建筑结构设计的抗震措施

蒲勇

摘要：建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。因此如何准确、合理的运用不同的抗震设计方法，是非常重要的，对于不同的建筑、不同的情况应区别对待，从而寻求最合理的抗震设计。本文探讨了建筑结构设计的抗震措施。

关键词：建筑；结构设计；抗震；措施

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

地震是一种突发性灾害，严重威胁着人类生命财产安全。它具有破坏严重、无法预报等特点。我国是一个地震多发的国家, 2008年的汶川大地震，造成了大量的房屋倒塌和人员伤亡。我们在对建筑物进行结构设计的时候，必须把正视建筑物设计的抗震问题，端正态度，积极主动地探索减震措施。

一、建筑结构抗震措施的衡量标准

对于性能的要求，现行抗震设计规范有两种基本的表达方式：一种是以损坏的程度来描述，另一种是以用途的重要性即抗震设防分类来描述。建筑结构中的损坏程度划分为不损坏和属正常维修下的损坏、可修复的破坏和倒塌；抗震设防分类则氛围甲、乙、丙、丁四类。对某些钢筋混凝土结构，现行规范给出了正常维修和倒塌的层间变位角作为定量指标。对于不同的设防类别，先行规范规定了不同的抗震措施，如乙类建筑的抗震措施要比丙类建筑的有关规定提高一度。按规范提高抗震措施后，在遭遇到相当于本地区设防烈度的地震影响时，由于地震作用步提高，乙类建筑毁坏程度比丙类建筑要轻些。在遭遇到本地区罕遇地震影响时，乙类建筑的抗倒塌能力比丙类建筑要明显提高。显然，结构的抗震能力仍然缺乏明确的数量的变化。

借助于现行《抗震鉴定标准》所引进的"综合抗震能力由数量上的区别" 有可能使不同性能要求的结构所具有的抗震能力由数量上的区别。例如，结构抗力的高低，可用结构楼层的受剪承载力与设计地震剪力的比值，即楼层的受剪承载力与设计地震剪力的比值即楼层屈服强度系数来表征；结构变形能力的高低，可用结构所具有的变形能力与基本变形能力的比值来表征。从而使不同性能要求所对应的坑震措施得以数量化。

如果把按现行抗震设计规范进行进行设计的丙类结构作为符合基本性能要求的结构，即其抗力和变形能力的组合结果，可定义为综合坑震能力的基本值；对于性能（包括变形）要求较高的建筑结构，如乙类建筑，其综合抗震能力应低于基本值。高低的具体取值，可根据性能要求确定。

在确定综合抗震能力的两个因素中楼层屈服强度系数的定量在现行的抗震设计规范中已经是现成的，可以根据结构构件的实际截面尺寸和配筋，取材料强度标准值按承载力计算的有关公式得到，这里不在重复。以下重点研究的是变形能力比值的定量变化。

二、建筑结构的主要隔震措施

使用隔震技术不仅达到了减轻地震对上部结构造成损坏的目的，而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。隔震建筑的结构体系一般由下部结构、隔震装置、上部结构组成。根据隔震层设置的位置不同，可分为以下几种：

1、地基隔震

地基隔震即隔震层设在基础以下的地基中。历史上曾采用糯米垫层或砂垫层隔震，也能取得一定效果。还有的用一层软粘土一层砂土，其间加入一层土工布，使地震波在地基中被多次反射吸收达到衰减的效果。但由于土的性状较难由人来控制，它常随自然条件而变更，因此效果不稳定。杭州市抗震办曾组织研制了一种改性沥青阻尼隔震垫，达到了良好的效果。

2、基础隔震

基础隔震是在基础与上部结构之间设置隔震装置，减小地震动往上部结构传递，降低上部结构的地震反应。该种隔震方法适用于体形规则的低层或多层建筑结构，用于高层建筑结构的效果较差（隔震结构延长了结构的自振周期）。基础隔震包括粘弹性隔震、滚轴（珠） 滑移隔震、摩擦摆隔震、摩擦滑移隔震等多种形式，隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、基底滑移隔震装置、混合隔震装置等等，其减震效果可达8％～60％。

3、层间隔震

层间隔震是结构隔震与抗震相结合的一种方法，它是在原结构上安装由质量和隔震支座组成的耗能减震装置，地震时，耗能减震机构吸收并消耗地震能量，减小结构的地震反应。该方法适用于旧房加层、抗震加固，减震效果一般在10％～40％之间。虽然层间隔震的效果不如基础隔震，但它可利用结构的加层或原结构的隔热层，做适当的改建而达到减震的目的，简单易行，隔震装置采用橡胶支座。在上海，几栋高层建筑用此方法控制结构的第二振型反应，收到很好的效果。

4、悬挂隔震

悬挂隔震是将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地面运动传递不到主体质量，产生不了惯性力，从而起到隔震作用。它最具有代表性的是巨型刚框架悬挂体系，其结构分为主框架和子结构：主框架同一般框架结构；子结构采用索或吊杆悬挂，分布有主要质量，此体系可以有效地隔离主框架和子结构，减少地震作用的传递，控制结构的地震反应。因此，目前已经广泛被很多国家采用该方法在桥梁、火电厂锅炉架中应用广泛。著名的香港汇丰银行新大楼（43 层） 即采用此种方法隔震。

三、建筑结构设计中常用的减震技术

以上我们所说的几种措施主要是对建筑结构本身的基础部分或者关键节点进行特殊设计, 或者采用特殊材料, 或者设计安装减震装置减少地震的能量向建筑物传递。我们这里所说的建筑物结构设计中常用的消能减震技术是借助建筑物意外的部件来增加建筑物的阻尼, 消耗地震传递给建筑物结构的能量, 避免建筑物因地震而受到损害。

用于减小地震对建筑物损坏、保护建筑物安全的装置和元件很多, 通常都是各式各样的消能器和阻尼器, 我们习惯上把这些装置分为滞回型和粘滞型两种。这种技术的使用非常广泛, 主要有以下几种情况。

1、新建建筑物的结构设计

随着人们安全意识的不断增强, 建筑结构设计理念的不断更新, 人们对建筑结构的减震、隔震设计越来越重视。我们在设计的时候, 除了对建筑物的基础部分采用特殊处理之外, 还可以借助消能减震装置或者元件削弱地震对建筑物的作用力, 保护人们的生命财产安全。

2、对建成建筑物的抗震加固

在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时, 我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施, 完成相应的工作。最迟也是在建筑物的施工过程当中, 在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而, 建筑物建成以后, 如果想对其进行抗震加固, 就要采用增加阻尼的办法, 在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。这些消能减震装置更适用于高层建筑、钢结构, 从适用的部位来说, 也是很广泛的, 它不仅可以应用于建筑物的上部结构, 也可用于建筑物的隔震夹层。

总之，建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一, 也是涉及到人类生命财产安全的重要问题, 因此, 我们在对建筑物进行结构设计的时候, 必须把建筑物的抗震问题放到非常重要的位置, 并采取适当的措施, 尽量避免地震对建筑物的损坏。

关键词：

[1] 王艳. 工民建结构抗震现状分析及研究[J]. 民营科技, 2012,(02) .

[2] 赵丹莹. 浅谈建筑结构的抗震设计要点[J]. 民营科技, 2012,(01) .

[3] 肖丽娜. 浅谈建筑结构的抗震设计方法[J]. 民营科技, 2011,(05) .

[4] 王伟光,李振国. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 黑龙江科技信息, 2012,(01) .

[5] 陈明霞. 建筑结构设计中的抗震设计[J]. 建材世界, 2010,(03) .

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