浅谈当前建筑结构设计的抗震方法

【摘 要】本文从建筑抗震设计的特点出发，分析了建筑结构抗震设计的要点，以及建筑结构抗震设计的先决条件，针对加强建筑结构设计的抗震方法进行详细探究。

【关键词】建筑结构；设计；抗震方法

引言

地震作为破坏力最强的自然灾害，其对于人们的生活及建筑物损坏的程度是毁灭性的，为了防止地震对人类生活及建筑物的过度破坏，实现对人类生命及财产安全的保护，建筑工程必须要在结构设计环节中做好抗震设计。近年来，在专家、学者的共同专研和努力下，我国建筑工程结构的抗震设计水平得到了显著提升，这帮助我国建筑工程结构的抗震安全性实现了突破，我国的建筑结构抗震设计水平正在逐步完善。

一、建筑抗震设计的特点

1、刚柔相济。在建筑抗震设计过程中若一味的提高结构抗力，增加结构刚度，会导致结构刚度大则在地震发生过程中地震作用也会相应增大，即在增加结构刚度的同时也增强了地震作用，当地震发生时则往往造成建筑物局部受损导致建筑物各个击破；而若建筑物刚度太柔，虽然可以依靠其柔性消减外力，但容易导致建筑物过大形变而不能使用，甚至在地震发生时导致整体倾覆。因此在高层建筑物设计过程中应坚持刚柔相济原则，即建筑物在地震过程中既能满足变形要求，又能减小地震力的双重目标。

2、多道设防。由于每次强震之后都会伴随多次余震，因此在建筑物的抗震设计过程中若只有一道设防，则其在首次被破坏后而余震来临时其结构将因损伤积累而倒塌，因此，建筑物的抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，在地震发生时由具有较好延性的结构构件协同工作来抵挡地震作用[1]。

二、建筑结构抗震设计的要点

1、结构规则性。建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求对建筑进行合理的布置。大量地震灾害表明平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能，因为该种结构建筑容易估计出其地震反映易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。建筑结构的规则性是指建筑物在平立面外形尺寸抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀、体型简单、结构刚度质量沿建筑物竖向变化均匀，同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响，并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀，以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。

2、层间位移限制。高层建筑都具有较大的高宽比，其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移，甚至会超过结构的位移限值。而国内普遍认为该位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关，其中钢筋混凝土结构的位移限值（一般在1/550-1/1000范围内）则比钢结构（1/200-1/500范围内）要求严格，风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格，因此在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计，既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。

3、控制地震扭转效应。大量事实表明，当建筑结构的平面布置不规则、不对称导致建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合，在地震发生时建筑结构除发生水平位移外还易发生扭转性破坏甚至会导致结构整体倒塌，因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。由于建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同，其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大；同时在上下刚度不均匀变化的结构中，各层的刚度中心未能在同一轴线上，甚至会产生较大差距，以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变，因此，在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算[2]。

三、建筑结构抗震设计的先决条件

1、合理的选址

在建筑结构抗震水平设计中，合理的选址是最基本的先决条件。为了保证选址的正确、合理性，我国政府部门已经出台了《中华人民共和国减灾抗震法》等法律条文，其中明确规定“对于有可能发生的重大建设性工程以及次生灾害进行严格的地震安全指标评价，按照地震安全评价结果，明确相关建筑物的抗震设防要求，并对其进行分别设防”。

建筑结构的设防标准根据其实际质量可分为四个标准，其中：甲类： 涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果；乙类： 地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑；丙类：除甲、乙、丁类建筑外的其他普通建筑类型；丁类：抗震级别相对较低的建筑。根据对相关法规的分析，在进行建筑物结构设计时，必须要选择对建筑有利的场地，避免在不利地段建设大型民用建筑，以防止地震破坏隐患的出现。对于一些软基地段，也必须要进行充分的处理，才能够进行合适的建筑设计。另外对于地震可能引起的次生灾害问题，也必须要予以正确的处理，进一步保证选址的正确性。

2、科学的设计

当地震发生时，不同的建筑结构所受到的地震影响是不同的，为了最大限度降低地震灾害的影响，建筑设计人员在抗震设计环节中，要根据当地的实际情况来进行建筑结构的选择。目前，我国常用的建筑结构可以分为钢筋混凝土结构、砌体结构、和钢结构等。通过对这几种结构的比较分析得出，钢筋混凝土结构的抗震能力相对较强，因为其自身具有较好的柔韧性，而现代高层建筑一般都采用剪力墙或筒体结构。所以当建筑物因地震灾害而出现应力变形时，钢筋混凝土结构能够依靠自身良好的承载力对其进行一定程度的控制，这是其它结构所不具备的优势。近年来，高层建筑建设的增多，大大增大了其在地震灾害影响下的水平位移和抗侧移刚度，这在无形之中就加大了地震灾害的影响，为了避免地震灾害影响程度的增大，在高层建筑抗震设计时，必须要考虑结构的侧移度。

