建筑結構設計中的抗震設計分析

文/韓恩考 濰坊市建筑設計研究院有限責任公司 山東濰坊 216000

根據統計，全球每年平均出現500萬次左有的地震，其中5級以上約1000次左右的強烈地震。假如強烈地震出現在人類聚居區，就會導致地震災害。為了抗御和減輕地震災害，有必要實施建筑結構的抗震分析和抗震設計。所以怎樣正確、合理的應用不一樣的抗震設計方法，是特別重要的，對于不一樣的建筑、不一樣的情況要區別對待，從而找尋最合理的抗震設計。

1、建筑結構設計抗震設計的概述

為了使地震災害帶給我們的經濟損失和人身危害降低，在建筑房屋的整體結構的設計時，要以增強結構的抗震能力或削弱地震影響為關鍵內容。通過分析被毀建筑物所展現出的顯著特征，把建筑物抗震能力的薄弱之處補足。通常來說，在抗震概念設計程序，設計師要充分思考建筑的整體構造與布局要求，在保證結構安全的同時，其對稱、平衡關系還要保持。假如房屋構造凹凸改變太大、不對稱或不規則，都會影響抗震構造的剛度和強度。如果存在薄弱樓層，一旦出現地震等災害，將會在短時間內導致樓層坍塌、變形，損壞建筑構造的抗震中樞，從而使房屋的安全功能降低。另外，由于靜定結構的傳力路線和杠桿受力渠道相對單一，也許一根杠桿就會把整個靜定結構損壞，然而超靜定結構在超過結構的承受力時，將會造成其他的杠桿變形，消耗掉一些能量，從而使超靜定結構的次數增加，這樣一來，也會

大幅度增長被消耗的能量，顯示出更為顯著的抗震效果。除此以外，為了防止框架倒塌這一情況，建議應用“梁弱柱強”這一結構方式，如此一來，一旦出現地震等災害，便能借助梁的變形把壓力消耗掉，令框架退到第二道防線的部位上。另外，在詳細的耗能構建的時候，盡可能使用先進專業的形式實施構建，大幅度消耗地震形成的壓力，防止建筑物由于受力太大而坍塌。保證每一個構件之間連接牢固，把其所具備的承受力凝聚在一起，提高構造的剛度和強度，更好消耗地震災害所形成的作用力。當建筑物形體顯現突變位置時，要及時上報，擬定科學的解決方法，能通過借助填充墻的形式，來使地震對建筑各耗能構建、圍護墻和整個框架的破壞力減緩。此外，我們還要認識的問題是，要盡可能挑選部分材質相對輕的耗材，由于這些耗材具備消耗地震力的作用。地震所帶來的作用力是連續、不間斷的，在短時間內對建筑物發起連續沖擊，所以，要從多層次、多角度考慮問題，通過設置多層防線和合理的防護方法，保證建筑房屋整體的剛度和強度。

2、建筑結構設計中的抗震設計的策略

2.1 選擇場地

在實施選擇建筑施工場地的過程中，設計人員首先要實施勘察施工場地的地質環境，盡量避開抗震危險的位置，這樣不但讓建筑物的穩定性與安全性獲得有效的保證，還讓整個建筑項目施工的經濟效益與社會效益獲得進一步的保證。為此我們在實施選擇其施工場地的過程中，通常都會選用非發震斷層，來對其實施相關的施工處理，進而有效的提升了項目的施工質量。

2.2 設計合理的建筑結構參數

計算分析參數設計，就是實施建筑各構件的地震響應與地震作用計算，各墻柱梁板變形和承載力計算包括于其中。把準確的計算模型建設在建筑構造的實際工作情況基礎上，并依據概念設計做合理的簡化處理、計算。多遇地震作用下的復雜結構實施變形、內力分析時，要使用的力學模型不少于2個，而且不一樣，其計算理論關鍵有兩種，就是主拉應力和剪摩理論。當中，主拉應力理論在磚砌體適用，而剪摩理論在砌塊結構適用。計算機的計算結果要認真分析判斷，確認其科學、有效后，才可以用于工程設計。結構的位移、剪重比、自振周期等是結構計算控制的關鍵計算結果。

2.3 抗震設計中的多重防線

通常狀況下，地震所持續的時間相對短，在面臨持續性的地震襲擊時，多重抗震防線能夠使地震所帶來的破壞有利地降低，為人們逃生爭取了一定的時間。因此在高層建筑中設計多重的抗震防線是特別重要的。

2.3.1 延性結構

延性通常是指建筑中的構件或者是結構體的具有承載能力的狀況下，不降低塑性變形能力的一種特點。當實施建筑結構設計的過程中，設計人員能夠思考使用延性結構的構件，充分地運用延性結構的變形能力，從而讓建筑結構體在受到地震能量時實施相關的分散消耗。

