建筑结构抗震概念设计应用分析

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【摘要】加强对建筑结构抗震概念设计应用的研究，有利于提高建筑结构抗震设计水平，具有重要的现实意义。本文笔者对建筑结构抗震概念设计应用进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

【关键词】建筑结构，抗震概念设计，应用

前言：建筑设计是建筑抗震设计中一个非常重要的环节，它与建筑物的抗震能力密切相关，对建筑抗震起到一个基础作用。而一个优良的抗震设计，必须与结构设计相互配合，对建筑的整体结构要充分考虑。设计人员要综合考虑，才能使建筑的功能设计与抗震能力达到一个平衡的状态。

1 抗震概念设计的意义

在进行建筑结构设计时通常采用计算设计和概念设计两种设计方式。前者对计算和规范的要求较高，完成计算模型的分析和受力情况的假设之后，要完成具体的计算分析，运用计算得出的结果完成设计工作。地震作为一种随机性极强的自然灾害，还会造成地面的运动，这无疑增加了设计的复杂程度。混凝土的弹性模量和其阻尼的变化在地震发生时通常不会呈现线性特征，这就使得设计过程中的计算得不到良好的设计效果。基于概念设计的设计过程只需要附加必要的数据就能完成抗震性能良好的设计。这种概念设计要借助丰富的工程经验和对地震灾害的充分理解才能处理得当。

2 抗震概念设计的应用

2.1 抗震场地的选取

建筑物在遭受地震时发生的毁坏主要分为一下三类：首先，地震会引起地面的剧烈运动，建筑物在这种地面的运动中发生扭曲和变形；其次，地震的发生还会伴随诸如泥石流、海啸等其他危害；最后，地面变形会产生滑坡等现象，导致建筑受损。对于上述三种情况，只有第一种情况能够实现真正意义上的技术防范，后两种情况只能在抗震场地的选取上进行预防。

2.2 构建恰当的地基

地基应该充分考虑当地地质情况，并合理设计地基的负载分布情况，使地基在地震发生时起到最大作用。结构相同或者相似的单元在设计时应当放置在相同或者位置靠近的地基上，一个地基上相同结构的单元不允许出现性质完全不同的情形，地基在地面以下的部分应当保持同一长度，在各个结构单元间均匀分配地下室，这样可以使得地基具有良好的整体性，在地震发生时能够表现出最佳效果。

2.3 平面和立体结构的调整

为了具有良好的抗震性能，建筑物结构应该在简单、匀称的基础上要求更强的整体性和弹性。“简单”代表建筑的结构在地震发生时受力情况明显，不同结构单元使用不同的结构体系，简单明了。建筑物的匀称就是要求材料刚度变化小，降低楼层之间错位情况的发生几率，同时也使建筑变形情况得以缓解。

2.4 确保构件连接稳定

构件的节点所受的承载力不得小于连接构件的承载能力，连接过程中不可以破坏结构的整体性，构件的连接不仅要确保一定的刚度，更重要的是还要具有一定变形的能力。

2.5 加强抗震防线的建设

抗震防线是利用能够实现多重抗侧力的结构使得建筑物部分的延性得以加强，设置多道这样的抗震防线可以大大加强抗震结构体系的抗震能力，能够将大部分地震传递来的能量消耗殆尽。如果地震能量过大，导致第一道抗震防线被击破，建筑物设计的自震周期和卓越周期具有一段距离，这样就很好地消除了建筑物共振的可能性，减少地震带来的危害。第一道防线多采用负载较小的纵向支撑，有必要时还可以在建筑物中设置冗余部件，地震能量传递过来时这些冗余部件发生屈服变形，同样可以巧妙地使建筑物自震周期错开，降低共振的危害。

2.6 破坏规律的调整

地震发生时建筑物的破坏与结构有关，不同结构的受损程度也不同，进行抗震概念设计的工作人员应当对结构的破坏规律合理安排。一般而言，结构整体不允许先于局部结构破坏，只要弄清破坏规律，可以将建筑物受损情况降至最轻。经笔者总结，破坏规律可以归结为以下两条：“纵不先横”，即柱子应当在梁被破坏之后遭受破坏，因为柱子一旦破坏整体结构直接受损，坍塌的几率大大提高；“节强于杆”，即节点不能在构件之前损坏，因为节点的损坏直接导致众多构件受损，这与保全整体的原则是相符的。

3 高层建筑结构抗震概念设计的主要要点

由于地震的不可预知性，高层建筑结构在设计过程中很难准确地预测建筑物所遭遇的地震特性和基本参数，只靠计算很难使高层建筑结构具备良好的抗震性能，这就要求每个结构工程师必须重视建筑结构的抗震概念设计。因此，高层建筑结构在抗震设计中，应注意以下几点：1） 建筑结构的平面布置。建筑结构的平面布置是影响结构抗震的重要因素，合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明，平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应，较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反，平面布置复杂、不对称且不规则的结构，其地震作用效应很难估计的。因此，高层建筑结构中规范规定，宜采用规则结构，不应采用严重不规则的结构。2） 建筑结构的体系选择。高层建筑结构设计中，就优先采用具有多道防线的结构体系。例如： 框架―剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。这三种结构可以作为地震区高层建筑的首选体系。当建筑物高度不高且层数不多时，可采用框架结构。但当建筑物位于地震区，且高度均较高时，应避免采用框架结构、板柱剪力墙结构。因为，地震具有强破性且持续时间很长，往复次数较多，能够对建筑物造成累积破坏。单一的结构体系在遭遇地震时，一旦发生破坏，很容易造成房屋倒塌，危及人们的生命及财产的安全。当结构体系具有多道防线时，当遭遇地震时，第一道防线遭破坏后，后续的防线仍然能抵抗地震的冲击力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，给人们以充分的时间进行逃生，保证人民的生命安全。因此，高层建筑结构抗震设计中的多道防线是进行抗震设计时所必须设置的。3） 结构薄弱层。当建筑结构的侧向刚度分布不均匀、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变时，容易产生薄弱层。薄弱层在地震中是最先遭受破坏的部位。因此，对有明显薄弱层的结构，应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。结构构件的实际承载能力是判断薄弱层部位的基础，有意识、有目的地控制薄弱层部位，让它有足够的变形能力，而且不使薄弱层发生转移是提高结构抗震性能的重要手段。4）建筑结构抗震设计的质量，震灾害会产生很大的破坏力，所以在设计建筑结构时，要有效地提高结构的抗震性能。目前在我国的建筑行业中，建筑结构的整体设计水平明显低于国外发达国家，存在着设计方案不合理、建筑施工成本较高、建筑物整体重量较大等问题，这样在地震来临之时，会造成严重的危害。所以，为了设计出比较合理的建筑结构，应该严格按照相关的抗震规范规定，选择合适的场地，认真、充分地考虑建筑结构的构件承受力、消耗能力、延续性以及刚度等问题，科学、合理地进行抗震设计，从而提高建筑结构的抗震能力以及承载能力，提升安全性。

4 小结

抗震概念设计是一项涉及诸多事项的系统工程，设计时应当把握确保结构整体稳定性这一原则，对于连接部位要重点防治。建筑的抗震性能和设计人员对结构整体的把握密不可分，设计人员应当具备充足的概念设计经验，设计过程中严格按照要求和原则执行，才能确保建筑具有良好抗震性能。

参考文献

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