建筑结构抗震性能浅析

建筑结构抗震性能浅析

武腾飞

新疆维泰开发建设 (集团 )股份有限公司—维泰设计研究院

摘要：地震是地壳运动的常见表现，指在某些阶段发生急剧变化而引发的自然现象，也被称为突发式自然灾害，所带来的破坏性极大，因此加强建筑抗震性能的研究非常廉。就全国范围来看，地震频发已成必然现象，很多地区都发生了多次大地震，给人们的生活带来严重影响，造成生命财产的巨大损失。我国设有建筑防震减灾法律法规，要求新建、扩建以及改建的建筑工程，都应当严格按照国家规定和强制性标准做好抗震设防设计，这对于提升建筑的抗震性和安全性具有重要意义。

关键词：建筑结构；抗震性；

引言：建筑结构抗震性能研究明确了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的最终目标，为了满足这一标准，结构设计人员需要在充分考虑建筑用途的基础上慎重计算作用力及力的传导作用，确保稳定性。然而随着建筑行业施工技术的不断发展，对建筑结构的抗震性也提出了更高要求，原有的抗震设防目标受到质疑，要通过不断改进抗震设防技术，提高抗震规范和鉴定标准。

1. 建筑结构抗震性能浅析

建筑结构抗震设计需要全面研究在强震作用下建筑的破坏性，而这个过程是非常复杂的，并且难以真正达到精确而可靠的计算结果。自新建筑标准提出以来，我国便始终强调建筑结构设计人员重视“结构抗震概念设计”，要充分调查建筑地地震灾害发生情况，做好科学研究，形成充足的工程经验，根据建筑结构的总体布局来确定细部构造。这种设计理念有助于提升设计人员的抗震思想，为抗震计算创造有利条件，让计算结构更能反映我国国情的实际地震反应。

地震是地壳的运动引起的振动，最关键的是震源的确立，即地下某个位置的一点。振动是从震源传出并在较大范围内进行的传播。震中则是地面到震源距离最近的一点，能够感知振动早期位置。沿海地区发生强烈地震可引发海啸，给周边建筑来带巨大破坏。根据地震发生原因的差异可具体分为以下几种：一是陷落地震，由于地壳上部产生过大压力致使地底的石灰岩洞发生剧烈崩塌，从而引起地震，波及范围并不广。二是火山地震，由于火山活动引起岩浆喷发冲击引发的地震，出现次数较少，一般与火山关联，我国鲜有发生。三是构造地震，由于地壳发生断层，变形超出岩石本身的承受能力引起断裂，波及范围和破坏性都较大。

在建筑结构抗震性能设计中，自振周期是非常关键的一个动力特性，它依据了建筑地的场地类别、土壤类型、结构整体刚度、施工技术等信息。一般而言，结构刚度越大，自振周期也就越短，因地震作用产生的惯性力也越大，造成的破坏性越强。地震的大小由震级表示，用于衡量地震发生的强度。震源是地球内部岩层破裂产生振动的位置，是释放能量的地方。根据震源的深度划分可分为浅源、中源和深源。震级需要根据地震释放的能量大小来划分，烈度则反映了建筑物受地震的破坏程度。每次发生地震时，震级只有一个，而烈度会在不同的地区有不同的表现。抗震设防烈度应当根据我国相关规定进行确认。根据建筑结构的使用功能，可将抗震设防等级划分为甲乙丙丁四种类型。

抗震设计应当遵循以下的设计原则：

①建筑结构力求简单；②建筑物具有规则性、对称性；③选择适当的结构体系；④构造要实现多道设防；⑤具有整体性；⑥具有足够的刚度；⑦其他设计原则。

2. 不同形式建筑结构抗震性能特点

2.1砌体结构

该结构类型以砖石为主要材料，之间使用砂浆粘合砌筑而成。在我国农村多采用砌体结构，2008年汶川地震发生时引起国内强烈反响，其中砌体结构的建筑破坏率非常严重，表现为墙体贯穿性斜裂、X形裂缝等破坏。砌体结构的墙体在地震作用力下，因为主拉应力远远大于砌体能够承受的强度，因此墙体会出现剪力破坏。由于走廊一侧纵墙开设了门窗，使得该侧墙体刚度、承载力低于另外一侧，所以X形裂缝一般集中在窗间墙部位。

