思考建筑结构抗震设计问题

时间：2014-09-25 22:10:06 阅读量：0次 所属分类：科技论文

摘 要：建筑结构抗震设计一直是结构工程师们设计工作的重点，本文从抗震设计角度指出建筑结构抗震设计的必要性和建筑结构抗震概念设计的含义，指出在建筑结构抗震设计中存在的问题，并提出可供参考的防范措施。

　　摘 要：建筑结构抗震设计一直是结构工程师们设计工作的重点，本文从抗震设计角度指出建筑结构抗震设计的必要性和建筑结构抗震概念设计的含义，指出在建筑结构抗震设计中存在的问题，并提出可供参考的防范措施。

　　关键词：建筑结构;结构设计;抗震

　　一、建筑结构抗震设计的必要性

　　地震是地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种自然现象。据统计，全世界每年发生的地震约达500万次，其中绝大多数地震由于发生在地球深处或者它所释放的能量小而人们难以感觉到;而人们感觉到的地震，也即有感地震，仅占总量的1%左右;能造成灾害的强烈地震则为数更少，平均每年十几起。然而，就是这些每年为数不多的地震，却给人们带来了无可挽回的巨大经济损失和触目惊心的人身伤亡事故。据有关方面对世界上130次伤亡巨大的地震震害资料所做的统计表明，95%以上的伤亡是因为无抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。典型的例子如1920年12月16日宁夏海源地震，1976年7月28日河北唐山地震，1995年1月17日日本阪神地震等。研究和提高各类房屋抗震性能，使地震造成的人员伤亡和经济损失降到最低限度，是结构工程师们设计工作的重点。日本是个多地震国家，政府一贯重视建筑物抗震设计，其防震设施和技术相当先进，建筑物通常具备了抗御7~8级地震的能力;而阿尔及利亚当地房屋建筑质量普遍低劣，抗震性能差，地震时易坍塌。由此可见，对建筑物进行有效的建筑结构抗震设计是减轻地震灾害最有效、最根本的措施之一。

　　二、结构抗震概念设计的含义

　　实际建筑结构及其在强震作用下的破坏过程是很复杂的，目前难以对此进行较为精确而可靠的计算。因此，20世纪70年代以来，各国标准强调了工程技术人员必须重视“结构抗震概念设计”，必须合理运用“结构抗震概念设计”提高建筑结构的抗震性能。建筑结构抗震设计，其数值计算和概念设计同等重要。“结构抗震概念设计”是根据地震灾害调查、科学研究和工程经验等所形成的基本原则和设计思路，合理选择建筑体型和结构体系，进行建筑结构的总体布局并确定细部构造和材料选用，综合解决抗震设计基本问题。这种设计理念将有助于明确结构抗震设计思想，不但有利于提高建筑结构的抗震性能，而且也为有关抗震计算创造有利条件，使计算分析结果更能反映今后地震时结构的实际地震反应。

　　三、建筑结构抗震设计中存在的问题

　　3.1抗震设防烈度较低。关于建筑物的抗震性能设计，《建筑抗震设计规范》中规定：“小震(超越概率63%)不坏、中震(超越概率10%)可修、大震(超越概率2%)不倒”。现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”，并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。

　　此外，有些建筑结构设计人员对抗震设计的认识不透，设计过程中疏忽抗震设计原则，抗震计算方法选择和构造措施规定采用不严谨，抗震计算措施在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性设计的要求上做得不够。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，结构失效带来的损失愈来愈大，因而有人主张结构在设防烈度下应该采用弹性设计。

　　3.2建筑结构抗震设计不合理。1)承重柱截面高度设计过小。这种情况多发生于六度抗震设防区，一些结构设计人员误认为六度设防就是不设防，为图受力分析方便，故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定：当梁柱的线刚度比大于4时计算简图中梁柱节点可简化为铰支)。这种做法虽然易于进行结构受力分析，却给房屋结构埋下了隐患，影响了房屋结构的安全性。2)建筑设计高度存在问题。按我国高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)规定，在一定设防烈度和一定结构体系下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。

