建筑結構設計中抗震問題探討
摘要：地震災害是人類面l臨的重大災難，在建筑結構設計中應當考慮抗震問題，并采取行之有效的措施，增強建筑物的抗震能力，減少地震引起的損失。本文討論了建筑結構設計中有關抗震方面的注意問題和原則，并提出了相關措施。
關鍵詞：建筑結構設計;抗震;概念設計;抗震計算;構造設計
人類面臨的諸多自然災害中，地震無疑是對生命財產危害最嚴重的一種。由于地震的波及范圍廣，不可預測性，每次地震發生都會造成大量的建筑物倒塌或者人員傷亡，間接損失更是難以估量。中國是全球地震的頻發區，約占全球年平均次數的1/3，因此建筑物抗震尤為必要，要提高建筑物防震性能是建筑結構設計中必須考慮的問題。
抗震設計主要考慮三個方面的問題：概念設計、抗震計算和構造設計。概念設計把握設計的基本原則，考慮場地條件及其穩定性，建筑的外形尺寸和建筑面的布置等等;抗震計算是抗震設計中的定量手段;構造設計在具體實施上保證結構整體性，彌補局部的薄弱缺陷等問題，保證抗震計算的有效性。
1、抗震概念設計
抗震概念設計主要是依據工程經驗和地震災害總結出的根據設計思路和原則對建筑物進行總體布置和明確細部構造的過程。一般不經過數值計算，主要的依據因素包括：結構破壞機理、整體與分體系的力學關系、以往抗震和震害積累的經驗、工程經驗等等，是對建筑結構抗震問題的宏觀把握。
1.1抗震概念設計中的考量原則建筑場地選擇：根據工程的要求，要對場地進行綜合評價，盡量選擇有利地段，避免不利地段，這樣有利于抗震設計，如果建筑地段無法避免不利地段，應當采取抗震措施。由于建筑物的自振周期，要避免建筑物在地震發生時出現共振現象，建筑地基的設計要符合下列標準：①如果地基土質不均勻諸如液化土、新填土或者軟粘性土時，要考慮在地震發生時的地基不均勻沉降，及時采取有效措施;② 同一結構設計單元基礎設計要合理，盡量避免全部設置在地基土相同的地方，不可以采取不同的基礎形式，諸如部分樁基，部分天然地基等現象。在危險地段，堅決避免甲、乙類建筑。
1.2 建筑體型選擇建筑物的體型盡量簡單、規則、對稱，立面選擇可以采用三角形、矩形或者梯形等布局，避免倒梯形或者變化突然的階梯型立面。建筑物的高度適當降低，嚴格限制高寬比�？箓攘Y構的平面布置也要避免不規則形狀，以保證建筑良好的整體性。
1.3結構抗震體系的選擇
(1)結構體系應當按照建筑物的抗震設防烈度、抗震設防類別、建筑高度、場地條件和其他如經濟、技術和使用條件等因素的綜合考慮決定。
(2)結構體系應當提供地震作用傳遞途徑和計算簡圖，結構的布置要具備多層抗震防線。
(3)結構部件連接要合理，要有一定的變形能力和強度，避免因為部分構件的破壞或部分結構而破壞整個結構的抗震能力和對重力的承載能力。
(4)建筑物還要具有合格的抗震承載力，以及消耗地址能量和良好的變形能力。
(5)對于潛在的問題結構或者薄弱部位，要采取措施解決或者加強薄弱環節，防止出現應力集中和變形集中。
(6)結構平面的兩個主軸方面的動力特性要相近，加強平面連接，提高豎向的整體剛度。
1.4 加強對非結構構件的處理要考慮建筑幕墻等結構在地震中出現的變形，采取有效的連接方法，預埋件錨固要合理，并采取加強措施，減少地震力通過非結構部件向主體傳遞。采用輕質材料作為墻體材料，減少建筑物的重量，建筑物重量越小，地震力越小。剛性護墻要與主體保持可靠連接，沿縱向均勻對稱布置，確保承受結構在不同方向產生的位移。另外新修訂的抗震規范設計增加了框架結構的圍護墻和隔墻等強制性條文，保證設置合理以確保主體結構的抗震能力。
2、抗震計算
結構抗震計算包括地震作用計算和結構抗震驗算兩部分。
2.1地震作用的基本原則主要有
(1)應當分別計算建筑結構的兩個主軸方想的水平地震作用，并且由各方向的抗側力的結構承受該方向的地震水平作用。如果出現交叉抗側力結構，如果角度大于15~，也要分別計算各個方向的水平地震作用。
