层建筑结构抗震设计要点，以供参考。

关键词：建筑结构；抗震；设计要点；结构

前言：现在全国各地都有高层建筑，可是各地的地质条件不同，位于地震区的高层建筑就很容易受到地震的影响，地震是不可控制的，而且级别较大的地震会出现很严重的后果，这就需要对建筑加强抗震延性设计。

1地震作用下建筑结构的破坏特点

1.1地基

在具有较厚软弱冲积土层场地，高层建筑的破坏率显著增高；地基土液化导致地基不均匀沉降，从而引起上部结构损坏或整体倾斜；建造在不利或危险地段的房屋建筑，因地基破坏导致房屋损坏。当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时，因共振效应破坏程度将加重。

1.2结构体系

采用“填墙框架”的房屋结构，钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏；采用框架一抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻；采用“底框结构”体系的房屋，刚度柔弱的底层破坏程度十分严重；采用“填墙框架”体系的房屋，当底层为敞开式框架间未砌砖墙，底层同样遭到严重破坏；采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑，因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏，各层楼板坠落重叠在地面。

1.3刚度分布

矩形平面布置的建筑结构，电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时，因发生扭转振动而使震害加重；采用三角形、L形等不对称平面的建筑结构，同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。

1.4构件形式

在框架结构中，通常柱的破坏程度重于梁、板；钢筋混凝土短肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝；配置螺旋箍筋的混凝土柱，当层间位移角达到较大数值时，核心混凝土仍保持完好，柱仍具有较大的抵抗能力；钢筋混凝土框架如在同一楼层出现长、短柱并用的情况，短柱破坏较为严重。

2建筑结构抗震设计的要点

2.1选择有利场地

由于施工场地的地质环境不同，建筑结构在地震中的反应也是不尽相同。因此，在有选择的情况下，选择一块有利于抗震的场地开展施工，很大程度上可以减轻地震所造成的损害。在选择建筑场地之前，首先根据建筑结构的需求，分析出哪些是有利地段，哪些是不利地段，无论何时都不要在危险地段上进行建设，以免造成不必要的人员伤亡与财物损失。此外，还要尽可能地错开地震周期与在建项目的自振周期，用以防止建筑结构产生共振损坏。

2.2采用适当的平立面

如何对一个工程项目实施建筑布局与结构布置？这通常与建筑物的平立面直接相关。有数据表明，简单、规则的建筑其抗震能力普遍较强。这是因为复杂式建筑在地震发生时内部构件的强度与刚度形不成一致规律，导致结构扭转非常明显。因此，在对建筑结构的设计中务必加强措施，尽可能遵循建筑物的均匀对称原则，从总体上降低建筑物的刚度偏心率，并准确无误地计算出相关的地震反应数据，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。

2.3增强建筑的整体性

建筑物作为许多构件连接而成的整体，是一个具备空间刚度的结构体系，其能否承受地震惊人的破坏力量，全看各构件间能不能实现协调工作、有机地形成一个整体。所以说，建筑物的整体性能不但是建筑抗震的首要条件，还是建筑结构抗震设计中的重点内容。一般来说，每层楼盖应足以起到水平隔板作用。我国抗震规范推荐钢结构的楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋凝土组合楼板或非组合楼板，对超过12层的钢结构，必要时可设置水平支撑。

2.4保证结构的延性

在地震作用下，结构的延性直接影响着建筑物能否在灾难中屹立不倒，所以结构的延性在某些意义上等同于结构的强度，二者都是建筑抗震设计中所要考虑的重要指标。在施工时应采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施，改变结构的动力特性，减轻结构的地震反应。容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，提高结构的耗能能力，以消耗地震能量，减轻地震作用，减小楼层地震剪力，防止建筑结构的倒塌。

2.5多道设防

建筑结构防震可以设置多道抗震防线，增强对地震的抵抗力。高层建筑物设置多层的地震抵抗防线，第一道防线遭到破坏之后，有后备的第二道、第三道甚至更多的防线对地震的作用力进行阻挡，避免高层建筑物的倒塌。高层建筑结构进行抵抗地震设计时，可以采用壁式框架的“框架剪力墙”防震结构。因此，为承受剪力墙开裂后重分配的地震作用，任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20％和框架各层地震剪力最大值的1.5倍两者的较小值。剪力墙结构中的剪力墙可以通过合理设置连梁，使其具有优良的多道抗震防线性能。

3建筑结构抗震设计科学思路

3.1基于承载力与延性科学选择设计方式，在结构设计中我们应对其刚度分布进行控制，令建筑结构构件例如墙、梁、节点、柱等在地震阶段变为非弹性的变形状况，进而令地震能量合理消耗，确保不产生建筑结构倒塌现象。在该类设计阶段中，整体建筑结构包含两类功能，即确保使用结构功能及应对地震的抗震功能，为消除该类层面包含的局限性，我们应综合考量地震重现期，结合抗震设防现实目标，科学采用反应谱在承载力与确保构造基础上采用延性抗震规范设计方式，该类方式对尚无准确预知建筑结构地震非弹性反应具有显著的抗震设计效果。提高建筑物的抗震性能，最理想的措施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。工程实践中，有选择的提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济且行之有效的方法。综上可见，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。

3.2采取相应的构造措施加强薄弱环节，在抗震设计中要有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构抗震性能的重要手段；结构在强烈地震作用下不存在强度安全储备，构件的实际承受力，因此需对构件的承载力、刚度和这些荷载可能导致出现的裂缝宽度进行验算，同时施工过程中需严格地控制这些荷载。

3.3性能的设计方式最早由美国学者提出，该设计理念转变了以往仅注重安全结构的设计理念，合理发展成为注重安全、结构性能与经济等多方因素的创新设计方式，令建筑工程结构满足使用期间预定各项目标性能要求，同时具体性能标准要求我们可依据建筑结构重要性进行细化确定。在设计流程阶段，我们可首先依据业主要求与项目投资建设准则展开结构设计。完成设计后，履行评估设计结构性能环节，对于满足相关目标要求的设计我们对其结构进行实际水平性能的明确说明，以便于进行建筑工程项目的施工质量安全控制和管理工作。

结束语

在进行抗震设计时，我们需要根据理论分析，结构的布置和合理的材料运用，从多个方面慎重考虑，从而使建筑结构满足人们的使用要求。结构抗震设计要达到的总体要求是“小震不坏，中震可修，大震不倒”这一目的，必须进行严格的选型、分析和计算，从而促进建筑行业的可持续发展。

参考文献：

[1]闫旭梅.高层建筑结构抗震设计分析[J].科技传播，2010.8.