建筑结构中抗震设计问题的阐述

李红培

摘要：建筑工程体系的问题是宏大、复杂的，问题可以出现在各个部门，这就要求各部门的工作人员都要保持合理协调性。整体结构体系也是同样不可单独进行，在遭受地震作用后它的破坏机理和破坏过程相应的都十分复杂。由于地震作用的随机性、不确定性和复杂性，结构计算模型的基本假定与实际情况的差异，在结构分析方面不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，要准确预测结构所遭遇地震的特性和参数是很难做到的，即存在着不确定性。笔者基于抗震结构设计的特点及方法进行了阐述，希望能成为结构设计人员对建筑物的抗震问题的理论及实践基础。

关键词：建筑工程；抗震结构；构件设计

在建筑工程结构的设计中，要尽量的使结构的刚度和质量分布的均匀，而且使建筑的平面和立体结构呈现规则的感觉。如果平面設计的过于复杂，就会使质量和刚度分布的不均匀，在发生地震时，就会使建筑物发生严重的扭转现象，加重地震对房屋的破坏。另一个影响抗震效果的因素就是结构的整体布置，不规则的房屋，在地震中更容易发生扭转，而且如果采用的是错落的立面，也会由于高度过高而产生“鞭稍效应”。就此，本文对建筑抗震结构设计中所遇到的相关问题进行了简要分析。

1 地震作用下高层建筑结构的破坏特点

1.1 地基方面

①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；②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；③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。④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 结构体系方面

①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；②采用框架一抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻；③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；

1.3 刚度分布方面

①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；②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 构件形式方面

①在框架结构中，通常柱的破坏程度重于梁、板；②钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝；③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；

2 高层建筑抗震设计分析方法

2.1 场地和地基的选择

建筑的场地以及地基的选择对于高层建筑的抗震能力具有直接的影响，是建筑抗震设计的基础。在进行建筑场地以及地基的选择时，应该充分的了解当地的地震活动情况，对当地的地质情况进行科学的勘察，在收集丰富资料的基础之上对场地进行综合的分析和评价，评估当地的抗震设计等级。对于一些不利于抗震设计的场地应该尽可能的进行规避，而实在无法规避的应该有针对性的做好相应的处理措施。在高层建筑地基选择过程当中应该尽可能的选择岩石或者是其它具有较高密实度的基土，从而提高建筑地基的抗震能力，尽可能的避开不利于抗震的软性地基土。对于一些达不到抗震要求的地基应该采取相应的措施进行加固和改造，使其能够符合相应的标准

2.2 建筑结构的规则性

为了保证建筑的可靠性以及其所承载的力量的分布均匀，在进行建筑结构设计过程中，一定要尽量保证建筑结构的规则性，并且也要使抗侧力结构尽量保证简单化。在选择建筑结构平面布置图形时，应该选择较为规整的图形，因为只有规则的图形，才能使建筑在面对地怎发生时所带来的承载力的均匀分布。对于不规则的建筑结构平面，应该尽量避免，因为不规则的建筑平面容易造成建筑结构质心与钢心间的交错，这样的建筑在面对地震时，容易产生钢心距离较大，刚性不足，最终建筑将会面临倒塌的危险。

2.3 建筑结构材料的选取

建筑结构材料的好坏决定着建筑在地震发生时的安全性。事实上，高层建筑抗震结构设计的实质就是将各个建筑构件的延性整合起来，并对其进行相应的协调与把握，其目的就使建筑在面对地震时能够安全稳定。在选择建筑钢筋时，一定要尽量选择那些具有较高韧性的材料。对于在垂直方向受力的钢筋，要采用热轧钢筋，以 HRB400 级和 HRB335级为标准，对于箍筋，则是以 HRB335、HRB400 和 HPB235级热轧钢筋为佳。在选取建筑结构材料过程中，一定要时时考虑材料抗震方面的性能，当然，在建筑过程中，建筑成本、造价控制也是建筑企业必须要考虑的问题，因此，在对建筑结构材料选取的过程中，一定要找到建筑成本与抗震新性能之间的点，兼顾二者，以期实现以最少的材料获取最佳的抗震效果。

2.4 隔震和消能减震设计

有些高层建筑对于抗震的要求较为严格，除了要实现一般的抗震效果外，还有保证隔振、消能等方面的需求。因此，为了达到这些效果，首先，从场地与地基的角度来看，应该选择具有较高密实度的地基，因为高密实度的地基，可以减轻地震发生时所产生的能量给建筑造成的破坏，降低共振发生几率。对于不同建筑，其所要求的隔振系数有所不同，因此，在进行建筑结构设计时，一定要具体问题具体分析，选择相应的隔震支座，并且，也要考虑因风力所给建筑带来的负荷。对于隔振、消能方面的建筑构件的选择上，尽量采用延性好的材料，使建筑受地震能力带来的破坏降低。

2.5 抗侧力体形的优化

对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制，使结构破坏十按照整体屈服机制进行，而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。从而使整个构件具备较大的延性和耗能能力

2.6 常用的加固设计

为了有效的提高建筑结构的抗震能力，应该根据建筑结构的实际情况采取相应的加固措施，在进行加固方法选择的时候应该具体考虑以下几个方面的因素：第一，对于一些机构设计存在缺陷的情况，应该根据实际情况增加构件进行加固，或者是采取具有较高抗震能力的构件代替原有构件。对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况，可以增设构件，扩大原截面，设置套箍等方法；很多建筑结构整体性连接达不到抗震的标准，可以有针对性的对结构进行相应的调整，这样可以分散地震力，减少破坏。建筑中的一些与建筑结构不相关的构件，在地震时有可能倒塌而造成危害，应该适当进行加固。

3 结语

总之，要使建筑工程真正达到能够减轻以至避免地震灾害，必须把抗震结构工作自场址选择、设计、施工、质量监督和竣工验收贯穿始终。在抗震设计中，新型结构体系形式复杂，分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。同时，要严格按《二阶段》的设计步骤和《三个水准》的设防目标进行设计，不得马虎。此外，在建筑结构设计中要全面了解其抗震设计问题及抗震规范要求，充分体现抗震设计意图，使建筑物防御地震的能力得到保障，从而减轻地震灾害给人民生命财产带来的损失。

参考文献：

[1]张振玺 高层建筑结构的抗震设计分析 Chinas Foreign Trade2012（2）

[2]李彬 对于高层建筑结构的抗震设计探讨 中国新技术新产品 2012（2）