浅议建筑结构的抗震设计
发布时间：2011-02-26 13:53:38更新时间：2011-02-26 13:53:38
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摘要：论文从几个不同角度对我国高层建筑抗展分析与设计中常见的问题进行了有意义的探讨。归纳总结了建筑结构抗震设计的主要对策，对结构设计人员合理进行建筑结构抗震设计具有重要意义。
关键词：建筑结构，抗震设计，探讨
建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。随着经济水平的增长和高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题。目前，一些设计人员在设计中常常产生一系列设计问题，造成浪费的同时，重点部位的设计却还不满足受力需要，存在安全隐患。下面主要分析讨论工程实践中经常遇到的问题，并给出设计建议。
1我国抗震设计中的常见问题
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。
1）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）多层砖房抗震设计中存在的问题
在“综合楼”砖房中，底层或顶层有采用“混杂”结构体系的，即为满足部分大空间需要，在底层或顶层局部采用钢筋混凝土内框架结构。有的仅将构造柱和圈梁局部加大，当作框架结构。住宅砖房中为追求大客厅，布置大开间和大门洞，有的大门洞间墙宽仅有240mm，并将阳台作成大悬挑(悬挑长度大于2m)延扩客厅面积；部分“局部尺寸”不满足要求时，有的不采取加强措施，有的采用增大截面及配筋的构造柱替代砖墙肢；在构造柱和圈梁的设置上，多数设计富余较大,部分设计设置不足(含大洞口两侧未设构造柱)。
3）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。
4）高层建筑抗震设计中的短柱问题。高层建筑的地下车库等由于使用荷载大，层高较低，在设计中也不可避免地会出现短柱。这样很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，无法满足“中震可修，大震不倒”的设计准则。
2改进提高建筑结构抗震性设计对策
2.1注重建筑结构体系和材料选用
建筑结构体系选择是结构设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定的作用。
1）首先，竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀；其次，楼屋盖梁系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去。再次，转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换；最后，整体抗侧力结构必须体系明确，传力直接。抗侧力结构一般由框架、剪力墙、筒体、支撑等组成，它们宜尽量贯通连续，若它们沿竖向要有变化，则变化要缓慢均匀。
2）结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。钢筋混凝土结构具有良好的塑性内力重分布能力，能较充分地发挥吸收和耗散地震能量的作用。
3）结构体系宜设置多道抗震防线。所谓多道抗震防线，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，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用。当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。高层结构形式应采用具有联肢、多肢及壁式框架的框架剪力墙，剪力墙框架简体，筒中筒等多道抗震防线结构体系。
4）选择合适的材料，减轻结构自重。在高层建筑的方案设计阶段，应该先对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，综合考虑材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。从抗震角度来说，结构体系的抗震等级，其实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求。这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。
2.2改进多层砖房抗震设计存在问题的措施
1）构造柱和圈梁的设置
对横墙较多的多层砖房,应设置构造柱；对横墙较少或横墙很少的多层砖房,应视房屋实际情况增加一层或二层后的层数；对横墙承重或纵横墙共同承重的装配式钢筋混凝土楼、屋盖或木楼、屋盖的多层砖房,应设置圈梁；对于隔开间或每开间设置构造柱的多层砖房,应沿设有构造柱的横墙及内、外纵墙在每层楼盖和屋盖处均设置闭合的圈梁。同时值得注意的是，圈梁的截面和配筋不宜过大，不宜无限提高，并且圈梁的作用也是有限的。
2）构件间的连接措施
多层砖房各构件间的抗震构造连接是多层砖房抗震的关键。抗震构造连接的部位较多，重要部位的连接措施有：（1）构造柱与楼、屋盖连接,当为装配式楼、屋盖时，构造柱应与每层圈梁连接(多层砖房宜每层设圈梁)；当为现浇楼、屋盖时，在楼、屋盖处设240mm×120mm拉梁(配4φ10纵筋)与构造柱连接。（2）构造柱与砖墙连接，构造柱与砖墙连接处应砌成马牙槎，并沿墙高每隔500mm设2φ6拉结钢筋，每边伸入墙内不小于1m。
2.3选择有利的抗震场地
选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地震造成建筑物的破坏，除地震动直接引起的结构破坏外，场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂，地基土的小均匀沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，应选择对建筑抗震有利的地段，应避开对抗震不利地段，如软弱场地土，易液化土，状态明显不均匀等地段；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。
2.4高层建筑抗震设计中短柱问题的避免措施
首先，可以考虑采用分体柱。人为削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度。这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。其次，采用钢骨混凝土柱。钢骨混凝土柱由钢骨和外包混凝土组成。与钢结构相比，钢骨混凝土柱的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，提高柱的整体刚度；再次，采用钢管混凝土柱。钢管混凝土是由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍混凝土的一种特殊形式。最后，使用复合螺旋箍筋。可使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对混凝土的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。
3结语
总之，抗震结构将是目前我国建筑设计机构的重点设计内容，选择有利的抗震场地，另外重视建筑平面的布置的规则性，在高层建筑抗震设计中避免短柱问题等，对于建筑结构的防震中尤为重要。以上是作者根据实际的经验总结，适用于各类建筑的防震设计，以协助工程师在施工时更加顺利的进行。
参考文献：
[1]朱镜清．结构抗震分析原理[M]．地震出版社，2002．
[2]陈翠荣.《关于工程抗震设计中应注意的问题》[J].山西建筑,2007,33(3):44～45.