(2)如果結構質量和剛度的分布不明顯，則要考慮雙向水平地震作用下的扭轉影響。
(3)對于長懸臂和大跨度結構以及。度時的高層建筑，必須計算豎向地震作用。
2.2 結構抗震計算的基本方法主要包括：底部剪力法、振型分解反應譜法和時程分析法。
(1)一般來說凡事屬于廣義的單自由度體系的建筑物，都可以采用底部剪力法來計算水平地震作用，如果建筑物高度低于40m，質量和剛度沿高度分布比較均勻的以剪切變形為主的結構都可以使用底部剪力法。底部剪力法的基本思路是：水平地震作用和底部剪力相等。
(2)振型分解反應譜法的理論基礎是單自由度體系的反應譜，通常分解振型方式計算多自由度體系的地震反應。這一方法的優點是對結構的動力特性考慮全面，對于大多數建筑物都能給出滿意的計算結果，并且計算過程簡單。因而成為當前比較普遍采用的方法。時程分析法又稱為直接動力法，時程分析法算法精細，通過運動微分方程對結構物進行計算，可以算出結構件內力的時程變化關系，和各個質點的位移、加速度和速度動力反應。然而本算法具有局限性，當前使用并不普遍。
2.3 抗震驗算在驗算時不同建筑的整體性決定了剛性、剛柔、柔性計算的選擇，建筑結構設計中，必須合理的確定建筑物的剛度，剛度既不可過大也不可過小，如果過大則鋼結構自振周期短，所承受的地震作用相應增大，不但造成了原材料的浪費，導致的后果也比較嚴重;如果過柔，在地震時很可能因設計缺陷導致建筑物變形，影響了正常使用。另外場地土的類別也是抗震驗算時候必須注意的方面。如有條件可以增加剪力墻，或者將框架設計成雙向梁柱剛接體系，或者是講部分的框架梁搭建在其它框架梁上。雨篷不得從填充墻內出挑，對于陽臺處梁和大跨度的雨篷要考慮抗扭，扭矩是梁中心線處板的負彎矩乘以跨度的一半。柱和框架梁的混凝土等級可以相差一級。
3、抗震構造設施
抗震構造措施可以分為混凝土結構和磚混結構，對混凝土結構而言要考慮鋼筋混凝土構件截面高寬比，控制承重軸壓比和最小配筋率。磚混結構的措施主要有限定房屋的高度和層數和層高�？刂茩M梁間距局部尺寸，設置防震縫等等。
建筑隔震技術：
通過隔震技術可以有效減少地震力對整個結構體系的影響，從而提高建筑物的抗震能力。隔震層設置位置不同，相應的隔震作用也有差異，按照這種位置的劃分，可以將隔震方式分為：
(1)地基隔震。地基隔震就是將隔震層設置在地基當中，在許多建筑工程所采用的地基隔震方法中，采用地基中設置砂墊層和糯米層的辦法取得了比較顯著的抗震效果。另外可以將軟土和砂土混合，并加入土工布，這一辦法可以吸收地震波，減弱地震沖擊波的影響，然而由于土性難以掌控，隨自然條件變化出現較大的不確定性，現在基本淘汰，當前普遍采用的方法是用改性瀝青設計的阻尼隔震層。
(2)基礎隔震基礎隔震是將隔震裝置設置在建筑的基礎與上部之間，這種方法可以減弱地震波向建筑物上部傳遞，可以大大降低建筑上部結構受到的影響。但是該技術大多應用于低層建筑，高層建筑中使用則抗震效果不好�；A隔震的形式多種多樣，常見的主要有基地滑移裝置和混合隔震裝置等。
(3)懸掛隔震。這一方法是懸掛建筑物的質量，從而使震動無法傳遞到主體結構中，并且能降低慣性力的產生。
(4)層間隔震層間隔震融合了結構隔震和抗震技術，它將由質量和隔震支座組成的耗能減震裝置安裝在原來的結構中，耗能減震機可以吸收和消耗地震能量，在地震發生時就能減少結構的損失。
4、結束語
綜上所述，建筑結構的抗震設計是一個整體思路，貫穿在結構設計的始終，是一項系統工程，對不同的建筑物要有不同的抗震衡量，并且要遵循抗震設計的一般原則，同時抗震設計是衡量建筑物設計質量的重要指標。通過有效的分析和實踐，將抗震設計應用于建筑物中，才可以提高建筑物的抗震能力，減少經濟損失和人員傷亡。
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