浅谈建筑结构抗震设计体系及方法

浅谈建筑结构抗震设计体系及方法
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，以工作经验为基础，对高层建筑结构分析与设计的基本特点。

关键词：高层建筑结构分析设计水平载荷抗震设计方法基于位移基于性能
Abstract：In 2008, wenchuan earthquake, this a great disaster bring us sad also cause our modern structural seismic performance of reflection. Earthquake has sudden, and predictability low, so should carry out as the main policy to prevent, and the most fundamental is to improve aseismatic fortify and improve the modern high-rise building aseismic capacity. This paper, from the Angle of the multiple buildings aseismic design method, in order to work experience as the foundation, of a high-rise building structure analysis and design of the basic characteristics.
Keywords: high building structure analysis and design the horizontal load seismic design method based on displacement based on performance
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。

一高层建筑结构的体系类型
1框架——剪力墙体系
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架——剪力墙体系。

在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。

在体系中，框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。

框架——剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。

剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架——剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

2 剪力墙体系
当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。

在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。

剪力墙体系属刚性
结构，其位移曲线呈弯曲型。

剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架——剪力墙体系。

3筒体体系
凡采用简体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体——框架、筒中筒、多束筒等多种型式。

简体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。

实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。

筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑
二抗震结构设计方法
1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。

2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。

三基于性能的抗震结构设计
1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。

2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。

3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。

四结构分析中常用的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。

要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。

各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。

下面是常见的一些基本假定。

1 弹性假定
目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。

在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构
的实际工作状况。

但是在遭受罕遇害地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，结构进入到弹塑性工作阶段。

此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实的工作状态，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

2 小变形假定
小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。

但有不少学者与研究人员对几何非线性问题(JP——△效应)进行了一些研究。

一般认为，当顶点水平位移△与建筑物高度H的比值△／H>1／500时，P——△效应的影响就不能忽视了。

3 刚性楼板假定
许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。

这一假定大大减少了结构的自由度，简化了计算方法。

并为采用空间薄壁杆件理论计算简体结构提供了条件。

一般来说。

对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。

但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。

4 计算图形的假定
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：①一维协同分析；②二维协同分析；③三维空间分析。

五结束语
总之，在科学技术发展，各种计算分析软件日益完善的今天，提倡建筑结构设计采用新的思想来促进设计人员的创造性。

推动建筑结构设计的发展；寻求有效的手段，确立崭新的建设观念，从而创造良好的生活环境，这是我们对建筑结构设计进行研究与实践的最终目标。

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
（1）建筑地基基础设计规范（Gb500007-2002）
建工出版社，2002年
（2）华南工学院等编，地基及基础建工出版社，1987年。