建筑结构的抗震能力及措施分析

建筑结构的抗震能力及措施分析
【摘要】我国是世界上地震频发且震害极其严重的国家之一，特别是我省“5.12”汶川特大地震给地震灾区房屋建筑造成了极大破坏。

？地震灾区的建筑结构设防与不设防，震后结果大不一样。

要使工程建设能够减轻以至避免地震灾害，把握好抗震设计关是减轻地震灾害的根本措施。

本文对建筑抗震进行了必要的理论分析，从而探索建筑的设计理念、方法，进而采取必须的抗震措施。

【关键词】建筑设计建筑结构抗震设计
一、引言
地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。

研究表明，在地震中造成人员伤亡和经济损失最主要的因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害。

我国是世界上地震灾害频发并且震害极其严重的国家之一，据专家预测及分析，目前我国正处于第五个地震活跃期，频繁发生的地震灾害告诉我们，抗震设防是防御和减轻地震灾害最根本、最有效的措施。

因此，建筑物的抗震设防问题是我国减轻自然灾害、保障国民经济建设和社会持续发展，特别是保障人民群众生命安全的一个重要问题。

地震作用具有较强的随机性和复杂性，要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态，不发生破坏是很不实际的；既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重，但不倒塌。

因此，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。

二、我国抗震设计中的不足
我国以前规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标以前存在一定的问题。

该设防目标对甲类、乙类、丙类这三类重要性不同的建筑来说，并不都是恰当的。

这种笼统的设防目标也不符合当今国际上的“多层次，多水准形态控制目标”思想，这种多形态目标思想提倡在建筑抗震设计中应灵活采用多重形态
目标。

这些不足主要表现在：
我国建筑目前大多采用的是钢筋混凝土框架结构，在整体设计上存在较大的不均匀性，使得这些结构存在着“层间屈服强度”特别薄弱的楼层。

在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象。

三、抗震设计的基本原则与要求
（一）结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。

（二）设置多道抗震防线。

1、一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。

2、强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，在第一次遭大震破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。

抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒
塌。

3、适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。

4、在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

（三）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力
1、构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。

比如加强梁、柱端加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按符合规范要求。

2、要使楼层部位的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化。

3、要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。

4、在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

（四）、提高短柱的受压承载力
提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。

（五）采用钢管混凝土柱
钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内形成的组合结构材料。

由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。

当选用了高强混凝土和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高。

四、抗震措施
在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与结构延性结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发
展的方向。

主要的抗震措施有：
（一）选择有利场地。

由于场地因素引起的震害往往特别严重，因此，选择建筑场地时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑抗震不利的地段。

（二）采用合理的建筑平立面。

简单、规则、对称的建筑抗震能力强，在地震时不易破坏；反之，如果房屋体形不规则，平面上凸出凹进，立面上高低错落，在地震时容易产生震害。

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。

建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。

（三）提高结构的延性。

结构的延性可定义为结构在承载力无明显降低的前提下发生非弹性变形的能力。

结构的延性反映了结构的变形能力，是防止在地震作用下倒塌的关键因素之一。

结构良好的延性有助于减小地震作用，吸收与耗散地震能量，避免结构倒塌。

而结构延性和耗能的大小，取决于构件的破坏形态及其塑化过程，弯曲构件的延性远远大于剪切构件，构件弯曲屈服直至破坏所消耗的地震输入能量，也远远高于构件剪切破坏所消耗的能量。

因此，结构设计应力求避免构件的剪切破坏，争取更多的构件实现弯曲破坏。

始终遵循“强柱弱梁，强煎弱弯、强节点、弱锚固”原则。

构件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系，致使结构的周期发生变化，以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。

（四）控制建筑高度及层数。

历次地震灾害证明，砌体建筑的层数越多，高度越高，其地震破坏就越严重。

因为建筑层数及高度值越大就意味着侧向地震作用就越大，同时也加大了建筑底部的倾覆力距。

因此在地震中，倾覆力矩过大使得底部墙体产生过大的压力和剪力而被破坏。

所以控制砌体结构高度及层数对减少地震灾害有很大的作用。

（五）合理采用抗震缝
按抗震要求设置的垂直的构造缝叫做抗震缝。

抗震缝一般设置在结构变形的敏感部位，沿着房屋基础顶面全面设置，使得建筑分成若干刚度均匀的单元独立变形。

2010版抗震规范对缝宽要求更高：
对多层砌体结构抗震缝宽可采用50～100mm；对框架结构抗震缝宽最小为100mm，缝隙两侧结构必须完全分开，中间间隙距离保证在地震作用下两侧结构不发生碰撞。

装修后可完全隐藏抗震缝，对建筑功能影响较小。

五、结束语
综上所述，对建筑结构来说，良好的抗震性能一定来自于相对简单的体形，来自简单而直接的传力体系及地震作用下结构的多道设防线，在地基和基础的设计中也应充分考虑到地基的变形对建筑的安全影响等。

现代抗震设计思路提出至今，世界各国的抗震学术界和工程界又取得了许多新的成果，比如进行了大量钢筋混凝土构件的抗震性能试验；通过迅速发展的计算机技术编制了准确性更好的非线性动力反应程序；在设计方法上也不再拘泥于以前单一的基于力的传统抗震设计方法，开始尝试基于性能和位移的新的抗震设计理念。

在这样的环境中，我国的抗震设计思路也应该在完善自身不足的同时，不断向前发展，就能使地震灾害降到最低限度。

参考文献
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