浅谈建筑结构抗震设计方法-建筑设计论文

浅谈建筑结构抗震设计方法
田伟
摘要；2008年汶川地震，这一场巨大的灾难带给我们悲痛的同时也引发我们对现代建筑结构抗震性能的反思。地震具有突发性，且可预见性低，因此应以贯彻预防为主要方针，而其最根本的就是要搞好抗震设防和提高现代高层建筑抗震能力。本文从多个角度的建筑抗震设计方法，建筑抗震概念设计两方面进行概述。
关键词：抗震概念设计；抗震设计方法；基于位移；基于性能
前言
根据我国多次大型地震中房屋的损坏位置与程度分析中得出:科学合理的建筑结构设计方法是房屋抗震能力提高的制胜法宝。然而完整的建筑结构抗震设计方法不仅包括建筑结构抗震分析计算法，还应有抗震概念设计。
一、建筑抗震概念设计
地震是一种难以把握的随机振动，其自身的复杂性和不确定性对于准确预测房屋遭遇的参数和特性无非是现代建筑科技的挑战。抗震在结构分析方面仍存在许多不确定性因素，例如未充分考虑非弹性性质,空间结构作用和阻尼变化，材料实效等诸多因素，因此抗震设计不能完全依赖计算得到的结果。长期抗震经验总结的抗震工程基本概念和抗震工程的基本理论应是抗震问题的基本立足点，同时也是良好结构性能的决定因素。
1 建筑场地的选择
地震中经常出现的“轻灾区有重灾，重灾区有轻灾的现象，就是由于地震对房屋的破坏不只是在结构上还有对房屋周围场地条件的破坏。例如地基土的不均匀沉陷滑坡，粉土沙土液化，地表的错动与地裂。
抗震设防区的建筑工程场地选择应遵循以下几点原则:
密实均匀的中硬场地土和开阔平坦的坚硬场地土是建筑抗震有利地段的最好选择。
避开对建筑抗震的不利地段，例如突出的山嘴高耸孤立的山丘河岸和边坡边缘采矿区软弱场地土非岩质陡坡，在平面分布分布上岩性状态成因明显不均匀的场地土。
1.3不在地震时可能发生崩塌滑坡地陷地裂泥石流等地段和发震断裂带上建造房屋。
2 建筑体型的设计
力求建筑的体型要对称简单规则刚度和质量变化均匀。
3 抗震结构体系应遵循的原则
3.1采用多道抗震防护线，以防因部分结构或构件的损坏而导致整个抗震体系丧失对重力荷载的承载能力或丧失抗震能力。
3.2抗震结构应具有合理的强度和刚度分布，避免因局部削弱产生应力集中或是塑性变形集中，以防结构薄弱部位的出现。
4 建筑结构构件设置
建筑结构各种构件应有良好的连接，各类构件具备必要的强度和变形能力
5 非结构构件设置
合理设置非结构构件诸如隔墙填充墙维护墙。
二抗震结构设计方法
基于位移的抗震设计方法
基于位移的抗震设计方法是以位移为前提的设计方法。它是在不同强度地震作用下，以位移响应为主要目标进行结构设计，从而使结构达到预期设定的性能和功能。它应包括构件截面承载力计算，构件截面变形能力设计等。基于位移的抗震设计具有以下优点
(1)首先能够满足多层次抗震要求。它通过不同的功能要求，设计出不同位移情况下的结构的强度和刚度
（2）基于位移的结构的设计是以目标位移为基准的，所以对破坏时结构的破坏状态有着确定的认识。
(3)不必考虑结构的非线性性质。弹性结构下的设计方法可以直接引用，可用线性系统代替原有结构。
(4)位移法同传统的设计过程相比可直接获得结构抗震要求所需要的截面参数。
集于众多优点于一身的位移法得到了越来越多的青睐，也广泛地应用于抗震设计理念。基于位移的抗震设计方法大致包括三个方法：能力谱方法控制延性的抗震设计方法直接基于位移的抗震设计方法。
能力谱法
能力谱法按照对结构延性需求将规范设计的反离谱折减后转换为反应加速度—位移关系的需求谱。并且根据对静力弹塑性分析得到的力和位移关系曲线转换成等效单自由度体系加速度—位移关系能力谱。最后通过将能力谱和需求谱放在统一坐标系，可以分析评价结构的抗震性能。能力谱法的基本内容基本包括以下四个方面：
1.1.1以多自由度体系和单自由度的转换关系为依据，从而建立结构的等效单自由度体系。
1.1.2通过对分析研究结构的静力弹塑性得出结构基底剪力。
1.1.3 在同一个坐标系下把能力曲线与需求曲线比较，如果能力曲线不与任何一条需求曲线相交，则得出建筑结构不满足抗震要求。如果两者相交，则可以通过运用插值图解法计算出二者的交点，寻求二者交点的对应阻尼比。该点确定了在设计反应谱作用下单自由度体系下最大反应和先对阻尼，因而可计算结构延性。
控制延性的抗震设计方法
控制延性的抗震设计方法就是通过考察结构屈服以后的整个反应过程进而研究构件和结构的延性问题。
控制延性抗震设计方法主要包涵以下几个方面：
（1）分析计算出在小震下结构的承载力，并且运算出截面内力和配筋。
（2）依据大地震和经验度计算选定的截面和配筋，得到结构的实际强度，求出结构整体所需要的位移延性系数。
（3）通过研究结构位移延性系数与结构体系的塑形变化机制来确立构件的延性需求，进而运算出临界截面所需的曲率延性系数。
(4) 最后的截面的延性设计依据箍筋的确立进行。
1.3 直接基于位移的抗震设计方法
直接基于位移的抗震设计方法，即直接以位移作为设计参数，根据不同地震设防水准，确立相应的目标位移。并且通过进一步的设计，使结构在制定地震强度下达到预先的目标位移，因而有效控制结构地震行为。直接基于位移的抗震设计方法目前在文献中较为广泛应用，其实用性在逐步提升。