3、坚实的质量

地震作为破坏性超强的自然灾害，想要最大限度降低其对建筑的破坏，保证建筑设计坚实的质量是最基本的防护措施。相比较而言，我国建筑设计水平发展较为缓慢，在地震设计方面也存在不够合理的情况，这使得很多建筑结构都出现了地震安全隐患，过大的自身重量也加大了地震危害。为了保证建筑结构抗震水平，必须要在建筑抗震设计环节中科学的运用抗震理论，根据相关设计原则，利用有效措施来提高建筑结构的可靠性与安全性。

四、加强建筑结构设计的抗震方法探究

1、基础性防震措施应用

1.1 地基隔震。地基隔震是在建筑地基与土层之间设置缓冲层，以便在地震发生时减小建筑与土层之间的震动碰撞，实现对震能的有效吸收和反射作用，减小地震对建筑物的破坏。目前，我国最常使用的地基隔层为沥青材料隔震层。

1.2 基础隔震。基础隔震是整个建筑结构抗震设计中的关键，想要降低地震对建筑物的破坏，就必须要做好基础隔震措施。在对建筑基础采取抗震措施时，为了减小地震对上部结构的破坏，需要在建筑物的上部结构和基础位置接触处设置隔震层，防止地震力由地基处向上部结构传播，降低地震对建筑上部结构的破坏。基础抗震装置一般采用混合隔震装置、基底滑移隔震装置和夹层橡胶隔震装置等。

1.3 间层隔震。间层隔震是为了吸收地震的冲击余力而设置的，间层隔震的有效设置能够对震力进行再次削减，以达到降低地震对建筑的破坏作用。间层隔震一般都安装在原始结构层上，是我国最早使用的抗震措施，具有施工操作简单的优势。

1.4 悬挂隔震。悬挂隔震是通过悬挂的方式，将建筑物全部或部分结构脱离地面，从而在地震出现时，降低地面震动与建筑物之间的震力作用。目前，此种抗震措施多用于大型钢结构建筑当中，收到了较为不错的抗震效果。

2、机敏减震支撑体系

机敏减震支撑体系是集成现代科技技术的防震系统，其利用活塞运动的原理，对建筑结构进行设计。在地震灾害发生时，保证建筑结构中的内、外钢能够通过不断的滑动来消减地震的破坏力，减轻震力破坏和消耗地震作用力的传导。目前，这项技术还在不断的研究和完善当中，相信其很快就能够实现有效的应用，为建筑抗震设计水平的提升做出贡献[3]。

3、效能减震技术应用

效能减震是实现对地震所产生动能的消耗，来减轻地震能的传导大小，从而降低其对建筑物的破坏程度。目前，在此技术方面一般采用消能器和阻尼器，两种器械都能够实现地震能量的有效消耗和吸收，减小震力对建筑主体的破坏，以达到对建筑主体结构安全、稳性定的保护。目前，效能减震技术在我国建筑防震设计中得到了有效的应用，其在新建筑的防震设计和旧建筑的抗震加固方面，都起到了良好的效果。

4、结构抗震措施比较

现行规范规定结构抗震构造措施，主要是根据结构类型和重要性、房屋高度、地震烈度、场地类别等因素确定，是对结构抗震性能水准的宏观定性控制，而不是对具体的结构性能和震害损失的定量描述。设计人员只需要按照规范采取对应的抗震构造措施，而在采取了这些措施以后结构在地震时的性能状态具体如何，设计人员并不能准确把握。这种做法的经济性和合理性都不足。基于性能的抗震设计是把结构在一定强度地震作用下的变形需求与抗震措施对应了起来，通过对构件截面进行变形能力设计，使结构具备与预期性能水平相符的变形和耗能能力，从而达到目标性能水平。这样使得结构的性能目标要求与抗震措施联系起来，是一种具体对应的定量的抗震措施。由于通过设计人员主动选择抗震措施来保证结构达到预期的抗震性能，因此对结构在未来地震时的整个反应过程比较清楚。这样制定抗震措施成为性能设计的重要组成部分，需要在设计的一开始确定性能目标时就考虑进去。

结束语

为了实现对人类生活正常秩序的有效维持，保证人类的生命及财产安全，做好抗震设计是对建筑结构设计的基本要求。在实际设计过程中，为了能够将抗震设计的功能性最大限度发挥出来，设计人员应多分析此前的抗震设计经验，结合实际建筑的特点，来进行科学的抗震设计，为提升建筑结构的抗震水平打下良好而又坚实的基础。

参考文献：

[1]汪勇.建筑结构设计中的抗震概念设计[J].中华民居（下旬刊），2013（04）：3-4.

[2]刘晓晖.浅谈建筑结构设计的抗震设计[J].门窗，2013（04）：206.

[3]朱慧，袁明星.建筑结构设计中基于抗震措施的分析[J].城市建筑，2013（14）：50.

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