1、建筑结构设计中的抗震性研究摘要 地震是一种自然现象，也是一种不可抗力的自然现象。如果强烈地震发生在我们的居住地，将会发生不可预料的后果。所以，为了防止、减少建筑物的地震破坏工程技术人员与设计人员有必要对建筑结构的抗震性分析与抗震性研究。 关键词： 建筑结构设计；地震下结构特点；抗震性；结构延伸性；研究 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 引言 通过在地震下结构的特点，来确定建筑结构设计中的原则，从而找出抗震合理的应对措施。提高建筑抗震性能的重要措施就是增强结构延性，故建筑结构应设计成延性结构。结构中抵抗较大地震作用下的非弹性变形的主要是由延性来，故在地震作用下，结构的延性与结构的
2、强度拥有非常重要的意义。地震力降低系数对设防烈度地震作用的整体降低实际上决定了结构的屈服水准和对结构延性需求的大小。目前，能力设计法已经被各国普遍接受，通过能力设计法，形成合理的耗能机制，使塑性铰出现在延性易于保证的部位；确保结构在未达到所需要的延性前不至于发生剪切失效；并在细部构造措施上来保证延性的充分发挥。 1.在地震下结构的主要特点 地震以波的形式从震源(地面上的相对位置称震中)向周围快速传播，通过岩土和地基，使建筑物的基础和上部结构发生不规则的往复振动和激烈的变形。结构在地震时发生的相应运动叫做地震反应，包括位移、速度、加速度。另外，结构内部发生很大的内力(应力)和变形，在它们超过了材
3、料和构件的各项极限值后，结构就会出现各种不同程度的破坏现象，比如砼裂缝，钢筋屈服，显著的残余变形，局部的破损，碎块或构件坠落，整体结构倾斜，倒塌等等。 在震中区的附近，地面运动振动激烈，且频率高就是垂直方向方向的运动，水平方向振动是比较弱的；距震中较远处，垂直方向的振动衰减快，其加速度峰值约为水平方向加速度峰值的 12 至 13。故对地震区的大部分建筑来说，水平方向的振动的主要因素是引起结构强烈反应和破坏。 2.建筑结构设计抗震性的基本原则 2.1 结构构件应当具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能 (1)结构构件应满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则。 (
4、2)对结构可能造成的相对薄弱部位，应当采取提高抗震能力的措施。(3)承受竖向荷载的主要构件不应作为主要耗能构件。 2.2 抗震防线应尽量设置几道 2.2.1 一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系构，并由延性较好的结构构件连接共同工作。比如由延性框架和剪力墙两个分体共同组成的框架剪力墙结构，双肢或多肢剪力墙体系组成。 2.2.2 强烈地震通常会有余震，若只设置一道防线，在第一次破坏后再遭余震，就会因损伤积累使房屋倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区内，主耗能构件应该具有较高的延性和适当刚度，来使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能
5、，防止大型震时倒塌。 2.2.3 适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。 2.2.4 在抗震设计中某一部分结构设计超强，很有可能造成结构的其他部位相对薄弱，故在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都要深思熟虑。 2.3 针对可能出现的薄弱部位，提高其抗震能力采取措施 2.3.1 在强烈地震下不存在强度安全储备的构件，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。 2.3.2 要使楼层或部位的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上要保持一个相对均衡的变
6、化，一旦楼层或部位的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。 2.3.3 防止在局部上加强而没有考虑整个结构各部位刚度、承载力的协调。 2.3.4 在抗震设计时有意识、有目的地控制薄弱层或部位，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。 3.建筑结构设计中抗震性能力的应对措施 3.1 增强建筑物的刚度和整体性 建筑物是由纵、横向承重构件和楼盖构成成的结构体系，它必须有足够大的整体刚度和整体稳定性。还要考虑抗侧力构件的布置以和结构质量的分布。刚性楼盖能保证各个抗侧力的构件按各自侧移刚度合理分配地震作用。较理想的抗震构件是使用现浇钢筋混凝土砼楼板和
7、屋盖，它具有良好的整体性、水平刚度大的优点，可减少滑移、散落问题，它还可适当放宽平面上墙体对齐的要求，可以有效地控制层间变形。较强的楼板及屋盖水平刚度还能有效地传递荷载，尤其是在上下墙体在平面上没对齐时，它们起到一定的传递水平力的作用，对楼板和屋盖现浇还能增强其对墙体的约束。由此说明，采现浇楼、屋盖能有效增强建筑结构空间刚度和整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。 3.2 保证结构的延性能力 为满足建筑物在遭受大地震时还具有较强的抗震能力，可以采用使部分结构构件破坏来延性耗散地震能量，来减少整体承受的地震能量。结构延性能抵抗地震作用下的非弹性变形，其对于结构抗震性能的作用丝毫不逊于结构的强度。为
8、使结构在地震中表现出必要的延性，就要尽可能使塑性变形更多地集中在具有一定延性能力的构件上。 3.3 提高短柱的受压承载力 短柱的受压承载力的提高可以通过减小柱截面、提高剪跨比，来改善整个结构设计中的性能。减小柱截面和提高剪跨比，提高混凝土的强度等级就是最直接的方法有效的方法，也就是采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但是因为高强度混凝土材料本身的延性较差，应谨慎采用或配合使用其它措施。 3.4 采用钢管砼柱 钢管砼是套箍砼的一种特殊形式，将砼填入薄壁圆形钢管内形成组合结构材料。因为钢管内的砼受到钢管的侧向约束，造成砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高
9、，砼特别是高强度砼的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋， 其管径与管壁厚度的比值至少都在九十以下，相当于配筋率至少都在 4.6%。当采用了高强度砼和合适的套箍指标后，可大幅度提高柱子的承载力，通常柱截面可比普通钢筋砼柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。 3.5 加强建筑工程过程中的施工管理工作。科学合理的建筑抗震设计，必须是由高质量高水平的施工才能完成实现。如果说设计是“理论” ，那么施工必然就是“实践”了，施工是实施设计意图，施工质量的好差，这将直接影响到建筑物的抗震能力。如果施工质量存在重大问题和隐患，倘若遭遇强烈地震问题将会暴露无遗。做好施工质量的关键在于严格
10、按施工规范或编制施工组织设计并按规定施工。现在使用的抗震设计规范与施工规程，对于施工标准、施工技术与措施和施工质量等都作了明确详细的规定，要求严格执行国家制定的建筑抗震设计规范，特别是强制性抗震技术规范。 4 结束语 我们已经经历过汶川大地震，玉树大地震，我们看到了一座座倒塌的建筑，看到了一个个鲜活的生命埋葬在建筑物中。我们已经没有能力和勇气再看到这样的事件再次发生。所以工程技术设计人员应对建筑结构进行充分研究和合理设计，使在地震作用下结构的薄弱环节得到有效控制，进而提高建筑的抗震性能。 参考文献： 1刘伯权，刘鸣，叶燎原.建筑结构抗震设计M.北京建材工业出版社，1996. 2王社良.抗震结构设计M.3 版.武汉理工大学出版社，2007. 3陈国兴.结构抗震设计原理M.北京：中国水利电出版社，2009. 4吴献. 结构抗震设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009.
