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1、关于建筑结构抗震设计的一些探讨 - 结构理论 摘要：近年来随着地震的多发，人们越来越关注建筑物的安全问题。 虽然人们无法预知也无法避免地震，但是可以通过一些设计方法和 措施来保证建筑物在地震作用下的安全，最大限度地避免建筑物遭 受严重的损害，从而保障人们的生命财产安全。其中，建筑结构的 抗震设计起着至关重要的作用，是保证安全的一个核心环节。本文 主要探讨了建筑结构抗震设计的目标、方法、基本原则、建筑专业 对抗震设计的一些影响和抗震设计时盲目加大配筋的影响。关键词：抗震设计；设防目标；基本原则；结构体系引言：随着我国经济的快速发展和城镇化进程的加速推进， 城市人口越来越密集，城市规模也越来越大，
2、人们对住房的需求也 越来越多，这无疑给建筑行业提供了良好的发展机遇。然而，近年 来随着地震的多发，尤其是汶川大地震后，人们对建筑结构的安全 性能提出了更高的要求。因此，探讨建筑结构的抗震设计具有非常 重要的现实意义。一、抗震设防目标及抗震设计方法1.1 抗震设防目标与风荷载相比，地震作用并不常发生，且持续的时间很短， 但强烈的地震对建筑物造成的破坏和引起人员伤亡、财产损失却非 常大，这从汶川地震、玉树地震、智利地震等中国和世界其他各国 发生的大地震我们可以看出。针对地震这一特点，从安全、合理、 经济的角度出发，我国现行的抗震规范把抗震设防目标定为“三水准”目标，即“小震不坏、中震可修、大震不倒
3、” 。 小震不坏，当遭受低 于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或 不需修理仍可继续使用，此时建筑结构应保持弹性状态而不损坏； 中震可修，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑 物可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，此时建筑结构 进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系损坏控制在可修复 的范围；大震不倒，当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影 响时，建筑物可能发生严重破坏，但不致倒塌或发生危及生命安全 的严重破坏，此阶段结构有较大的塑性变形。1.2 抗震设计方法对于如何实现“三水准” 抗震设防目标，我国规范则要求采用 二阶段的设计方法来实现。第一阶段设
4、计是承载力和使用状态下的 变形验算；第二阶段设计是弹塑性变形验算。对大多数的结构，可 只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三 水准的设计要求。对特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，除进 行第一阶段设计外，还要按大震作用时进行薄弱部位的弹塑性层间 变形验算和采取相应的构造措施，实现第三水准 （大震不倒）的设 防要求。二、建筑结构抗震设计中的一些基本原则为了使建筑结构具有良好的抗震性能，确保设计方案的科学 性和可行性，达到“小震不坏，中震可修，大震不倒” 的要求，在进 行抗震设计的过程中需要讲求方法，并且遵循如下几项原则： 2.1 合理选择结构体系抗震结构体系是抗震设计应考虑的
5、最关键问题，对安全和经 济起决定性的作用，是综合的系统决策。按结构形式来分，目前比 较常见的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框剪结构、框筒结构、 筒体结构等。每种结构体系都有自身的优点和缺点，结构体系的确 定受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条 件、经济条件等诸多因素影响，是一个综合的技术经济问题，需进 行周密考虑确定。选择一个合理的结构体系，不但能够保证建筑的 安全，还能降低成本，达到安全与经济的平衡。2.2 尽量设置多道抗震防线一个抗震性能良好的结构体系需要有多个延性较好的分体系 组合而成，并且由延性较好的结构构件连接协同工作，从而形成多 道抗震防线。由于在一次地震之后
6、将会伴随着多次余震的出现，如 果在结构设计时只有一道防线，那么在房屋建筑遭到第一次破坏之 后再遭余震，就会因为损伤积累导致房屋建筑物坍塌。抗震结构体 系应该有最大可能数量的内部和外部冗余度，在设计中需要有意识 的建立起一系列分布的屈服区，这样能够使结构吸收和消耗大量的 地震能量，从而能够提高房屋建筑的抗震性能。如框架结构采用强 柱弱梁设计，梁屈服后柱仍能保持稳定，框架-剪力墙结构设计成连 梁首先屈服，然后是墙肢，框架作为第三道防线，剪力墙结构通过 构造措施保证连梁先屈服，并通过空间整体性形成高次超静定等。2.3 重视概念设计 概念设计是结构抗震设计的首要问题。抗震概念设计是指一 些在计算中或在
