摘要：每次地震来临都会伴随不同程度的灾害，如房屋倒塌、设施损毁等，所以在进行建筑设计时，必须重视建筑的抗震设计，这对于社会民生的意义重大。现今的建筑技术发展迅速，其在抗震设计这一方面已经可以做到地震来临时建筑基本保持稳固和安全。但我国幅员辽阔，地质情况复杂，高层建筑及复杂体型建筑快速发展，新的问题也不断出现，因此抗震设计也越发重要。为了有效抵御地震灾害，确保居民人身财产安全，抗震设计也应与实际问题结合与时俱进。
关键词：结构抗震；性能；设计
一、不同结构体系类型适用情况概论
现有结构设计及抗震规范针对不同设防烈度区域划分结合不同结构体系类型的地震动反应特征经由大量实验已明确给出一系列确实可行的模型理论及计算参数，并使得满足规范设计要求的建筑结构整体及组成构件具备预期希望得到的抗震安全概率保证，同时针对不同结构类型通过设定具体经济指标参数，使得宏观建造成本适应不同社会经济发展阶段的特点，常见结构类别，如钢结构、框架结构、砖混结构简要分析如下：
1、钢结构简要分析
钢结构具有强度高、质量轻，柔韧性强等优点，因而在大型高层建筑中得到了广泛的应用。钢结构即便在承受巨大地震力载荷时，构件本身可利用材料较大延性及变形能力储存及耗散地震能，通过构件空间组合，形成空间抗侧力体系结构可进一步放大抗震耗能作用；尽管钢结构具备较好的抗震性能，但由于相对而言钢结构成本较现浇混凝土结构高，因此对于造价成本限制严格、工程规模较小、建筑体型比较常规且无需严格控制结构自重的项目，并不会选择采用钢结构。
2、框架及框架剪力墙结构简要分析
在现今建筑中，使用较为普遍的结构形式是框架结构，其具有设置灵活、自重轻、抗震能力强、成本低等特点，非常适用于对空间要求较高的建筑结构，如多层办公商业;且框架结构所需要的建材也相对较少，具备一定的经济性；但同时因梁柱等结构构件截面尺寸合理化限制，因此纯框架结构在规范基本设防烈度地震力作用下为满足位移限值等抗震指标要求，其结构高度必然受到一定限制，而与此同时剪力墙结构因自身长度方向截面惯性矩较框架柱有几何量级的增长，对于墙体长度方向的水平地震力作用有良好的抵抗作用；而框架结构与剪力墙结构在功能和结构受力特性上有一定的相似点，所以，在建筑设计中，使得框架剪力墙这一复合结构得到较为广泛的应用，既具备优异的抗震性能，同时又能满足建筑使用空间要求。值得注意的是在水平地震力作用下因剪力墙（剪切变形为主）与框架柱（剪弯变形为主）变形特性上的差异，其组合体系连接部位存在剪力滞后效应，使得这一部位往往是震害发生较为明显的区域，因此在多道设防抗震概念设计中应予以关注，采取局部加强措施，避免发生体系破坏。
3、砖混结构简要分析
在乡村及经济较不发达地区，还普遍存在使用砖混结构这一传统结构形式，当然有其存在的经济合理性，值得注意的是鉴于砖混结构承重墙体系自身材料的脆性破坏特征以及砌块材料组砌方式具有一定的离散性，且砖混基础一般均为浅埋，即使增加构造柱、圈梁等混凝土现浇延性构件组成的约束体系，但当地震力超过一定的设防概率或者地震波输入方向为砖混体系的薄弱侧，往往发生令建筑内部人员不能及时反应的突发性破坏，对人员生命安全极具危害；因此对重点设防类建筑（如学校、医院等），即使砖混结构可以满足规范计算及建筑使用功能要求并具备较大经济优势的情况下，也不宜考虑采用。
在汶川大地震中砖混结构教室出现倒塌的概率比较高（图 1），一方面是因为工程和管理的因素，另一方面就是因为教室的跨度较大，而上层多充当生活或办公等区域，使用荷载较大，二层楼面梁板兼做部分上部转换，使得层间抗侧刚度分布不均匀、局部突变，底部教室区域构件抗震安全储备不足
图1 都江堰新建学校受损场景.png)
图2 某底部大空问建筑破坏示意.png)
4、底框结构简要分析
底部框架转换结构在建造成本上具备一定的经济优势，因此在我国不同地区有着较为广泛的分布，多用于下部为商业网点上部为住宅的多层底商建筑，需要关注的是因转换层上下结构体系力学特征及破坏形态存在明显差异，属于框架剪力墙和砌体承重的混合结构，应重点关注：a、上下层刚度比的控制，使竖向刚度尽量均匀，上下刚度比、抗剪抗压承载能力比值，决定了震害是发生在底层的钢筋砼部分还是发生在上部的砖墙部分。相对均匀的刚度、强度比值可使震害分散，破坏程度降低；b、 过渡转换层的设计，应提高过渡层的抗震承载力和延性，建议内外纵墙相交处，较长纵横墙中部和小墙垛均设置钢筋砼构造柱，严格控制其抗剪承载能力，如地震剪力与墙段抗剪承载力比＜1时应按配筋砌体设计，过渡层所有承重墙顶均应设置钢筋砼圈梁，以增加整体延性及抗减承载力。
二、高层建筑结构的抗震性能设计分析
1、慎重选择建筑场地
