关于建筑抗震结构设计的分析

Abstract: In this paper, the author introduces the building seismic design standards and the basic design requirements, and puts forward the building seismic structural design measures.

Key words: building; seismic structural design; analysis

中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

结构工程师按抗震设计要求进行结构分析与设计，其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而经济地实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定因素，在结构内力分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，计算方法还很不完善，单靠微观的数学力学计算还很难使建筑结构在遭遇地震时真正确保具有良好的抗震能力。自从去年东京的大地震之后，人们对于建筑物防震性能的关注加强了，建筑物的防震性能在地震来临之时对于保护人民的财产和生命安全起着至关重要的作用，作为一名建筑工作者，对于建筑结构中有关防震设计的理念和措施，提出了一些自己的看法和见解。

1 建筑结构抗震措施的标准

对于性能方面：一种是以损坏的程度来描述，另一种是以用途的重要性来描述的;将建筑中的各种危害层级和可能造成的损失碱性等级划分，从高到低的划分为几类，根据不同类别制定不同的标准来要求各个部分，在遭遇到相当层级的影响时，各个部分对于抗击震灾祈祷自己所在层级相当的作用，承担相应的压力和风险，其按照按照层级的不同递增或者递减，而非简单的“一刀切”和平均化。具体执行和划分标准可参照现行《抗震鉴定标准》中的有关标准，尽可能的严格遵守，不越级。例如，结构抗力的高低，可用结构楼层的受剪承载力与设计地震剪力的比值，即楼层的受剪承载力与设计地震剪力的比值即楼层屈服强度系数来表征;结构变形能力的高低，可以采用量化的标准来表示，便于清楚的比照各项指标。现行的抗震能力的测试不外乎抗压力和变形能力的测试，因为对于建筑物来说，首先在地震来临时应该抗压，如若超出其抗压能力范围，则应想办法将其转移，转移其力量对于该支柱结构的直接伤害。在确定综合抗震能力的两个因素中楼层屈服强度系数的定量在现行的抗震设计规范中已经是现成的，可以根据结构构件的实际截面尺寸和配筋，取材料强度标准值按承载力计算的有关公式得到。

2 建筑物对于抗震结构设计的基本要求

a 一个抗震结构体系由若干个分支系统组成，而且必须协同工作才能发挥优势，常见性的如框架--剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，缺少一个则不能都成上层体系。

b 强烈的地震不会只有一次主震，通常会伴随多次余震，而且其余震的威力往往较普通地震的威力有过之而无不及，这就要求我们不能依靠一道防线，防线一旦遭到破坏，则无法面临即将而来的余震，最终烦人结果只能是倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，设计者应该有意识地建立一系列分布的屈服区，这样在地震来临之时，可以分散压力，有意识地转移来自震源的力量。

c 构件的选择最主要的因素是构件的坚韧程度。

d 楼层的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值应该保持一个相对的平衡状态，一旦其中的一项产生突变，必定导致其他部分的力量转移。

e 要杜绝重局部，轻整体的情况。

f 加强薄弱环节的防震保护，不在地震来临时使其首当其冲。

3 建筑结构设计的有效抗震措施

a 首先，建筑物结构悬挂隔震，将建筑物的全部或者一部分悬挂起来以隔离地震，就是我们常说的悬挂结构，名字很恰当地表达了它的特点，同时，我们也能很直接的感受到它的缺点和局限，即耗费的成本太大，和并不适合于普遍的推广，虽然是一种非常行之有效的方法，但是执行起来却是值得商榷的。一般情况下，大型的钢结构会采用此种措施。大型钢结构一般分为主框架和子框架，在悬挂体系中，子框架通过索链或者吊杆悬挂于主框架上，地震来临时主体框架虽然受到冲击，但是其子框架以及其他零部件是用近似于双节棍的链接方式与主体相连的，那么主体受到的冲击力在传送给子框架时就会减小很多，有益于保护子体框架。

b建筑物基础设置隔震装置减震，这这种减震措施与上文的不同之处在于是在建筑物中间加上辅助材料或者部分已达到减震目的，而前者则是在整体框架结构上的创新上入手，减震装置属于独立于建筑物自身的材料，使用得当最多可使震力减少三分之一左右，不过这种方法局限于非高层建筑，高层如果采取这种方法，反而会增加建筑物的质量，而使地震来临时，这些附属物的重量给生命和财产造成更大的伤害。

c 建筑物地基，用具有防震功能的材料，彻底从根源上稳固地基，将防震落实到最底部，从而到达减震的最终目的。传统的做法是在建筑物的基础部位用粘土和砂子结合固定，也可以直接设置粘土或砂子垫层。在我国建筑史上，曾经有人突发奇想以糯米为原材料，采起优良的粘着性，在建筑物底部形成防震的糯米垫层，减少地震对建筑物的损害，不可谓不奇，当然现当今的的材料学，尤其是建筑材料学已经发展的足够进步，我们可以不仿照古人的做法了，但是这种创新和探索的精神还是值得我们学习的。

d 层间隔震，层间隔离主要用于旧房改建的改建中对于防震的需求，在施工方面很简洁，专业性不强，居民可自行操作。当然于此对应的是低收益，也就是层间隔离的效果没有上述几种方法明显，这也是必然的，因为旧房改建，旧房的地基，基础结构是不能改变的，也是无法改变的，所以只能作为辅助结构使用，其作用原理与前面提到的在建筑物中增加辅助减震的原理基本相同，可以借鉴，也可以根据不同的具体情况选择使用。

e以上我们阐述的几种措施主要是对建筑结构的一部分或者几部分进行减震方面的设计，所谓安装减震装置减少地震的能量向建筑物传递，也是在于局部的减震。无论哪一种，都是利用建筑物的一部分或者几部分的特征然后有针对性的进行减震设计。

f对于辅助类的装置，主要分为滞回型和粘滞型两种。主要有以下两种情况：其一，在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时，我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施，完成相应的工作。最迟也是在建筑物的施工过程当中，在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而，建筑物建成以后，若想加强防震能力的话，只有采取增添辅助器具的方式和方法了，在添加的时候注意与室内设计相结合，保证功能的同时兼顾室内设计的和谐感，在此基础上在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。可以尽量添加在不影响整体观感的位置。其二，随着人们安全意识的不断增强，对于防震避灾的重视，建筑结构设计也在不断更新中，以满足人们对于居所的规避自然灾害和风险的要求。设计师在从事设计的时候，依照上文的迹象建议，除了可以对建筑物的基础部分采用特殊处理之外，还可以借助外力的转移来保证人们的财产和省生命安全，这是我们从事设计的最终目的和最美好的愿景。

4 结束语

建筑物的抗震问题是目前建筑业的热点话题之一，大家围绕各种抗震结构的分析阐述自己的见解，抒发自己的观点，因为它直接关系到人民的财产和生命安全，平时，没有灾难时，看似无关紧要，但是一旦震灾来临，就面临生死攸关的大问题，因此，我们在对建筑物进行结构设计的时候，必须把正视建筑物设计的抗震问题，端正态度，积极主动地探索减震措施。