[3]万利军.《论结构抗震的几种方法》[J].山西建筑,2006,32～24
关键词：建筑结构，抗震设计，探讨
建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。随着经济水平的增长和高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题。目前，一些设计人员在设计中常常产生一系列设计问题，造成浪费的同时，重点部位的设计却还不满足受力需要，存在安全隐患。下面主要分析讨论工程实践中经常遇到的问题，并给出设计建议。
1我国抗震设计中的常见问题
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。
1）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）多层砖房抗震设计中存在的问题
在“综合楼”砖房中，底层或顶层有采用“混杂”结构体系的，即为满足部分大空间需要，在底层或顶层局部采用钢筋混凝土内框架结构。有的仅将构造柱和圈梁局部加大，当作框架结构。住宅砖房中为追求大客厅，布置大开间和大门洞，有的大门洞间墙宽仅有240mm，并将阳台作成大悬挑(悬挑长度大于2m)延扩客厅面积；部分“局部尺寸”不满足要求时，有的不采取加强措施，有的采用增大截面及配筋的构造柱替代砖墙肢；在构造柱和圈梁的设置上，多数设计富余较大,部分设计设置不足(含大洞口两侧未设构造柱)。
3）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。
4）高层建筑抗震设计中的短柱问题。高层建筑的地下车库等由于使用荷载大，层高较低，在设计中也不可避免地会出现短柱。这样很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，无法满足“中震可修，大震不倒”的设计准则。
2改进提高建筑结构抗震性设计对策
2.1注重建筑结构体系和材料选用
建筑结构体系选择是结构设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定的作用。
1）首先，竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀；其次，楼屋盖梁系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去。再次，转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换；最后，整体抗侧力结构必须体系明确，传力直接。抗侧力结构一般由框架、剪力墙、筒体、支撑等组成，它们宜尽量贯通连续，若它们沿竖向要有变化，则变化要缓慢均匀。
2）结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。钢筋混凝土结构具有良好的塑性内力重分布能力，能较充分地发挥吸收和耗散地震能量的作用。
3）结构体系宜设置多道抗震防线。所谓多道抗震防线，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，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用。当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。高层结构形式应采用具有联肢、多肢及壁式框架的框架剪力墙，剪力墙框架简体，筒中筒等多道抗震防线结构体系。
4）选择合适的材料，减轻结构自重。在高层建筑的方案设计阶段，应该先对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，综合考虑材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。从抗震角度来说，结构体系的抗震等级，其实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求。这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。
2.2改进多层砖房抗震设计存在问题的措施
1）构造柱和圈梁的设置
对横墙较多的多层砖房,应设置构造柱；对横墙较少或横墙很少的多层砖房,应视房屋实际情况增加一层或二层后的层数；对横墙承重或纵横墙共同承重的装配式钢筋混凝土楼、屋盖或木楼、屋盖的多层砖房,应设置圈梁；对于隔开间或每开间设置构造柱的多层砖房,应沿设有构造柱的横墙及内、外纵墙在每层楼盖和屋盖处均设置闭合的圈梁。同时值得注意的是，圈梁的截面和配筋不宜过大，不宜无限提高，并且圈梁的作用也是有限的。
2）构件间的连接措施
多层砖房各构件间的抗震构造连接是多层砖房抗震的关键。抗震构造连接的部位较多，重要部位的连接措施有：（1）构造柱与楼、屋盖连接,当为装配式楼、屋盖时，构造柱应与每层圈梁连接(多层砖房宜每层设圈梁)；当为现浇楼、屋盖时，在楼、屋盖处设240mm×120mm拉梁(配4φ10纵筋)与构造柱连接。（2）构造柱与砖墙连接，构造柱与砖墙连接处应砌成马牙槎，并沿墙高每隔500mm设2φ6拉结钢筋，每边伸入墙内不小于1m。
2.3选择有利的抗震场地
选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地震造成建筑物的破坏，除地震动直接引起的结构破坏外，场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂，地基土的小均匀沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，应选择对建筑抗震有利的地段，应避开对抗震不利地段，如软弱场地土，易液化土，状态明显不均匀等地段；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。
2.4高层建筑抗震设计中短柱问题的避免措施
首先，可以考虑采用分体柱。人为削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度。这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。其次，采用钢骨混凝土柱。钢骨混凝土柱由钢骨和外包混凝土组成。与钢结构相比，钢骨混凝土柱的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，提高柱的整体刚度；再次，采用钢管混凝土柱。钢管混凝土是由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍混凝土的一种特殊形式。最后，使用复合螺旋箍筋。可使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对混凝土的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。
3结语
总之，抗震结构将是目前我国建筑设计机构的重点设计内容，选择有利的抗震场地，另外重视建筑平面的布置的规则性，在高层建筑抗震设计中避免短柱问题等，对于建筑结构的防震中尤为重要。以上是作者根据实际的经验总结，适用于各类建筑的防震设计，以协助工程师在施工时更加顺利的进行。
参考文献：
[1]朱镜清．结构抗震分析原理[M]．地震出版社，2002．
[2]陈翠荣.《关于工程抗震设计中应注意的问题》[J].山西建筑,2007,33(3):44～45.
[3]万利军.《论结构抗震的几种方法》[J].山西建筑,2006,32～24
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