抗震设计的原则及其在建筑结构体系中的应用

　　摘    要：　我国大部分区域处于地震多发地带，自1949年以来已经出现了多次罕遇地震。地震灾害造成的损失主要是由于建筑结构体系的倒塌性破坏引发的，建筑结构体系的可靠性就显得格外重要。抗震设计的理念在结构体系中是至关重要的，在抗震规范中规定，处于抗震设防烈度区的建筑物要遵循小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防原则。为了满足抗震的设计要求，各种形式的建筑结构以及减震隔震的构造措施被研发出来，本文主要探讨建筑结构体系的抗震设计。

　　关键词：　抗震设计; 建筑结构; 结构安全; 抗震设防烈度;

　　0、前言

　　我国是一个地震频繁的国家。在近代，罕遇地震给国家和广大人民群众造成了巨大的伤害。因此，在工程建设中从决策到技术层面“抗震安全”越来越受到关注。虽然目前的建造工艺突飞猛进，但对地震的研究水平还远远不够，还不能预测地震。虽然目前我国的地震烈度区划图在我国已经做得非常精准并且非常的科学，但它是基于有限的历史数据。在我国，大型地震或特大型地震有时也会出现在低烈度地区。同时，地震发生时，地震动的三要素存在较大不确定性，即使在同一地区，不同类型的地面运动在地震过程中对建筑物的破坏也不尽相同;地震还存在震级、传播路径、震中距离和震源机制等许多非确定因素，给地震研究带来了很多困难。

　　1、 抗震设计的意义

　　地震活动是一种很难准确预测的自然灾难，以现在的技术手段不可能准确地对地震活动做出预测。但是依据现实条件，提前采取防护手段也是一种非常好的预防手段。对于非选择性、危险性大的地震活动，如何用科学的理念和技术来预防地震的损害、来减少地震造成的各种损失。现在，世界上绝大部分的国家都有各自的建筑抗震设计规范。小型地震不会对建筑结构造成损害，中型地震可以做到对建筑物进行加固建筑物仍然可以使用，在大型地震建筑物不会倒塌保证人员的安全。这一抗震设计原则得到了广泛的认可和推广，极大地提高了建筑结构的抗震性能。受到地震灾害影响过程中，如果建筑物的使用功能和所采用的结构布置不协调，那么结构体系的抗震性能难以得到有效利用。当出现破坏时，新建的建筑费用要比维修旧建筑的费用高。从经济成本来讲，是非常不合算的，所造成的经济损失是无法估计的，这是建筑结构抗震设计的首要任务。
 

　　2、 抗震设计原则

　　抗震设计主要基于“抗震设防烈度”。然而，划分的烈度区别是宏观的，这一划分主要根据对地面的破坏和对无抗震设计房屋的破坏。现代地震记录显示，对于烈度相当的地震，它们的地震加速度峰值和频谱分布并不一致，其中最小值差不多是最大值的50%。虽然地震加速度的峰值十分相似，但距震中的距离相差较大，则震源机制不同，地震波传播路径也会不尽相同，导致地震加速度的频谱特征具有明显差异。抗震设计中的反应谱曲线只是统计意义上的平均值。在这种情况下，对建筑结构体系的抗震设计来说，“概念设计”比“计算设计”更为重要。抗震概念设计就是以力学概念为依据，从有利于提高建筑结构体系抗震性能的角度，用符合力学规律的方法，对设计项目进行总体结构体系布置。20世纪90年代起，就将抗震概念设计的理念应用于实际工程中并取得很好的效果。

　　在分析发生地震概率的基础上，考虑到目前国家的经济实力和科技力量，抗震设计提出了三个设防的要求:当烈度值低于该地区的设防烈度，对建筑物的目标是正常使用，结构处于弹性状态，应采用弹性反应谱来进行设计;当地震水准处于该地区的基本设防烈度时，其目的是将结构的非弹性变形或损伤控制在可加固修复的范围;当地震水准高于该地区的基本设防烈度时，要求是建筑物在地震过程中不会倒塌性破坏，以免对人员造成伤害。

　　抗震建筑的重要性，从防灾减灾的角度来讲，建筑物一般会分为特别重要、重要、一般和次要四类，体现了抗震设计中差异化处理的原则，控制经济成本。震时指挥中心(政府机构)、学校和大型医院显然比普通建筑更加重要，而储存普通物品的库房则不如人员分布密集的公共建筑重要。这种分类与统一标准的安全等级并不完全一致:因为这种分类不对构件进行划分;另一种是不采用重要系数进行区分，而主要采用提高设防烈度一度来进行考虑，因为计算中重要系数的差异对于抗震设计可能太小。有利的、不利的和危险的场地条件，如果选择在I类场地条件下，丙类建筑物的构造措施可以降低一度进行设计;如果没有避开危险地段，同时有效的抗震措施又太少，这将不可避免地导致大的灾难。因此，在工程地质勘察中，应探明危险区和不利区的复杂地质条件，从而采取经济有效的抗震措施。

