现代建筑结构设计的抗震设计问题探讨
摘 要：随着现代社会的发展，高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。抗震设计不仅要防止建筑物倒塌破坏，还需要根据建筑物的用途和重要性有效控制其破坏状态。这就对抗震设防目标提出了多级化要求。
关键词：建筑结构;抗震设计;
前言
地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一。我国是一个地震多发的国家，分布广、频率高、强度大、震源浅，是世界上地震灾害最严重的国家之一。近几年来，各国历次地震对人类造成了严重灾害，通过总结大量的经验教训，促使结构抗震设计不断发展。建筑抗震的实践表明，一个地震区建筑物，如果没有良好的建筑总体布置方案，单靠结构抗震计算和抗震的构造措施，在较强烈的地震作用下，仍是难以取得建筑抗震的较好效果，甚至减轻不了建筑物的震害程度。因此，只有建筑设计与建筑抗震设计有机地结合起来，建筑抗震设计水平才能达到一个比较完善的高度。
1 目前我国抗震设计中存在的不足
通过多年对于建筑抗震设计的研究，我国逐渐形成了自己的一套较为先进的抗震设计方法而且日益成熟，但是也有许多考虑欠妥的地方，需要我们今后加以完善。首先，与国外规范相比，我国抗震规范在对关系的认识上还存在一定的差距。美国UBC规范按同样原则来划分延性等级，但在高烈度区推荐使用高延性等级，在低烈度区推荐使用低延性等级。这几种抗震思路都是符合规律的，而目前我国将地震作用降低系数统一取为2.86，而且还把用于结构截面承载能力设计和变形验算的小震赋予一个固定的统计意义。另外，我国规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标也存在一定的问题。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。最后，由于不同类别建筑的不同重要性，不宜再笼统的使用以上同一个性态目标。此外，还应该考虑建筑所有者的不同要求，选择不同的设防目标，从而做到在性态目标的选择上更加灵活。
2 高层建筑抗震设计中经常出现的问题
2.1 部分建筑物高度过高
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化，建筑物的抗震能力下降，很多影响因素也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
2.2 地基的选取不合理
由于城市人口的增多和相对空间的缩小，不少建筑商忽略了这一问题，哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。
2.3 材料的选用不科学,结构体系不合理
在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
2.4较低的抗震设防烈度
许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高。我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为lO%的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层建筑的抗震要求。
2.5建筑外形与平面功能影响结构布置
现在某些政府规划部门领导根本不懂结构，纯粹为了形象美观而对建筑设计指指点点，从而使建筑偏离了建筑设计师的最初理念，你对他提出的修改意见不予理会，你就通不过。还有某些建筑设计师根本就缺乏抗震设计的概念，在高烈度区设计出高层建筑的大悬挑，这既增加了工程造价，有埋下了安全隐患，不负责任的叫嚣“没有做不出的结构”，那要看付出的代价和收获是不是对等。
3 结构抗震设计中概念设计
所谓“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，是进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。地震动是一种随机振动，有难于把握的复杂性和不确定性，要准确预测建筑物所遭遇的特性和参数，目前尚难做到。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、阻尼变化等诸多因素，也存在着不确定性。因此抗震问题不能完全依赖计算结果。而是应该立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，往往是构造良好结构性能的决定性因素。抗震概念设计主要有如下几点：
3.1建筑选址。避免抗震危险地段，选择对抗震有利的场地、地基和基础在进行设计时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，作出综合评价，宜选择坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等有利地段;避开软弱土、液化土、河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层等不利地段;同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分用桩基，当地基有软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚度。
3.2合理的平立面布置。建筑物的动力性能基本上取决于它的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，从而确保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。对体形复杂的建筑物合理设置变形缝，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，严格控制建筑物的高度和高宽比。
3.3 结构选型和结构布置。结构选型根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经技术、经济条件比较综合确定。单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下列性能：延性系数高;匀质性好;正交各向同性;构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。结构布置遵循的原则是平面布置力求对称，使构件分配的力均匀;竖向布置力求均匀，尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。
3.4多道抗震防线的设置。多道设防就是人为加强某些竖向抗侧力结构，提高部分的可靠度;并且有意识地设置一些薄弱环节，使其在强震作用下退出工作。将建筑物自振周期与地震动卓越周期错开，使建筑物的共振现象得以缓解，减轻地震的破坏作用。
3.5刚度、承载力和延性的匹配。当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低;反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。
4 建筑结构消能减震与隔震设计
消能减震隔震是指在结构体系中设置隔震层以隔离地震能量，或在抗侧力结构中设置消能器吸收地震能量，从而达到减轻震害的目的。由于它是一种新型的结构体系，且隔震层以上结构部分的使州要求高于非隔震建筑，因此，在目前的设计中应用较少。其主要原理为：在房屋底部设置橡胶隔震支座和阻尼器等，以延长构件的自振周期、增大阻尼，或在结构中设置消能装置，通过局部变形提供附加阻尼，消耗地震能力，而达到保护上部结构的目的。结构空间刚度房屋是由纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的高低取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。
刚性楼盖体系是保证所有竖向抗侧力构件共同受力的先决条件，建议采用现浇楼屋盖，对于砖混结构体系采用现浇楼屋盖不仅可消除滑移、散落问题，提高房屋的整体性，增大楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可以予以适当的放宽，因为作为以剪切变形为主的砖混结构，层间变形是可控制性的，较强的楼、屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件，平面上当上下墙体不对齐时，现浇楼、屋盖能起到一定的传递水平力的作用，同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。砖混结构房屋采用纵墙或横墙承重，由于其另一方向的约束墙体少、间距大，因而房屋的另一方向刚度较弱，空间刚度和整体性都较差，抗震能力低。在中强地震作用下，墙体由于平面外的失稳而先行破坏，进而引起整个房屋的倒塌。而在两个方向布置适当的纵横墙混合承重房屋。由于其限制了纵墙的侧向变形，增强了空间刚度和整体性，对承受纵横两个方向的水平地震作用，以及抗弯、抗剪都非常有利，抗震性能较纵墙或横墙承重好得多。
5 结束语
抗震设计问题是一个非常庞大和复杂的课题，涉及面非常广泛，在未来的研究中，还有许多方面需要进一步的探讨，我们也期待有更多新兴抗震技术应用于建筑中，能够为减轻地震灾害、保障人民生命、财产安全做出更大的贡献。
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