浅谈建筑设计研究中的抗震性能

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【摘 要】随着我国建筑事业的不断发展及人们生活水平的不断提高，建筑结构的抗震设计受到建筑行业的高度重视，要求建筑工程不仅要满足人们的生活需求，还要注重建筑的抗震性能。但由于我国经济发展水平及设计理念的限制，建筑结构的抗震性能还远远落后于发达国家，因此在充分考虑材料失效、非弹性构件及空间作用等因素的基础上，采取更为科学、合理的建筑设计与施工，从而提高我国建筑的抗震可靠性。

【关键词】建筑设计；抗震性能；机构构件

近年来，随着地震危害的发生频率越来越高，人们的抗震意识不断增强。在房屋建筑中，要求建筑不仅要满足人们的生活需要，还要提高建筑的抗震性能。由于地震有一定的随机性，其不确定性难以把握，因此对地震的预防是比较困难的，为此，只有通过提高建筑工程中的抗震性能，才能有效降低地震造成的经济损失，以保证人们的生命财产安全。

1 抗震性能化的设计

近年来，我国的建筑抗震设计规范（GB50021-2001）提出了“小震不坏，中震可修，大震不倒”三个水准要求。我国抗震规范主要以地面运动加速度反应谱为基础，并根据结构延性调整结构反应进行计算。建筑的抗震设计是为了保证建筑与人民的安全。近年来，在全球范围内的一些大地震显示，按现行的抗震规范设计的建筑还无法很好地保证人们的生命财产安全。尤其是城市地震中，造成的危害不仅仅是人们的生命安全，还会导致城市出现严重的经济损伤，甚至瘫痪。因此，在抗震设防中仅以生命安全作为设防标准是完成不够的，还必须充分考虑建筑与设施的安全，保证建筑在地震时的正常功能，降低地震对社会造成的巨大危害。为此，在建筑设计中非常有必要考虑抗震性能目标的设防标准，以提高建筑的抗震性能。

2 提高高层建筑的抗震性能的设计原则

2.1 选择合理的建筑结构体系

在建筑设计中，选择合理的高层建筑结构体系，能有效提高高层建筑的变形能力、承载能力及消减地震能量能力等，同时也是保证建筑物安全的关键。因此，必须将抗震概念贯穿于建筑的设计、施工全过程，充分考虑建筑物的平立面外形尺寸，承载力分布、质量分布及抗侧力构件布置等因素，并要求建筑的平、立面对称，从而构建具有一定规则的建筑布置。通过采取相应的措施进行建筑结构的细部处理，以保证建筑物抗侧力体系的承载力变化均匀。同时，要对建筑结构的构件承载力与弹塑性变形等情况进行严格的验算，并建立抗震性能较好的多重结构框架。同时，选择建筑主体抗侧力结构的刚度必须要大于规范的阙值，并严格控制各结构层间的位移，以促进塑性内力重分布能力的形成，从而有效吸收与消耗地震所导致的能量。另外，在建筑抗震设计中，还应遵循“强柱弱梁、强节点弱构件、强剪弱弯、强底层柱”等原则，以对建筑结构的刚度、承载力、延性、稳定性等性能较弱部位进行相应的加强。

2.2 选择抗震性能较高的建筑材料

对于建筑结构而言，其抗震能力就是指不同建筑构件在地震中的承载力与延展力的相结合。因此，在建筑工程设计中，必须要结合建筑工程的实际情况，选择抗震性能较好的建筑材料。通过对比材料的抗震性能，不同建筑材料的性能等级依次为：钢结构、型钢混凝土结构、现浇钢筋混凝土结构及装配式钢筋混凝土结构等。因此，在建筑设计中，可适当采用钢结构或型钢混凝土结构，以使柱断面尺寸减小，从而提高建筑结构的抗震效果。同时，在现代建筑中，还应多选择一些新型的建筑材料，以降低建筑结构的自身重量。而在相同地基的前提下，采用钢管混凝土的承重柱自重能有效降低60%左右，能有效降低建筑物的重心，并减小地震中的冲击能量，从而提高建筑的抗震性能与稳定性。