7、规范中难以作出具体规定的问题，必须由工程师运 用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。例如结构破 坏机理的概念，力学概念以及由震害试验现象等总结提供的各种宏 观和具体的经验等，这些概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置 过程中，也体现在计算简图或计算结果的处理中。有很多专家通过 总结历次地震灾害后发现，对于结构抗震设计来说， “概念设计” 比 “数值计算”更为重要。因此，在设计中过程更加重视概念设计，可 以有效地提高结构自身的整体抗震能力。三、建筑专业对抗震设计的一些影响单从结构专业自身来讲，结构形式越简单在地震作用下的传 力途径就越明确，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱 部
8、位出现也较易于把握，对结构抗震性能的估计也比较可靠。但这 往往受到建筑平面、立面等因素的影响。3.1 建筑平面对抗震设计的影响建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接 反映建筑的使用功能和要求。内墙的布置、房间的数量和布置、柱 距、通道和楼梯的位置、电梯井的布置等，对结构布置往往有着非 常重要的影响。有的建筑平面布置上，经常出现内隔墙不对齐或中 断，使刚度发生突变和地震力传递受阻，对抗震也带来不利，客易 引起应力集中，导致结构的局部破坏。因此，建筑平面布置尽量简 单规则，尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可 能
9、为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与 建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的 作用。 3.2 建筑竖向对抗震设计的影响建筑竖向布置对抗震设计的影响主要反映在建筑的竖向变化 使得结构布置在竖向上出现质量和刚度、承载力不均匀变化甚至是 突变的情况。无论是单层或多层，还是高层建筑或超高建筑，这个 问题是比较突出的。存在的这个主要问题是，由于建筑使用功能的 不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大 柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化 的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面则是以墙为主，柱很少。有 的建筑在布置上还设有面积很大
10、的公用天井大厅，在不同楼层上设 有大会议厅、展厅、报告厅等，建筑使用功能的不同，形成了建筑 物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。沿建筑物竖向， 建筑造型和结构布置应当比较均匀，避免刚度、承载能力和传力途 径的突变，避免结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层形成薄弱部 位，这些部位会产生过大的应力集中或过大的变形，容易导致结构 过早的破坏。四、抗震设计时盲目加大配筋的影响在以往的实际项目设计过程中，有时会遇到建筑使用功能未 确定或者多变的情况，在建立模型时加大荷载，在配置梁钢筋时心 里没底又盲目加大梁钢筋。实际上，这种层层加大的做法对抗震设计是不利的。因为不合理的加强梁配筋或者是在施工中以
11、大代小、 改变抗侧力构件配筋的这些做法会导致结构一些部位设计超强，其 他部位出现相对薄弱的现象，违反强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、 强节点等这些设计原则，最终导致结构整体抗震性能下降。因此， 在设计的过程中需要正确处理好构件的强弱关系，不能在该薄弱的 地方加强，而该加强的地方却出现薄弱。五、结束语建筑结构抗震设计对一个建筑物在地震作用下的安全性起着 至关重要的作用。如何做到发生地震时最大限度地保护人民的生命 财产安全，要求每个结构设计人员提高专业技术水平和加强理论修 养，结合世界其他国家先进的抗震经验和先进技术，切切实实地运 用到抗震设计中去。此外，一个优良的抗震设计，除了要求结构设 计人员有
12、着良好的专业素养，还需要建筑专业与结构专业相互配合， 紧密合作。在此基础上，才能既保证建筑的安全性，又兼顾建筑造 型，满足使用功能要求，得到一个安全、美观、经济的建筑，从而 真正实现我们国家规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒” 的抗震 设防目标。参考文献1寇秀梅.结构设计中的抗震设计问题J.中国西部科技， 2008（06）.2李智建，石延明.浅谈建筑结构设计中的抗震设计J.科技 资讯，2009（12）. 3王翠坤，杨沈.汶川地震对建筑结构设计的启示J.震灾防 御技术，2008（03）.4中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范 GB50011- 2010 M. 北京 中国建筑工业出版社，2010