建筑场地选择在抗震设计中是最先需要考虑的问题。考虑场地地质土层情况对地震波能量输入有重大影响，因而选址对建筑抗震安全有直接影响。地震通常都会伴随强烈的地质活动，所以在选址的时候，尽可能选择地势开阔平坦的位置。此外，地基土的密实度，也将直接影响建筑基础的安全和稳定，应尽量选择那些土质密实、地质坚硬、具有较大压缩模量的土层作为建筑地基持力层，如存在软弱下卧层应经软弱下卧层验算满足规范要求后方可确定，以确保建筑的使用安全，提高建筑的地基稳定性。
2、慎重选择建筑结构
结构布置是影响建筑抗震性能的关键因素之一。抗震设计中结构设计需要注意下述问题:第一，结构荷载：抗震设计中必须重视建筑的赘余度，尽量减轻结构自重以减小地震波输入对结构体系的作用力。第二，确保平面设计的合理准确。构件的合理布置能否有效传导地震力尤其是剪切力及耗散地震能对结构体系的稳定起着决定作用。第三，建材的弹性变形能力及强度指标必须符合抗震要求。强度及弹性变形能力差的结构构件容易出现塑性铰进而发展为不可恢复的形变破坏直至构件完全失效，将直接导致结构体系的瓦解甚至是倒塌破坏。所以，必须保证结构的科学合理，在合理范围内设置多重安全储备，只有这样才能满足建筑的抗震要求和使用要求。
3、建筑形体及结构体系布置的规则性
符合平而不规则的有三种：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续，其能够通过相关的结构分析软件进行研究和评估，如扭转不规则的特征是：位移比最好控制在1.2以内，并且最大位移比为1.5，A级高度建筑的周期比要控制在0.9以内；竖向刚度不规则又可以细分为下述几种：侧向刚度不规则、建筑承载力变动较大等，比如，侧向刚度不规则的标准是该层的侧向刚度应大于上层的70°等。倘若设计不能符合实际要求，则就需要相关的设计人员及单位重新对其设计，对梁柱的结构进行重新规划，以免出现不规则结构。一旦出现不可变情况，就需要做好弱点补救措施。对于那些水平规则但是竖直方向却不规则的结构，根据相关的地震规定要求，刚度较低的建筑其地震剪力必须大于其与1.15的乘积。此外，应尽量使结构体系的刚度中心与质量中心尽量重合以减小地震力作用下结构整体的扭转破坏。
4、设置多道抗震防线
在建筑原有抗震性能的基础上，增添额外的抗震措施，建立多道抗震线，这样就能充分保证建筑在地震中的稳定性与安全性。抗震结构是由不同的部分构成的，每道防线发挥的作用是不同的，延伸性比较好的构件在地震来临时会形成首道抗震线，首先屈服，其余的部分则会根据其性能的高低依次发挥抗震作用，逐步屈服。当地震强度较大时，其造成的破坏也比较大，多道抗震防都可以发挥抗震作用，以降低地震对建筑的破坏，充分保护了用户的生命安全。
5、使用隔震和消能减震设计
为了充分发挥隔震和消能减震的功效，在确保地基密实和硬度的前提下，也能使用下述几项措施。第一，确保材料的性能过硬，尽量使用延性强的材料，以降低地震的能量，确保建筑的稳定性；第二，从建筑的性能要求出发，制定科学的隔震系数，为建筑的上下层结构配置专门的隔震设施，降低地震能量的传递，从而减少地震对上层的影响，常用的隔震措施有：橡胶支座隔震、混合隔震等；除此以外，也可以在建筑的构件中添加消能设施或者额外的构件，从而改变结构的性能，提高建筑的稳定性和地震防御能力。在实际中使用率最高的效能减震阻尼器有：金属型、液体型、摩擦型等等。
6、轴压比和短柱设计
建筑抗震设计中经常会调整柱的各项参数，降低其轴压比，提高其截面积，以提高建筑的地震防御能力。降低轴压比可以使柱保持在大偏心受压环境，从而避免混凝土中的钢筋在没有实现拉伸屈服时就发生断裂情况。柱结构的整体刚度较大，而其延性却恰恰相反，比较低，当地震出现时，其隔震消能能力也非常差，整体建筑的地震防御能力也比较低。因此，在实际的设计中，一般都会使用强柱弱梁的设计方案，因为梁的延性比较好，对于地震的隔震消能能力较强，同时可以降低柱发生屈服的概率。除此以外，在实际建筑中底层支撑柱的场戏比通常都是在4以内，然而柱的长短判断并不是以此为依据。决定其长短的是柱的剪跨比，短柱的剪跨比在2以内。
结束语
我国有很多地区都处于地震带上，易发生地震，并且据实例可知地震的危害及损失极为严重。所以，建筑的抗震设计相当重要，在保证建筑实用性和性价比的前提下，尽可能提高建筑的抗震能力。设计人员需要不断增强自身的专业素养和概念理论，确保通过设计环节促进我国建筑抗震能力的整体提升。
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论文作者:周彦
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/7
标签：结构论文; 建筑论文; 刚度论文; 构件论文; 延性论文; 体系论文; 性能论文; 《基层建设》2016年15期论文;