2.3.2 超靜定結構

建筑中的靜定結構通常是指，一個有自由度的建筑構造，在地震來臨時，只要這種構造中的隨便一個節點受到破壞，或者是發生一個塑性鉸，這樣就會造成建筑結構的整體倒塌。針對這種情況的產生，建筑中的抗震結構設計就要設計為超靜定構造，而且對其設置出相關的多道設防結構。所謂的超靜定結構也就是設計出幾個破壞點或者是屈服點，以確保在地震來臨時，如果第一道抗震的設防結構中某個破壞點或者是屈服點受到損壞，這只會使結構中的部分超靜定次數減少，然而不至于對建筑的結構整體帶來毀滅性的破壞。

2.4 提高結構的延性

結構的延性反映了構造的變形才能，是避免在地震效果下坍毀的重要原因之一。結構良好的延性對減小地震效果有幫助，吸收和耗散地震能量，避免結構坍毀。構件的損壞與退出作業，讓所有結構從一種安穩體系過渡到別的一種安穩體系，造成結構的周期出現變化，以避免地震長期持續效果產生的共振效應。

2.5 確保結構的全體性

結構是由非常多構件銜接組合而成的一個全體，并通過各個構件的協調作業來有效地反抗地震效果。如果結構在地震效果下損失了全體性，則結構各構件的抗震可不可以充分發揮，這樣簡單讓構造變成機動體而坍毀。所以，結構的全體性是確保結構每一個有些在地震效果下協調作業的關鍵條件，抗震概念規劃的關鍵內容是確保結構的全體性。

2.6 建筑結構平面布置的規則與對稱

依據抗震理念對建筑的平、立面布置實施相關的設計，確保建筑結構設計方案的規則性，特別不規則的方案通常不建議采納，依據有關的政策規定，對于不規則的建筑設計，都要使用空間結構計算模型。而對于凹凸不規則，則要使用復合樓板平面內現實剛度強度改變的計算模型。對于比較薄弱的位置要乘以內力增大系數，依照有關規定實施分析彈塑性變形，并對薄弱位置實施有針對性的抗震結構措施。

建筑結構抗震功能特別關鍵的一個影響原因是對稱性，包含了建筑物的平面對稱、質量分布對稱和結構剛度對稱。最理想的方案進行建筑的平面形心、質量中心、剛度中心都在一個點上，稱為“三心重合”。通常來說，結構的對稱關鍵就是指抗側力主體構造的對稱，這種對稱結構相對容易實現，也具備一定的抗震能力，規則性關鍵是在抗側力主體結構與剛度強度等方面展現的，第一，要確保主體結構沿主軸方向的剛度與強度相對接近，變形特點差別不大，第二，要確保沿抗側力主體構造主軸線的強度與剛度分布相對均勻，第三是要具備一定的協調能力，剛度與強度一定要具有相對好的抗扭性，以防止地震出現時，建筑物發生嚴重的扭曲變形，導致結構構件的破壞，對整體建筑結構出現不利的影響。

2.7 剛度、延性與承載力的匹配

當建筑結構的抗力比較高時，能夠合理的降低總體的延性的要求；相反，當建筑結構的抗力比較低時，就要合理的提高總體的延性的要求。地震時建筑物受到的地震作用的大小與其動力的特點嚴密相關，要具有合理的剛度、承載力的分布和與之相匹配的延性。通常狀況下，要想提升建筑結構的抗側剛度，都需要提升項目的造價而且使建筑結構的延性降低。想要讓建筑物具有很強的抗倒塌的能力，最好的方法是讓建筑結構中的全部構件都具有比較高的延性，然而在現實的項目建設中卻很難做到這一點。有選擇地對結構中的重要桿件與關鍵構件的延性實施提升是切實可行的方法，相對而言還是相對經濟。因此，在對房屋建筑的結構系統實施確定時，要找到一種使得結構的剛度、延性與承載力相匹配的方法。

結語：

建筑結構的抗震設計是一個完整、體系的概念，從選擇場址到建筑物的結構設計，抗震設計貫穿了整個過程，并且建筑物的抗震設計是衡量建筑結構設計是不是符合要求的關鍵指標。所以，為使建筑結構的抗震功能增加，不單單要依賴于精確定位抗震計算分析，更要關注建筑結構的設計方案。所以，在實施設計時，要多使用結構比較規則的系統，綜合評定施工場地的地質條件，把地震設防工作做好，增強防震措施，確保建筑結構的抗震功能。

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