　　3、 抗震设计在建筑结构体系中的具体应用

　　3.1 、钢筋混凝土结构抗震设计

　　剪力墙结构采用钢筋混凝土墙作为主要承重构件，能承受各种荷载引起的结构内力，有效地承受结构的水平力，不产生较大的水平位移。剪力墙结构广泛应用于高层建筑中，这种结构体系的抗震性能相对较好。框架剪力墙结构是震区高层建筑的常用承载体系，因为主要由剪力墙承受水平荷载，所以抗震性能比纯框架结构要好。在框架结构中设置足够数量的剪力墙，具有较大的水平荷载承受能力和可观的抗侧移刚度。同时形成比较大的空间，满足建筑不同功能的要求。框架结构是指梁与柱通过刚性或铰接连接形成的建筑结构体系，即梁与柱形成框架，共同承受使用中的水平载荷和垂直载荷。框架结构的墙体不承重，只有隔离的功能，一般材料有加气混凝土砌块、空心或多孔砖、膨胀珍珠岩、蛭石、陶瓷墙板等。在地震破坏实例中，大部分框架结构只有轻微受损，但仍有一些框架结构建筑物严重受损甚至倒塌。对地震破坏的调查表明，大多数房屋倒塌性破坏的主要原因是柱端出现塑性铰接、柱端剪切破坏和节点区域破坏。筒体结构是由框架剪力墙结构和纯剪力墙结构发展而来的。一般分为筒中筒、成束筒、筒体-框架结构。筒体结构是在建筑物内部或周边，集中布置剪力墙或密集框架柱，形成一个或多个空间相对封闭的筒体。它的特征是剪力墙集中分布，使建筑物拥有相对较大的空间，主要用于办公建筑。在水平荷载作用下，水平力主要由一个或多个筒体承担。筒体结构拥有很大的抗侧移刚度，有承受较大水平荷载的能力。

　　3.2、 钢结构抗震设计

　　钢结构建筑的优点是重量轻，承载能力高，结构构件标准化程度高，钢结构建筑的主要承重构件由钢板和型钢构成，材质均匀，各向同性好，结构可靠性高。钢结构的材料属理想弹性体，符合工程力学的基本假定，可在抗震设计中充分发挥钢结构的材料塑性、弹性好的特点，允许有适度的变形，能很好地承受动力荷载，在罕遇地震作用下保持结构体系的稳定，避免倒塌。高精度的加工制作工艺可以做到等强连接，实现强连接弱杆件的抗震设计原则，大大提高建筑物的抗震和承载能力。钢结构在我国得到越来越广泛的应用，特别是在大型公共建筑和基础设施中。其中最重要的是机场车站、体育场馆、高层建筑等。钢壳体结构近年也得到应用，具有很好的空间传力性能，能以较小的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构，能覆盖或围护大尺度的空间而不需要中间支撑，兼顾到承重结构和围护结构的双重作用，同时也有较好的抗震性能。

　　3.3、 组合结构抗震设计

　　这里所提到的组合结构主要指的是由型钢、钢筋混凝土组合浇筑成整体的结构，也称为钢骨混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构，以组合构件作为主要承载结构体系。其中主要构件为由型钢(或焊接钢构件)-钢筋混凝土构成的梁、柱、墙等组合构件。型钢-钢筋混凝土组合结构综合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点，并且各自克服了钢材和混凝土在抗震体系中的缺点:混凝土结构自重大、钢材在受到水平荷载时容易发生屈曲。型钢-钢筋混凝土组合结构具有高的承载能力以及有效地减轻结构的质量。当前在各种高耸的建筑物中，钢混组合结构都得到了广泛的应用，其中钢管混凝土结构目前应用的最为广泛，钢管对混凝土的约束，使混凝土处于三向受压的状态，提高了混凝土的抗压强度，因此，这种组合结构拥有非常高的强度，来抵抗地震作用。型钢-钢筋混凝土结构具有良好的抗震性能以及延性，能满足在不同条件下的抗震设计。

　　4 、结束语

　　地震灾害的发生是不可预期的，地震等级和发生的时间都不可能进行预测，但是以现在的技术完全可以在地震发生时对非震中区域做出相应的预警，从发出预警到地震波传播至设防地区前的这一过程中，建筑物的抗震性能就显得格外的重要，它可以为广大的人民群众提供宝贵的逃生时间，因此，在民用建筑设计的过程中必须充分了解到抗震设计的意义所在，确保设计的结构能够保证建筑结构整体的稳定性。为达到这一要求，必须对抗震设计进行深入的了解，并在设计过程中充分利用各种抗震措施，使建筑物满足抗震设计的要求。[ID:010637]

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