建筑工程多层或高层结构抗震设计

建筑工程多层或高层结构抗震设计
摘要：运用现代科学技术手段来减轻和防止地震灾害，对建筑结构进行抗震设计是一种积极有效的方法。

所以，以下是笔者对当前建筑结构抗震设计的几点看法探讨。

关键词：建筑工程，结构，抗震设计
Abstract: using the modern science and technology to reduce and prevent earthquake disaster, the structure aseismatic design is a kind of effective method. So here is the author of the current structural seismic design Suggestions to explore.
Keywords: construction project, the structure, the seismic design
建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。

且在结构分析方面，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，也存在着不确定性。

因此，建筑结构抗震设计就显得尤为重要。

1．有关抗震设计的若干概念
为了保证结构的抗震安全，根据具体情况，结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。

高层建筑的结构单元宜采取加强连接的方法。

尽可能设置多道抗震防线，强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，在首次破坏后在遭受余震，结构将会因损伤积累而导致倒塌。

适当处理结构构件的强弱关系，使其在强震作用下形成多道防线，并考虑某一防线被突破后，引起内力重分布的影响，是提高结构抗震性能，避免大震倒塌的有效措施。

合理布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应。

结构刚度、承载力沿房屋高度宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱部位。

结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等方面的性能。

主要耗能构件应有较高的延性和适当的刚度，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

合理控制结构的非弹性(塑性铰区)，掌握结构的屈服过程，实现合理的屈服机制。

框架抗震设计应遵守“强柱、弱梁、结点更强”的原则，当构件屈服、刚度退化时，结点应能保持承载力和刚度不变。

采取有效措施，防止钢筋滑移、混凝土过早的剪切破坏和压碎等脆性破坏。

考虑上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时，基础结构或地下室机构应保持弹性工作。

高层建筑的地基主要受力范围内存在较厚的软弱黏性土层时，不宜采用天然地基。

采用天然地基的高层建筑应考虑地震作用下地基变形对上部结构的影响。

为了充分发挥各构件的抗震能力，确保结构的整体性，在设计的过程中应遵循以下原则：①结构应具有连续性。

结构的连续性是使结构在地震作用时能够保持整体的重要手段之一。

②保证构件间的可靠连接。

提高建筑物的抗震性能，保证各个构件充分发挥承载力，关键的是加强构件间的连接，使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。

③增强房屋的竖向刚度。

在设
计时，应使结构沿纵、横2个方向具有足够的整体竖向刚度，并使房屋基础具有较强的整体性，以抵抗地震时可能发生的地基不均匀沉降及地面裂隙穿过房屋时所造成的危害。

2．抗震设计一般规定
2．1多层和高层现浇钢筋混凝土房屋的结构类型和适用的最大高度应符合要求。

平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构，适用的最大高度应适当降低。

合相应的计算和构造措施要求。

2．2钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算措施要求。

2．3钢筋混凝土房屋抗震等级的确定，尚应符合下列要求：框架一抗震墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加：裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定外，不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。

裙房与主楼分离时，应按裙房本身确定抗震等级；当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。

地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级；抗震设防类别为甲、乙、丁类的建筑应结合有关抗震设防标准的规定和确定抗震等级；其中，8度乙类建筑高度超过规定的范围时应经专门研究采取比一级更有效的抗震措施。

2．4高层钢筋混凝土房屋宜避免采用规定的不规则建筑结构方案，不设防震缝。

3. 建筑防震设计方法
建筑抗震的概念设计指在进行建筑结构抗震设计时，应着眼于建筑物结构的总体地震的震动反应，按照建筑结构的破坏机制和破坏过程，灵活应用建筑抗震的设计准则，全面而合理地解决建筑结构设计中出现的基本问题。

钢结构建筑有许多优良的特性。

有很好的抗震、抗风性能。

钢结构整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强，建筑物自重仅为砖混结构的1／5，抗震性能却是砖混结构的2倍以上，并有很强的抗风性能，有效的保护人民生命和财产安全。