　　3.3建筑结构设计中结构与材料的选用。我国150米以上的建筑，采用的三种主要结构体系(框-筒、筒中筒和框架-支撑体系)，都是其他国家高层建筑采用的主要体系。在高层建筑中采用框架-核心筒体系，因其比钢结构的用钢量少，又可减少柱子断面，故常被业主所看中。钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的震层剪力，有的高达90%以上。此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变，常常会使与转换层相邻的柱构件剪力突然加大，转换层构件与外框架柱连接处很难实现“强柱弱梁”。因此在需要设置转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量减小其本身刚度，减小其不利影响。

　　四、建筑工程抗震设计应采取的措施

　　4.1基于位移的结构抗震设计。我国现行的结构抗震设计，是以承载力为基础的设计。即：用线弹性方法计算结构在小震作用下的内力、位移;用组合的内力验算构件截面，使结构具有一定的承载力;位移限值主要是使用阶段的要求，也是为了保护非结构构件;结构的延性和耗能能力是通过抗震措施(构造、计算)获得的。为了实现基于位移的抗震设计，第一步需要研究简单结构的构件变形与配筋关系，实现按变形要求进行构件设计;进而研究整个结构进入弹塑性后的变形与构件变形的关系。

　　4.2钢筋混凝土结构梁柱抗震。梁、柱是钢筋混凝土结构体系重要组成构件，当结构反应进入非线性阶段后，强度不再是控制设计的唯一指标，变形能力变得与强度同等重要。如果钢筋混凝土结构设计合理，可以减少混凝土脆性性质的危害，充分发挥钢筋塑性性能，利用结构的弹塑性性能吸收地震能量，实现延性结构，达到抗御强震的目的。要实现延性结构设计的目的，要建立一个良好的结构屈服机制，这种机制表现的特征为结构在其杆件出现塑性铰后，竖向承载能力基本保持稳定，同时，可以持续变形而不倒，进而最大限度地吸收和耗散地震能量。通常，结构的屈服机制有楼层屈服机制和总体屈服机制两个基本类型，楼层屈服机制是指结构在水平荷载作用下，竖向杆件先于水平杆件屈服，可能发生这种屈服机制的结构有弱柱强梁框架结构、强连梁剪力墙结构。总体屈服机制是指结构在水平荷载作用下，全部水平杆件先于竖向杆件屈服，可能发生这种屈服机制的结构有强柱弱梁框架结构、弱连梁剪力墙结构。一个良好的结构屈服机制就是要实现总体屈服机制。钢筋混凝土结构梁柱抗震设计，结构工程师们通常要遵守以下几个方面原则：(1)强柱弱梁设计：控制好柱端截面的屈服弯矩要大于梁端截面的屈服弯矩，使塑性铰尽可能出现在梁的端部，形成强柱弱梁。(2)强剪弱弯：控制构件的抗剪能力强于抗弯能力，避免梁、柱构件过早发生脆性的剪切破坏。(3)强节点、强锚固：节点区域受力复杂，容易发生破坏。节点的可靠与否是关系梁、柱能否可靠工作的前提，钢筋锚固的好坏是构件能否发挥承载力的关键。

　　4.3建筑结构的抗震措施。要实现钢筋混凝土结构梁柱抗震延性设计，除应按照《建筑抗震设防分类标准》的要求计算结构地震作用外，还要加强其抗震措施。建筑结构的抗震措施主要涉及三个方面：(1)一般规定：建筑结构设计的整体选型、房屋的适用高度、平面及竖向规则性、房屋的高宽比等，(2)抗震构造措施：构件最小尺寸、配筋率、轴压比、加密区构造要求、边缘构件加强等，(3)地震内力计算和调整：水平及竖向地震力整体调整、竖向不规则调整、强柱弱梁、强剪弱弯调整等。通过抗震措施来保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，实现结构构件延性设计，保证建筑结构的整体性。

　　五、结束语

　　建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程，而且建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。因此，准确、合理的运用不同的抗震设计方法是非常重要的，对于不同的建筑和不同的情况应区别对待，从而寻求最合理的抗震设计。

　　参考文献?

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