2.2混凝土框架结构

该结构的抗震特征为自重占据较少而抗震性能较好。发生地震时，梁与柱承担水平与竖向荷载，楼板荷载将板所受力传递给梁，进而传递给柱，最终传递刀基础。根据设计，混凝土框架结构的延展性较好，能够分散处理地震力。但缺点也较为明显，即侧向刚度小使得水平荷载抗力低，容易在地震中发生变形。如果建筑结构较低，水平变形中的剪切变形最为明显，主要是因为节点转角引起。建筑物位置较高时，弯剪变形占主导，这种损伤严重时可使得建筑物发生倒塌。

2.3剪力墙结构

对于剪力墙结构来说，尽管抗侧力强度、刚度较高，但由于平面布置不灵活，因此无法满足大空间尺寸的要求。在设计时，超过8层的钢混结构，需要增设剪力墙来承担大部分的水平地震作用。在外力作用下，框架与剪力墙共同承担竖向、水平荷载，能有效减少结构侧移。一般而言，多设剪力墙有利于抗震，但由于刚度过大，周期太短，提高了地震作用，不但增加了结构材料的用量，对于基础设计也较为困难。因此，在设计剪力墙时，要合理确定长度、厚度、数量和配筋率。

2.4钢结构

建筑钢结构要通过节点的连接来构成完整的结构系统，因此节点是主要分析对象。大部分的结构整体破坏都是因节点失效引起。当焊缝金属冲击韧性不高、焊缝缺陷致使断连等，或因梁上翼缘有楼板加强，焊缝没有腹板影响焊接，因此裂缝会发生在下医院。梁端焊缝由于应力集中差生裂缝并延伸到平材。地震作用时钢结构倒塌是因为平面外弯曲失稳引发。当纵向垂直支撑设置偏位，会增大刚度中心与质量重心之间的距离，致使在地震时出现过大的扭转效应，钢柱超过承载力出现破坏或倒塌。

2.5筒体结构

筒体结构是指刚接的框架与钢混芯筒组成的结构，一般安装在重心部位的竖井外围。该结构体系受到水平地震的通时，水平垂直翼缘和水平方向的腹板会共同参与抗震。受地震影响，剪力作用引起斜向受拉破坏、斜向受压引起的破坏、施工方界面剪切滑移破坏以及压屈失稳。这些均为脆性破坏，发生破坏时，连续梁的墙体根部、端头会出现塑性铰，核心筒机发生连梁的弯曲破坏。

上述几类建筑结构中，钢结构的抗震性能优于、砌体结构钢混结构、筒体结构。不同结构体系有着各自的抗震优势和缺点，设计人员要通过抗震规范发挥各结构的优势才是研究重点。

3. 常见的抗震加固技术

施工技术的不断进步，促使人们对地震发生机制、结构破坏原理展开了更加详细的研究，建筑结构抗震加固技术也有了较大的进展。除了传统建筑抗震技术之外，现代建筑业逐渐兴起了减隔震加固的措施。

首先，可结合建筑物的综合抗震指数要求确定不同数量的砼板墙，加固可选在板墙内或在板墙外设置单、双面板墙，甚至可以在楼梯间应用封闭板墙来构建砼土筒。砼板墙加固措施能够有效控制墙体裂缝，提升砖墙的承载力。

其次，抗震墙的增设。一是在梁柱构成的框架结构内增设；二是加固已有墙体构成抗震墙；三是封堵墙的开洞，可增强承震力，减小结构变形，也是加固钢筋混凝土结构的有效办法。

参考文献：

[1]土木工程结构设计中的抗震性能分析[J]. 曾赟. 工程技术研究. 2018(07) .

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[3]房屋建筑结构抗震设计要求分析[J]. 冯国将. 城市建设理论研究(电子版). 2018(06) .