浅谈建筑结构设计中的抗震设计

　　摘要：在建筑结构设计中，抗震设计是设计的一个重要环节。为了抗御和减轻地震灾害,在建筑结构抗震设计时合理的设计要求进行设计是其首要前提。本文就对目前抗震设计中的设计要求内容进行了简单的探讨。
　　关键词：建筑结构，结构体系，抗震设计
　　引言：
　　地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此建筑（尤其是高层建筑）抗震安全问题必须引起建筑师们的高度重视，及时采取有效措施，防患于未然。
　　一.抗震设计思路的概述
　　我国结构计算理论经历了经验估算、容许应力法、破损阶段计算、极限状态计算，到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）则采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则，以使建筑结构的设计得以符合技术先进、经济合理、安全适用的原则。概率极限状态设计法更科学、更合理，但该法在运算过程中还带有一定程度近似，只能视作近似概率法，并且仅凭极限状态设计也很难估算建筑物的真正承载力。事实上，建筑物是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，并非是脱离结构体系的单独构件。
　　地震具有随机性、不确定性和复杂性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前是很难做到的。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在着不确定性。因此，结构工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决。应立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节构造，从根本上提高结构的抗震能力。
　　二．合理选择抗震结构体系
　　抗震结构体系的选择,一方面应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、材料和施工等因素,结合技术、经济条件综合考虑。抗震结构体系除应具有明确的计算简图和合理的地震作用的传递途径之外、还应符合下列各项要求。
　　1、选择合适的材料,减轻结构自重。、
　　在高层建筑的方案设计阶段,应该先对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析,综合考虑材料参数的变异性,地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。
　　2、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，产生过大的应力或塑性变形集中,对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。结构在强烈地震下不存在强度安全储备、构件的实际强度分布是判断薄弱层(部位)的基础。另一方面,在抗震结构体系中,应使其结构构件和连接部位具有较好的延性,以提高抗震结构的整体变形能力。
　　3、具备必要的强度,良好的变形能力和耗能能力
　　如果抗震结构体系有较高的抗侧力强度,但缺乏足够的延性,则这样的结构在地震时很容易破坏(如元筋砌体);但如结构有较大的延性、而抗侧力强度不高,在不大的地震作用下结构产生较大的变形(如纯框架结构),如果砌体结构加上届边约束构件,使其只有较好的变形能力。如果框架中设琶抗震墙,使其抗例力强度增加,则上述两种结构的抗震潜力都增大了。
　　4、设计多道抗震防线
　　避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力。一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成.并由延性较好的结构构件连接起来协同丁作。—般情况下,应优先选择不负担重力荷载的竖向支撑或填充墙,或选用轴压比不太大、延性较好的抗震墙等构件,作为第一道抗震防线的抗侧力构件。框架—抗震墙结构体系中的抗震墙、处于第一道防线,当抗震墙在一定强度的地震作用下遭受可允许的损坏,刚度降低而部分退出工作并吸收相当的地震能量后,框架部分起到第二道防线的作用。这种体系的设计既考虑到抗震墙承受大部分的地震力。
　　5、抗震计算中的延性保证
　　延性控制准则的一般要求都包括对两个物理量的要求:一是所讨论的部件(如包括节点在内的梁柱接头区)在预定部位(如梁端)屈服后所能达到的变形量的大小;另一个是直到变形量增大到预期值为止,部件各部位都必须保持其应具备的承载力而不发生先期承载力失效。提高抗震结构构件的延性、改变其变形能力,力求避免脆性破坏;为此砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯校,或采用配筋砌体和组合砌体柱等;钢筋混凝土构件应合理的选择尺寸、配置纵向钢筋和箍筋。避免剪切破坏先于弯曲破坏,避免混凝土的受压破坏先于钢筋的屈服,防止局部或整个构件失稳。保证抗震结构构件之间的连接具有较好的延性、是充分发挥各个构件的强度、变形能力,从而获得整个结构良好抗震能力的重要前提。
　　三.保证结构延性能力的抗震措施
　　合理选择了结构的屈服水准和延性要求后，就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性能力，从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容：
　　1.“强柱弱梁”
　　人为增大柱相对于梁的抗弯能力，使钢筋混凝土框架在大震下，梁端塑性铰出现较早，在达到最大非线性位移时塑性转动较大；而柱端塑性铰出现较晚，在达到最大非线性位移时塑性转动较小，甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。
　　2.“强剪弱弯”
　　剪切破坏基本上没有延性，一旦某部位发生剪切破坏，该部位就将彻底退出结构抗震能力，对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。
　　3.抗震构造措施
　　通过抗震构造措施来保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结构的整体性。
　　这一系统的抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。首先，这两种思路都是以优先引导梁端出塑性铰为前提。
　　四.结合汶川特大地震的震害实例
　　通过国内有关专家对震害的调查研究分析结果，结合自身的工作经验和对目前工程设计中存在一些问题进行思考与分析，就单跨框架设计问题提出一些个人的看法：
　　汶川地震震害表明纯框架结构只有一道防线，在大震时一旦这道防线被突破，结构就丧失了全部的承载力而倒塌，同时震害还表明：二支点受力机制单跨框架比多跨框架震害更严重。虽然多层单跨框架在《建筑抗震设计规范》》没有具体限制条件，但在《高规》》第6.1.2条规定：抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架，刚出台的福建省建筑结构抗震设计暂行技术规定（征求意见稿）第7条（3）也规定：高层的框架结构不应采用单跨框架，多层框架结构不宜采用单跨框架。
　　由于多层框架结构不宜采用单跨框架，如果受限不能设计成多跨框架，则宜对框架柱提高结构抗震等级，严格控制弹性及弹塑性层间位移角，并验算大震下的倾覆及零应力区，震害分析表明单跨框架房屋倒塌的最直接原因是承重构件竖向承载能力下降到低于有效重力荷载的水平，所以特别建议作为第一道抗震防线的抗侧力构件不宜采用轴压比很大的框架柱。建议单跨框架框架柱的轴压比宜小于0.6。框架柱宜采用方柱或近方柱的截面，柱的截面长宽比宜在1—1.5。
　　根据震害结果显示，建筑二个主轴方向宜布置或完善的双向框架，不宜采用一方向为刚架，另一方向为排架的结构方案，这在《抗规》中同样有要求。
　　五.结语
　　总之，随着建筑设计的发展，对结构抗震设计提出了一系列的抗震规范,要求设计人员注意抗震概念设计。建筑物的抗震设计也是衡量建筑结构设计的一个重要指标。因此对于不同的建筑、不同的设计情况，合理并准确的采用抗震设计方法,是对建筑结构设计是非常重要。
　　
　　参考文献：
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　　[5]从维熹.对底层框架抗震墙砖房结构抗震设计的探讨[J].山西建筑

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