对建筑抗震结构设计有关问题的研究

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【摘要】建筑物的抗震性能必须把好抗震设计和施工两道关。抗震设计必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行。

【关键字】建筑抗震设计延性

引言

根据当前的震害经验和理论认识，良好的抗震设计能够帮助国家和人民减少许多不必要的灾难。我国依据自己的国情，坚持建筑结构抗震设防的原则是：“小震不坏，中震可修，大震不倒”，即在多发的小震作用下，建筑结构应基本处于弹性阶段，不发生破坏；在罕遇的大震作用下，允许结构产生一定程度、乃至严重破坏，但应确保建筑结构物的整体安全，防止倒塌。本文结合实践工作，对建筑抗震结构设计方面进行探讨。

1 抗震建筑的设计应考虑到以下原因

1.1 场地选择

场地选择的原则是避开地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地

1.2 体形均匀规整

无论是在平面或立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量、刚度延性等均匀、对称、规整，避免突然变化。

1.3 提高结构和构件的强度和延性

结构物的振动破坏来自地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构物具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。

1.4 多道抗震防线

使结构具有多道支撑和抗水平力的体系，则在强地震的作用下，建设工程的一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。

1.5 防止脆性与失稳破坏，增加延性

脆性与失稳破坏常常导致倒塌，故应防止。这种破坏常见于设计不良的细部构造。

2 建筑抗震设计中各种材料的不同运用方法

2.1砖结构：承重墙厚度不宜小于240mm

砖墙承重或砖柱承重的砖结构房屋，是目前乡村地区还比较普遍的一类传统民居，虽然现在我国人民的生活水平不断提高了,但是其受欢迎程度在乡村还是比较高的,所以绝对不容忽视.按其在建筑物中的位置区分有内墙和外墙；按材料和构造方式分，有实砌墙、空斗墙和复合墙。

砖结构房屋，要求墙体均匀、对称，纵横墙间距适当，并沿竖向上下连续；砖柱与砖墙要有足够的强度，所有承重墙体的厚度，应不宜小于240mm，如果是烧结普通砖和烧结多孔砖,其强度等级不低于MU10,其砌筑砂浆强度等级不低于M5.

为提高抗震性能，建房时，其楼盖屋盖宜优先采用现浇钢筋混凝土楼板.当采用混凝土预制装配楼盖屋盖时,可在板底处，沿房屋外墙、砖柱顶部设置现浇的钢筋混凝土圈梁，以增强砖房的稳定性和整体性,并采取措施保证各预制构件之间连接的整体性.此外,据了解,目前乡村地区建房时普遍存在不设构造柱的现象.这一点也值得广大乡村居民注意,应改变这种传统做法,必须在建房时在必要部位加设构造柱.

设置抗震缝也是非常重要的。对于一些多层砖混的楼房，还要特别注意形状规则些，成为整齐的长方形，正方形、圆形或其他没有凸出凹进的形状，几何形体复杂的建筑物应设置抗震缝，即在两个单元之间留下一定宽度的墙缝，将其分成形状简单的几个独立单元，以免地震时由于各个部分所受力的大小不一致，而容易在转弯拐角处造成断裂或倒塌，并导致整体破坏。

2.2石结构：楼板石架入支座的支撑长度不小于120mm

石结构房屋、建筑物是沿海很多乡村因地制宜普遍运用的传统建筑结构，历史悠久、形式多样、颇具特色。但石材既硬又脆，不具弹性，抗弯、抗拉力和冲击力显然比钢筋混凝和木质结构都差，重力荷载大，如施工不佳、布局欠妥，就容易变成地震区的危房。

石柱、石楼板、石梁、梁托要环环扣紧，相互拉结，联成较好的整体性。有些石楼房用长条板石做楼板，荷载重，更应特别注意它的稳固性，尽可能做到：楼板石架入支座的支撑长度不小于120mm，较合理地支撑长度应相当于墙体厚度；楼板夹缝加钢筋，水泥砂浆灌缝饱满、黏结紧。天然石材的建筑构、配件如雨篷、檐口、遮阳板、踏步等种类繁多。这些配件的适当构造处理，对增强房屋抗震能力同样具有重要意义。

2.3 木结构：骨架尽可能采用穿斗式

木骨架承重房屋，在一些乡村民宅仍有一定比例。木结构一般由梁、柱、檩条和椽子等组成骨架，承受房屋和楼层的荷载，墙只起着围护与间隔作用。这种房屋可因地制宜，如果构造合理，就具有较强的抗震能力。

建房时，增强纵向与横向的稳定性，是木屋架承重房屋有效的抗震措施。一般采取在梁与柱之间增设斜撑和剪刀支撑来加强。同时，尽量减轻上层围护墙的重量，加强木骨架及隔墙、围护墙的拉结力。高烈度地震区的木骨架承重房屋，可采用下部做重的围护墙，上部做轻的围护墙和隔墙的方法，以增强抗震力。

木结构的房屋还有一些是由土墙或土坯墙支撑木质屋顶的。土墙的强度和耐久性，很大程度取决于土质的优劣。建房时应尽量保证墙身互相联结好，避免孤立墙，在墙身交接处或墙身过长时，须加筋或设圈梁，房屋总长度不宜超过60米，跨度不大于6米的屋架及超过1500公斤的集中荷载，若仍支承在土墙上须加垫板。

3 延性在抗震设计中的重要性及其作用

结构抗震的本质就是延性，延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示。在这过程中，构件的承载能力没有多大变化，但其变形的大小却决定了破坏的性质。是钢筋砼受弯构件的M—Δ（Φ） 曲线，Δy 是屈服变形，Δu 是极限变形。提高延性可以增加结构抗震潜力，增强结构抗倒塌能力。

延性结构通过塑性铰区域的变形，能够有效地吸收和耗散地震能量；同时，这种变形降低了结构的刚度，致使结构在地震作用下的反应减小，也就是使地震对结构的作用力减小。后者会多用材料，对于地震发生概率极少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。此外，延性可以使超静定结构的内力得以充分重分布，采用塑性内力重分布方法设计时，同样也可以节约钢筋用量，取得较好的经济效果。因此可以说结构的延性和结构的强度是同等重要的。

结构延性在抗震中之所以如此重要，是因为结构延性具有如下作用：

3.1 防止脆性破坏

由于钢筋混凝土结构或构件的脆性破坏是突发性的，没有预兆，所以为了保障人们生命财产安全，除了对构件发生脆性破坏时的可靠指标有较高要求以外，还要保证结构或构件在破坏前有足够的变形能力。

3.2 承受某些偶然因素的作用

结构在使用过程中可能会承受设计中未考虑到的偶然因素的作用，比如说，偶然的超载、基础的不均匀沉降、温度变化和收缩作用引起的体积变化等。这些偶然因素会在结构中产生内力和变形，而延性结构的变形能力，则可作为发生意外情况时内力和变形的安全储备。

3.3 实现塑性内力重分布

延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力，形成塑性铰区域，产生内力重分布，从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计，得到有利的弯矩分布，使配筋合理，节约材料，而且便于施工。

4 结束语

由于地震具有随机性、复杂性、藕联性,每次地震所产生的波形各异,因而其对建筑物的作用各不相同,所产生的破坏程度也千差万别。作为结构工程师来说,必须使这一理念贯穿于结构设计的整个过程当中,既要严格把握好设计的大原则,又要全面考虑诸多因素,最终才能保证设计的科学性和严谨性,为社会创造更多精品工程。