浅谈建筑结构设计中的抗震设计

抗震设计包括三个层次的内容:概念设计、抗震计算与构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则, 抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段;构造措施可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等方面上保证抗震计算结果的有效性。

1 抗震概念设计

建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思路进行建筑总体布置并确定细部构造的过程。建筑抗震概念设计之所以重要主要体现在以下几个方面。

(1) 地震及地面运动的不确定性。

(2) 地震时地面运动的复杂性及对结构的复杂影响尚未被掌握。

(3) 结构地震计算理论目前尚未能充分反映地震时结构反应及破坏的复杂过程。

概念设计强调, 在工程设计一开始, 就应把握好能量输入、房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面, 从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节, 再辅以必要的计算和构造措施, 就有可能使设计出的房屋建筑具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。

抗震概念设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为以下几个方面。

(1) 建筑场地选择的基本原则:选择建筑场地时, 应根据工程需要, 掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料, 对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段, 应提出避开要求;当无法避开时应采取有效措施。危险地段, 严禁建造甲、乙类的建筑, 不应建造丙类的建筑。

(2) 建筑体型的确定: (1) 建筑及抗侧力结构的平面布置宜规则对称, 并应具有良好的整体性; (2) 建筑物的立面布局宜采用矩形、梯形和三角形等变化均匀的几何形状, 尽量不要采用带突然变化的阶梯形立面、大底盘建筑, 甚至倒梯形立面; (3) 建筑物应尽量减小高度, 尤其是限制高宽比。

(3) 结构抗震体系的选取: (1) 结构体系应具有明确计算简图和合理地震作用传递途径; (2) 结构布置应具备多道抗震防线, 尽量避免部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力; (3) 结构应具备必要的抗震承载力, 良好的变形能力和耗能能力; (4) 对结构薄弱部位应采取有效的措施予以加强, 防止出现过大的应力集中和变形集中; (5) 结构平面两个主轴方向的动力特性宜相近, 并尽可能与场地的卓越周期错开。

(4) 多道抗震防线的设置: (1) 优先采用具有多道抗震防线的结构体系。 (2) 纯框架采用强柱弱梁的延性框架。 (3) 利用赘余构件增加结构的抗震防线。

(5) 非结构构件的处理: (1) 建筑幕墙等尽量考虑结构在地震中的变形, 并采用可靠的连接措施, 建筑非结构构件的预埋件锚固部位应采取加强措施, 以承受建筑非结构构件传给主体的地震力。 (2) 墙体材料优先采用轻质材料。 (3) 刚性护墙沿纵向宜均匀对称布置, 与主体可靠连接, 能适应结构不同方向的层间位移。抗震设计规范修订后新增了强制性条文, 框架结构的围护墙和隔墙, 应考虑其设置对结构抗震的不利影响, 避免不合理设置而导致主体结构的破坏。

2 抗震计算

结构抗震计算可分为地震作用计算和结构抗震验算两个部分。

2.1 地震作用计算

各类建筑结构的地震作用, 应按下列原则考虑。

(1) 一般情况下, 应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算, 各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。

(2) 有斜交抗侧力构件的结构, 当相交角度大于15°时, 应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

(3) 质量和刚度分布明显不对称的结构, 应计入双向水平地震作用下的扭转影响:其他情况, 应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。

(4) 8度、9度时的大跨度结构和长悬臂结构及9度时的高层建筑, 应计算竖向地震作用。

底部剪力法和振型分解反应谱法是结构抗震计算的基本方法, 而时程分析法作为补充计算方法, 仅对特别不规则、特别重要的和较高的高层建筑才要求采用。抗震计算方法的采用应符合。

(1) 高度不超过40m, 以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构以及近似于单质点体系的结构, 可采用底部剪力法等简化方法。

(2) 除第1条外的建筑结构, 宜采用振型分解反应谱法。

(3) 特别不规则的建筑 (凹凸、扭转、楼板局部不连续及竖向不规则等) 、甲类建筑和烈度、场地内限定高度范围的高层建筑, 应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算, 可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

3 抗震构造措施

混凝土结构:钢筋砼构件截面高宽比限值;最小配筋率要求;承重柱轴压比控制。

砖混结构:常见构造措施有限定房屋总高度和层数层高;在纵、横墙中设置钢筋混凝土构造柱、圈梁;房屋的高宽比、横墙间距局部尺寸进行限值控制;设置防震缝等。修订后的抗震设计规范中增加了强制性条文, 突出屋顶的楼、电梯间, 构造柱应伸到顶部, 并与顶部圈梁连接, 内外墙交接处应沿墙高每隔500mm设2φ6通长拉结钢筋。

4 结语

综上所述, 建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的过程, 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, 从而寻求最合理的结构布置。

摘要：地震是一种自然现象。如果强烈地震发生在人类聚居区, 就可能造成严重的地震灾害, 去年发生的汶川地震再次给我们敲响了警钟, 提醒我们在建筑结构抗震方面应该进一步加强。建筑结构中抗震设计主要包括三方面的内容:概念设计、抗震计算和构造措施。

关键词：建筑结构,抗震设计,抗震概念设计,抗震计算,构造措施

参考文献

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[2] 王亚勇, 戴国莹, 建筑抗震设计规范疑问解答[M].中国建筑工业出版社, 2006.

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[4] 郑山锁, 薛建阳, 王斌.砌体结构抗震/建筑抗震设计丛书[M].中国建材工业出版社, 2008.