2、基于性能的抗震结构设计
近几年来由于传统的抗震设计思想与方法已经无法满足人们对结构抗震功能的深层次要求，许多专家开始纷纷
关注怎样强化结构的抗震安全目标和如何提高抗震的功能要求，并且在理论研究和实践设计中有所转变和突破。基于性能的抗震结构设计概念作为时代的产物，不仅继承了传统抗震设计理念的精华部分而且实现效益与投资的优化平衡和满足结“个性”的要求。
基于性能的抗震设计主要有以下三个方面的内容
地震设防水准的确立
传统的设防水准为小震中震大震三级抗震设防依据，它们是依据全国基本裂度设防区划图同时采用概率的方法得出的。而基于性能的抗震设计为了掌控不同强度地震下结构的破坏状态，在传统的抗震设计水准基础上深度细化抗震设防水平，同时采用地震动参数，从而实现多级设防标准。
确定结构性能参数
基于性能抗震设计要求在不同水平地震作用下得到结构的反应性能指标，因此需要运用合理的结构模型，科学的分析方法进行结构的受力分析。在低强度的地震下一般采用弹性动力分析手段进行结构的弹性分析，高强度地震下时常采用弹塑性静力分析法进行非线性受力分析。
确定结构的性能水准和性能目标。
性能水准即对建筑结构的性能进行划分不同的等级和不同的层次。而明确的结构性能目标则是基于性能抗震设计的核心内容。二者是确定合理的设计方法不可或缺的重要环节。
（4）结合性能参数，对性能水准性能目标综合分析后，确定出科学合理的设计方案。
【结束语】我国是一个地震多发的国家，唐山大地震汶川地震的发生再一次提醒我们应不断地提高建筑的抗震能力，实现高的安全防护水平，最大限度减少人民的生命财损失，而建筑结构的抗震设计方法与之息息相关。

参考文献
建筑地基处理技术规范（jGj79-91）计划出版社，1992年
（2）建筑地基基础设计规范（Gb500007-2002）
建工出版社， 2002年
（3）华南工学院等编，地基及基础
建工出版社， 1987年