建筑結構設計中的抗震設計探討

摘要：我國是一個地震頻發的地區，近年來的一些大小地震給我們帶來的災難是有目共睹的，地震給我們帶來的各方面的損失是不可估量的，而大量調查表明，地震之所以能夠引起重大災害，其主要原因是建筑物的倒塌和破壞所帶來的一系列不良后果。由于地震的不確定性和隨機性，抗震設計成為建筑結構設計的的首要考慮因素，我們也希望能夠通過提高建筑物的抗震功能以達到減少地震所造成的損失的目的。

關鍵詞：抗震設計；建筑結構；建筑結構設計

1 建筑結構中抗震設計的基本情況

眾所周知，地震的發生具有很大的不確定性，即使是再精確的測量儀器，也難以做到萬無一失。而建筑物作為一個龐大而又復雜的系統，其結構在地震中將會發生諸多復雜的變化。因此，建筑結構中的抗震設計不能完全依賴于“計劃設計”，而需要我們結合建筑工程抗震理論和工程抗震的實際經驗，從“概念設計”的角度來看待建筑結構的整體抗震能力及反應，抗震設計人員應結合實際，按照建筑結構的破壞過程靈活的運用抗震設計方法，不僅要考慮到建筑結構整體布局的原則，也要考慮到每個細節結構的構造，從而以期從根本上提高建筑的抗震能力。

結構設計中的計劃設計是依據計算理論和規范，對結構的計算模型和受力情況做出理論假設，以此進行計算分析，根據計算結果進行設計。然而地震的不確定性、隨機性、地震時地殼運動對結構影響的復雜性，以及結構本身各種性質的復雜性，使得我們很難對相關的理論數據做出準確的假設。所以，僅依靠計劃設計難以使結構具有較高的抗震能力。只有在概念設計的基礎上輔以必要的計算，才能使結構具有較高的抗震能力。而抗震概念設計，是以地震災害和工程經驗形成的設計原則思想為依據，從整體角度來考慮建筑的細節布置，以實現較高的抗震效果。

2 地震荷載及其計算方法簡述

地震釋放的能量，是以地震波的形式向四周擴散的；地震波到達地面后引起地面運動，使地面上原來處于靜止的建筑物收到動力作用而產生強迫振動。在振動過程中，作用在結構上的慣性力就是地震荷載。這樣，地震荷載可以理解為一種能反映地震影響的等效荷載。在地震荷載和一般荷載共同作用下，當結構的內力或變形超過容許數值時，建筑物就遭到破壞乃至倒塌。因此，在結構抗震計算中，確定地震荷載是一個十分重要的問題。地震荷載與一般荷載不同，它不僅取決于地震烈度的大小，而且與建筑物的動力特性（結構的自振周期、阻尼）有密切關系。一般荷載則與結構的動力特性無關，可以獨立確定。在我國和其它許多國家的抗震設計規范中，都采用反應譜理論來確定地震荷載。這種計算理論的依據，是對地震時地面運動的實測紀錄進行計算分析繪出的加速度反應譜曲線，就是單質點彈性體系在一定地震作用下，最大反應加速度與體系自振周期的函數曲線。如果已知體系的自振周期，利用加速度反應譜曲線或相應公式就可以很方便地確定體系的反應加速度，進而求出地震荷載。應用反應譜理論不僅可以解決單質點體系的地震反應計算問題，而且在一定假設條件下，通過振型組合的方法，還可以計算多質點體系的地震反應。

3 抗震概念設計的原則及實現

在抗震概念設計中，選擇有利的抗震地形是至關重要的。建筑物之所以會在地震中損毀，存在很多原因，主要有以下幾點：首先，地震時地殼發生劇烈的運動，建筑物因震動而發生變形、扭曲，造成破壞；其二是由于地震所引發的其他自然災害，如泥石流、海嘯、水壩坍塌等；第三點則是因為地面發生嚴重變形，建筑物失去支撐而倒塌。因此，要提高建筑物的抗震性能，需綜合以上三點，提出相應的應對方案。對于第一種情況而言，可以通過工程技術手段加以防范，而后兩種難以依賴技術手段來達到預防目標，需要通過選擇對抗震有利的地形來加以預防。確定對抗震有利的地段需對地形、地質等狀況進行詳細的勘察對比，做出綜合評價，選擇密實均勻的堅硬土地段，避開對抗震不利的軟弱土以及河岸和邊坡邊緣的地段。