建筑钢结构都是由多层水平的楼盖和竖向的柱、墙等组成。

楼盖主要承受竖向荷载，而建筑竖向的柱、墙等构件因为建筑高度的变化，其组成方式和受力变形．特性结构体系也有明显的变化。

框架、剪力墙及筒体是结构中抵抗竖向及水平荷载的基本单元，由它们及其变体组成了各种结构体系，如框架结构体系、框架一支撑结构体系、框架-剪力墙体系、框架一简体结构体系、交错析架结构体系等。

建筑设计应设置多道抗震设防体系。

由于地震的震动往往会持续一定时间，而且震动是往复的。

根据对地震的大量研究可以看出，建筑物的倒塌通常是由于地震的持续往复作用，使建筑物的结构造到破坏，从而丧失了对建筑物重力荷载的承载能力。

所以，建筑抗震规范提出“强柱弱梁、强剪弱弯”的抗震设计思想。

建筑柱桩是建筑主要承受重力荷载的构件，通过科学、合理处理柱与梁之间的强弱关系，使建筑框架梁在地震中先于柱子屈服，出现了塑性铰，从而耗散一定的地震能量，柱桩在建筑抗震中退居到第二道抗震设防体系。

剪切破坏属于力学的脆性破坏，而弯曲破坏是材料力学中的延性破坏，破坏后出现塑性铰，建筑结构还能够继续承载。

“强剪弱弯”的设计思想则使剪切破坏退居到第二道抗震设防体系。

建筑抗震设计要具备合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。

结构构件必须具备足够大的承载能力和刚度(刚度包括抗侧刚度和抗扭刚度)，结构构件的承载能力和刚度是相关的，一般来说，建筑刚度越大，其承载能力也越大。

增大建筑结构构件的承载力，可以推迟地震时构件的屈服能力，减轻地震对构件的屈服程度，降低对构件延性的要求，但这提高了建筑工程造价。

要实现经济合理的建筑抗震结构体系，使建筑物在遭受大地震侵袭时，仍具有很强的抗倒塌能力，最理想的是建筑物部分结构构件破坏，通过延性耗散地震能量，避免建筑物的倒塌。

建筑延性系数设计方法。

该方法的实质是通过建立建筑构件的位移延性系数或建筑截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由结构约束箍筋来保证核心混凝土能够满足所要求的极限压应变，从而使建筑构件具有所需要的延性系数。

建筑延性包括建筑结构延性、构件延性和截面延性三个方面。

结构延性可以用顶点位移延性和层间位移延性来表达；构件位移延性与塑性铰区长度和截面延性等有关；截面延性与建筑物的几何形状、混性土强度、轴压比、纵筋含钢率、含箍特征值等因素有关。

采用能力谱方法进行建筑抗震设计。

该方法是通过地震反应谱曲线和建筑结构能力谱曲线的叠加来评估建筑结构在给定地震作用下的反应特性。

反应谱是指单自由度体系在给定地震输入下的加速度谱；能力谱是指通过对建筑结构进行静力推的分析，转换得到等效单自由度体系的加速度和位移之间的关系曲线。

能力谱方法由Freeman等提出，经过不断的完善和革新。

《日本建筑标准法》和美国ATC-40都采用能力谱法作为基于性能，位移抗震设计方法。

Chopra提出了将能力谱方法和结构损伤指数评定相结合的屈服位移能力谱的地震损伤分析方法，增加并强化了能力谱法的实用性。

因此，能力谱法的实质是采用的基于承载力的设计方法加位移、变形的能力校核，并依据能量的设计方法。

对抗震设计的研究表明地震动瞬时能量在大多数情况下对结构最大位移反应具有决定性作用。

但要建立基于能量的有效建筑抗震设计框架还需更深入的研究。

4．结束语
随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展，结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。

最初，在未考虑结构弹性动力特征，也无详细的地震作用记录
统计资料的条件下，经验性的取一个地震水平作用用于结构设计。

结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变
参考文献
[1]王强．建筑物的结构设计[M]．上海：上海科学技术出版社，2006．
[2]中国建筑科学研究院．混凝土实用手册[M]．北京：中国建工出版社．2001。