2.3 控制建筑物的质量

在地震中，建筑物的质量越大，其机构的损伤程度就越大。因此，建筑在能满足人们正常生活需要的基础上，各建筑结构的设置应以轻为原则，可多采用轻质材料、加气混凝土砌块等砌筑墙体，以减低墙体的自重。这就要求必须做到以下几点：（1）在建筑楼屋盖与屋盖的施工中，尽量选择轻质材料，以减轻建筑的自重；（2）维护结构的设计要轻，且承重墙体的设计也要轻。当墙体出现较大自重时，其抗拉强度与抗剪强度就会明显降低，若抗震设计不合理，就会导致抗震性能降低。（3）在建筑物顶层不得建造过重的附属物。顶层的附属物容易造成极端反应，且会增加建筑物的自重，使建筑物在地震中容易被破坏。（4）周期计算是抗震设计中的重点，其自振周期公式为：

其中，T为建筑结构体系的自振周期；m为建筑结构体系的质量；K为建筑结构体系的刚度，和建筑自身的柔度呈反应。由此可见建筑的质量越大，其周期就越长。作为建筑结构有的属性，自振周期是建筑结构中重要的动力特性。因此，在建筑设计上，应尽量减轻各建筑结构的重量，以提高其刚度，从而提高建筑的抗震性能。

2.4 注重圈梁与构造柱的合理布置

在建筑设计中，合理的圈梁布置，能有效减轻地震带来的危害，同时可以使纵横墙体之间的连接得到加强，并增强墙体的稳定性，从而增强建筑的整体性。另外，也可以通过对墙体裂缝的约束，以防因地震引起地基出现不均匀沉降现象，导致建筑结构出现破坏的现象。另外，还可以通过设置构造柱，以提高建筑的抗震性能。构造柱对建筑结构的作用主要体现在以下几方面：（1）能有效增强建筑的整体性；（2）提高建筑墙体的抗剪能力；（3）提升建筑结构的变形能力；（4）提高抗剪强度；（5）有效避免碎块脱落；（6）增加建筑结构的延性；（7）在墙体开裂后，可通过摩擦将地震能量消耗掉；（8）设构造柱后，建筑的特性保持不变。在建筑设计中，构造柱应根据建筑抗震设计规范的相关要求进行设置，在承重墙体的交叉部位都要设置，从而提升墙体的延性。

2.5 设置多道抗震技术措施

设置有效的技术措施是提高建筑物抗震性能的关键。抗震技术措施主要包括：（1）在建筑设计中，要保持结构体系内部与外部的冗余度，并对建筑结构构件之间的强弱关系进行合理的处理，通过建立“屈服区”，使“有效屈服”保持较长阶段，吸收和耗散地震能量。（2）可改变建筑结构的动力学特性，如采取滑移隔震、软垫隔震及摆动隔震等方式，以消耗地震的能量。（3）可采用钢纤维混凝土等复合材料，阻滞带基体混凝土裂缝的形成，使建筑混凝土的抗剪、抗弯及抗拉强度得到提高，并改善建筑结构的抗疲劳性、抗冲击性、耐久性及裂后韧性等。（4）采用采用钢管混凝土柱。在建筑结构中采用钢管混凝土柱，使钢管不仅是横向箍筋，也是纵向箍筋，使钢管中的混凝土在受到钢管的侧向约束力后进行三向受压，再加上钢管自身的塑性，能有效提高建筑的抗压强度、延性及极限压应变能力。

3 结束语

综上所述，建筑结构的抗震设计对保证建筑结构与人民生命财产的安全具有重要意义。随着抗震设计方法的不断改进，已从最初的静力侧力法发展到反应谱法，其不仅考虑地震地面的运动特征，还考虑结构自身动力特性，并逐渐发展到今日的抗震性能设计方法，使建筑结构的抗震设计能反映地震作用的随机性，并综合考虑小震、中震、大震三大水准地震对建筑结构的受力、变形及损失等情况，以采取针对性的分析与抗震措施，从而提高建筑结构的抗震性能。

参考文献：

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