地形確定后，合理的地基和基礎設計也是不可或缺的。地基及基礎設計應當依據工程地質狀況、工程主體部分的結構類型和地基的負載分布等諸多因素進行綜合分析，最大限度地使地基在抗震中起到作用。因此，必須把握同一結構單元應設計在性質相同或相近的地基上的原則。具體而言包含以下幾方面內容：同一結構單元的地基理應在性質上有所相同，而不應截然不同，地基和基礎埋入地下的深度要相同，地下室也要包含在整個結構單元中，以確保地基和基礎的結構整體性，從而達到抗震效果的最優。

合理匹配建筑結構的剛度、承載力和延性。大量的調查研究表明建筑結構及其構件、節點對地震的反應強弱以及破壞程度，與結構整體的剛度和構件及節點的承載力和構造密切相關。一般來說，結構的鋼度越大，則它的延性就越低。而結構在地震時又需要很高的延性來消耗地震所產生的能量，但如果結構的延性太強，則結構的剛度不足，瞬間來襲的破壞力雖然能夠很好地被消耗，但結構也會因為變形而不能再繼續使用。因此，確定了建筑結構的設計，還要使得結構剛度、承載力和延性之間達到比較好的匹配關系。而在抗震建筑設計中，三者的匹配有一個總的要求，即重要構件的延性要高于結構整體的延性，構件中關鍵部位的延性要高于整個構件的延性。要使建筑具有較好的抗震能力，比較理想的狀況是在結構抗側力的剛度達到一定標準的前提下，結構的所有構件及構件的所有部件都具有較高的延性，然而工程卻難以達到這種理想狀態，因此我們可以選擇結構中的重要構件和某些構件中的關鍵部位，來提高他們的延性，已達到我們預期的效果。

4 建筑的體型設計及平面布置設計

建筑的體型設計包括建筑的平面形狀和主體空間形狀的設計。不少震后調查表明，許多平面結構和體型復雜的建筑，如平面上外凸和內凹、側面有過多的伸懸、不對稱的側翼布置等在地震中都遭到了不同程度的的破壞。而平面結構相對簡單的規則的建筑在地震中未出現較重的損壞，有的甚至依然保持完整。經研究表明，形狀上復雜和不規則建筑在地震時更容易遭到震害和破壞，特別是在建筑結構剛度發生突變的部位更易發生損壞。因此在結構體型的設計中，應盡可能地使平面和空間的形狀簡潔規則；在平面形狀上而言，矩形、圓形、扇形、方形等形狀對抗震來說都是較好的體型。反之，應盡可能少使用外凸或內凹的體型。在體型布置上則應盡可能使建筑的質量和剛度比較均勻的分布，避免產生因體型不對稱而導致的質量和剛度不對稱的扭轉反應。

建筑物的平面布置在建筑設計中也是十分重要的部分，它直接反映了建筑的使用功能和要求。建筑物的內部各種明細都在建筑的平面設計圖上明確下來，如柱子的距離、內墻的布置、房間的數量和布置等。由于建筑功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的質量和剛度的嚴重不均勻、不協調。因此，這是對抗震效果的一大挑戰。。因此，我們在設計建筑平面布置時，應盡可能使剪力墻布置比較均勻并使其能沿豎向貫通到建筑物底部，不宜中斷或不到底。盡量避免其某樓層剛度過少，盡量避免產生地震時的鈕轉效應。

5 結語

由于地震的發生具有高度的不確定性和隨機性，因此，為減少財產損失和人員傷亡，建筑的抗震設計已成為建筑設計不可或缺的一部分。為此，我們應該充分重視建筑的抗震設計，更應發揮其應有的作用，最大限度的減少建筑在地震時的損壞，最大限度的減少地震所帶來的損失。

參考文獻：

[1]薄睛心.淺議建筑結構設計中的抗震措施[J].科技創新與應用，2014，22：229.

作者簡介：王永，身份證號碼：410728198310036031