建筑结构设计中的抗震设计分析

　　摘要：建筑抗震工作一直是建筑设计和施工的重点，本文对建筑抗震设计的思路进行分析，指出在建筑结构抗震设计中存在的问题，并提出可供参考的防范措施。
　　关键词：高层建筑；结构设计；抗震
　　
　　1、建筑结构抗震设计的思路
　　现代建筑结构抗震设计是指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。现代建筑结构抗震设计理论是在对结构非弹性性能研究的基础上建立起来的。
　　1.1合理选择确定结构屈服水准的地震作用。一般先以一具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值(即中震的)，再以不同的R(地震力降低系数)得到不同的设计用地面运动加速度(即小震的)来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水准。
　　1.2制定有效的抗震措施使结构确实具备设计时采用的R所对应的延性能力。其中主要包括内力调整措施(强柱弱梁、强剪弱弯)和抗震构造措施等。
　　随着对地震作用规律认识的深入，这一规律已被各国规范所接受。在抗震设计时，对在同一烈度区的同一类结构，可以根据情况取用不同的R，也就是不同的用于强度设计的地震作用。当R取值较大，即用于设计的地震作用较小时，对结构的延性要求就越严；反之，当R取值较小，即用于设计的地震作用较大时，对结构的延性要求就可放松。
　　2、建筑结构抗震设计中存在的问题
　　2.1抗震设防烈度较低。关于建筑物的抗震性能设计，《建筑抗震设计规范》中规定：“小震(超越概率63%)不坏、中震(超越概率10%)可修、大震(超越概率2%)不倒”。现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”，并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，结构失效带来的损失愈来愈大，因而有人主张结构在设防烈度下应该采用弹性设计。
　　2.2建筑结构抗震设计不合理。1）承重柱截面高度设计过小。这种情况多发生于六度抗震设防区，一些结构设计人员误认为六度设防就是不设防，为图受力分析方便，故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定：当梁柱的线刚度比大于4时计算简图中梁柱节点可简化为铰支)。这种做法虽然易于进行结构受力分析，却给房屋结构埋下了隐患，不但影响了房屋的耐久性，也会让用户产生恐惧心理。2）建筑设计高度存在问题。按我国高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。
　　2.3建筑结构设计中结构与材料的选用。我国150米以上的建筑，采用的三种主要结构体系(框-筒、筒中筒和框架-支撑体系)，都是其他国家高层建筑采用的主要体系。在高层建筑中采用框架-核心筒体系，因其比钢结构的用钢量少，又可减少柱子断面，故常被业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的震层剪力，有的高达90%以上。此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现“强柱弱梁”。因此在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量减小其本身刚度，减小其不利影响。
　　3、建筑工程抗震设计应采取的措施
　　3.1基于位移的结构抗震设计。我国现行的结构抗震设计，是以承载力为基础的设计。即：用线弹性方法计算结构在小震作用下的内力、位移；用组合的内力验算构件截面，使结构具有一定的承载力；位移限值主要是使用阶段的要求，也是为了保护非结构构件；结构的延性和耗能能力是通过构造措施获得的。为了实现基于位移的抗震设计，第一步需要研究简单结构的构件变形与配筋关系，实现按变形要求进行构件设计；进而研究整个结构进入弹塑性后的变形与构件变形的关系。
　　3.2钢筋混凝土结构梁柱抗震。所谓强柱弱梁主要是考虑到如果一个建筑物的梁坏了，只会导致建筑物局部受到损坏，但是如果柱子坏了，就会导致建筑物的整个受力结构发生变化，出现整体建筑坍塌的现象。但是，在实际操作过程中我们发现，建筑物的柱也不是越强越好，柱的轴压比也不能太高，如果轴压比过高，在大地震发生时将对建筑物的边柱产生最少30%以上的附加轴力，这对建筑物的安全问题是致命性的。因此，不是强柱弱梁就一定能够保证建筑物不倒塌。我们通常要注意以下几个方面：(1)控制好建筑物的柱轴压比。保证这个比率在各种建筑物中不超过1%，并且要对重点部位的柱断面和配筋进行特别处理，对角柱和边柱要加强，通常要加密箍筋；(2)科学配置框架柱和小截面柱的钢筋。确保不小于20，矩形的柱面我们要采用对称配筋的方法，增强稳定性；(3)巧妙设计梁配筋。对于梁的配筋来说我们应该加强梁中部的配筋，而支座部分的配筋可以根据情况适当降低。这样有利于形成梁铰机制，当地震发生时，因梁端的塑性铰作用而增加柱的实际承载能力。
　　3.3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。我国的抗震措施中对耗能机构的考虑也基本遵循了这一思路，采用了“梁柱塑性铰机构”模式，而放弃了基于塑性力学的“理想梁铰机构”模式。抗震设计中，为了避免没有延性的剪切破坏的发生，采取了“强剪弯”的措施来处理构件受弯能力与受剪能力的关系问题。对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点：混凝土极限压应变，破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。在抗震设计中为保证结构的延性，常常采用控制受拉钢筋配筋率，保证一定数量受压钢筋，通过加箍筋保证纵筋局部压屈失稳以及约束受压混凝土，对柱子限制轴压比等。
　　4、结束语
　　建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程，而且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，准确、合理的运用不同的抗震设计方法是非常重要的，对于不同的建筑和不同的情况应区别对待，从而寻求最合理的抗震设计。
　　参考文献
　　［1］王军.某超限高层的抗震性能设计［J］.福建建筑，2008，（7）.
　　［2］王丹.浅析高层建筑结构抗震设计［J］.消费导刊，2008，（11）.
　　［3］李晓燕.高层建筑水平加强层对结构抗震性能的影响分析［J］.科技风，2008，（5）.

《建筑结构设计中的抗震设计分析》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 建筑结构设计中的抗震设计分析

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-16507