建筑结构抗震设计之我见
【关键词】建筑，结构，抗震，方法
提起地震，人们的第一反应似乎都是令人揪心的断壁残垣，特别是2008年的5.12地震，至今我们都是记忆犹新，那些曾经的美景转眼成了废墟。地震造成严重损害原因有三种:一是引起地面严重变形；二是引起结构物地基的震陷、砂土液化,使地基失效；三是结构物由于地面运动剧烈震动,因结构强度不足、变形过大、连接接头的破坏、构件失稳甚至整体倾覆而破坏。正如美国科罗多大学的一位专家所说：“造成伤亡的是建筑物,而不是地震”。房屋建筑结构的倒塌和破坏是造成地震灾害的最主要根源。房屋建筑结构对于地震破坏力的影响，对于生命的安全保护不能不引起我们建筑设计人员的深思与重视。良好的抗震设计能够帮助国家和人民减少许多不必要的灾难。基于地震的破坏力原因，在房屋的建筑设计中应该遵循这样的原则：“小震不坏,中震可修,大震不倒”,这也是符合我国基本国情的。这个原则的意思也就是在指在轻微的地震状况下,建筑结构应不发生破坏；在强震的状况下,可以允许结构产生一定程度、乃至严重破坏,但应防止建筑结构物的倒塌，确保其整体的安全性。那么如何在实际操作中体现这一原则，让地震的破坏力减少到最小的程度呢?
1有利抗震场地选择的重要性
地震对建筑物的破坏程度,场地条件是一个重要原因。在场地选择中，应选择对建筑抗震有利的地段,避开对抗震不利地段。有力地段主要指一些坚硬的地段，不利地段主要指在地震时可能发生地基失效的松软场地,易液化土,条件突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质陡坡、采空区、河岸和边坡边缘,场地土在平面分布上的成因、岩性、状态明显不均匀等地段。如果应建筑需要而无法避开时,也应采取适当的抗震加强措施,可以根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。对于地震时可能导致滑移或地裂的场地,应采取相应的地基稳定措施。还应考虑到地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施。对于高层建筑，应改避免采用局部地下室。当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时,应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施；
2多道设防的抗震结构体系的设置
因为地震动引起的结构振动是引起结构物振动破坏的主要原因,因此抗震结构设计要力图使把从地基传入结构的振动能量控制在最小程度,并通过结构物本身所具有的合适的强度、刚度和延性,来防止高强度的破坏。抗震建筑结构体系应在充分考虑建筑物的重要性、房屋高度、设防烈度、地基、场地、材料、基础和施工等因素,经过技术和经济条件比较综合确定。提高建筑物总体的强度和延性是在不增加重量、不改变刚度的前提下两个有效的抗震途径。
2．1要有多道抗震防线,多道抗震防线即是指在一个抗震结构体系中,一部分延性好的构件在地震作用下,首先达到屈服,担负起第一道抗震防线的作用,充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用,其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线,这样的结构体系对保证整个结构的抗震安全性是非常有效的，也在很大程度上避免了因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系“功亏一篑”。同时底框建筑底层高度应控制在4.5m以下。如果高度较大,很多建筑房间就会被业主一层改成了两层,造成了较大的安全隐患。并且由于高度加大,底层刚度就会减小,重心就会提高,从而使框架柱的长细比增大,容易产生失稳现象。
2.2抗震设计的一个重要原则是结构应具有必要的赘余度和内力重分配的功能，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位.产生过大的应力集中或塑性变形集中的状况，从而熬成整体结构失效或失稳。因此，应该采取合理的刚度和强度分布,对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力，避免倒塌。
3建筑布局和结构布置
建筑物的建筑布局和结构布置对其动力性能具有很大的影响。在结构的布置中，不论是在平面还是在立面上,都要力求使质量、几何尺寸、刚度延性等对称、均匀、规整,避免突兀。对于建筑结构设计的平面与立体结构,我们可以根据以下几方面来操作。
3.1结构的整体性。楼盖在高层建筑结构中对于整幢楼结构的整体性起到举足轻重的作用,楼盖的功能就相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构,并且要求这些子结构能协同承受地震作用,尤其是当竖向抗侧力子结构布置复杂或布置不均匀或抗侧力子结构水平变形特征不大相同时,整幢楼的结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。
3.2结构的刚度和抗震能力。结构的抗震能力是结构的强度及延性的综合反映。因为水平地震的作用是双向的,因此，建筑的结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。在一般情况下，应该使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。而结构刚度的选择则是一方面要减少地震作用效应，另一方面又要注意控制结构变形的增大,因为，过大的变形会产生重力二阶效应,导致结构破坏、失稳。
3.3结构的简单性。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,才能确保房屋具有良好的抗震性能。所谓的结构简单是指，建筑结构在地震作用下应该具有直接和明确的传力途径。因为只有简单的结构,才能够对结构的内力分析，计算模型，,限制薄弱部位的出现以及位移分析更易于把握,从而对结构抗震性能有比较可靠的估计。
4重视结构的延性抗震能力
钢筋混凝土结构在我国现有的大部分建筑中应用是最为普遍的,并且具有良好的抗震性能,但是如果未经过合理的设计，这样的结构在地震作用下会产生比较严重的破坏。因此，通过抗震措施来保证结构具有所需的延性抗震能力是非常重要的，这也是为了保证建筑物体的结构在强度较大的地震中能够实现抗震设防的目标,保证建筑物结构的完整与安全，目前业界采用比较多的抗震措施主要包括是以下两种。
4.1强剪弱弯:建筑物的剪切是无延时性和抗震性的，一旦某一部位遭受剪切破坏,该部位就会彻底退出结构抗震能力,尤其是柱端的剪切破坏，严重程度下还会导致结构的局部或整体倒塌。在这种情况下，可以考虑认为因素，使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏，诸如可以采用增大柱端、梁端、节点的组合剪力值等方式。
4.2强柱弱梁:这也是增加人为因素的一种方法，就是人为的增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。而梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大。这样就可以保证框架具有了一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。从而可以在大震中保持建筑物的整体稳定性与安全度。
结束语
自汶川地震后，国家在建筑方面的防震设计十分重视。抗震结构不仅运用在住宅上,桥梁、道路等方面也在逐步采用抗震设计。以上几点是自己在实际工作中的一些体会，能够适用在各类建筑的防震设计中,希望能够协助工程师在施工时更加顺利的进行。
【参考书目】
1. 郭继武著，《建筑抗震设计》，高等教育出版社，1999年版。
2. 杨文忠著，《唐山大地震与建筑抗震》，西南交通大学出版社，2003年版。
3. 孙永志著，《建筑抗震设计图说》，山东科学技术出版社，2004年版。
4. 傅金华著，《建筑抗震设计及实例：建筑结构的设计及弹塑性反应分析》，中国建筑工业出版社，2008年版。
