浅谈建筑抗震结构设计.doc

浅谈建筑抗震结构设计 摘要：近些年来，我国的建筑总面积一直在快速增长，与此同时，建筑水平也得到了很大程度的提升，建筑的风格与功能不再像以前那么单一。但是，在地震发生时，还是不能确保建筑的安全性，尤其是在地震等级较大时，很有可能因为建筑的坍塌，导致很多人失去生命。在这种情况下，就必须考虑如何做好建筑的抗震结构设计，尽可能地减少因地震的发生而导致的人员伤亡和财产损失。本文主要针对建筑在地震发生时可能出现的几个问题，以及在抗震设计方面现有的一些抗震方式进行分析和介绍。 关键词：建筑；地震；抗震设计 ：TU352文献标志码：A 0前言 众所周知，地震是一种比较随机的振动现象，具有复杂性、不确定性等诸多不便于人们操控的特征。截至目前为止，还没有找到一种可以预测建筑物在地震发生时受到的影响参数。在结构分析方面，由于不能充分地考虑结构的空间特征、材料的性能、建筑所能承受的振动频率等因素，所以在针对建筑的抗震性进行结构设计时，除了从“计算设计”的角度出发以外，还要考虑“概念设计”对于问题解决的帮助。概念设计是指从结构的整体性出发，用结构的设计理念，寻找关于建筑抗震性能的设计方法，其目标就在于使得建筑的整个结构在抗击地震中发挥最大的作用，减少地震对于建筑中薄弱地区的冲击力，在最大程度上保护建筑的完整性。 在对建筑的抗震设计规范有了一定的了解之后，才发现抗震的概念设计对于建筑的抗震性有着极大的影响。无论是旧的条文规定，还是新的抗震规范，都重点突出了建筑结构的概念设计在抗震方面的重要影响。所以，要想设计出来的建筑能有很好的抗震性能，首要考虑的就是抗震概念设计的一般原则。 1建筑结构的概念设计原则 在建筑抗震结构的设计过程中，不能只凭借计算的结果而对整个建筑进行规划，因为遇到结构不规整的建筑时，仅仅依靠现有的计算水平，设计出来的建筑不仅难以达到抗风的要求，在抗震方面更是作用微弱。所以，除了对计算方面有着严格的规定外，国家对于建筑结构设计的其他方面也有相关规定。下面就针对经常使用的一些原则与规定进行简要的分析介绍。 1.1结构简单性 在我国的建筑结构抗震设计规范中有着明确规定，建筑结构在地震发生时，要具备直接、明确的传力途径，在设计过程中，计算简图要尽量做到简单易懂。只有具备简单的结构，才能在对整个建筑进行计算分析的时候，做到精确把握、准确计算，在建筑的薄弱部分进行加固处理，最终做到抵抗地震的冲击。 1.2结构规则性与均匀性 抗震设计规范上有规定，建筑在设计上要做到规则、对称与良好的整体性，如果设计的不规则，建筑本身就容易发生偏心，在外力作用下更难保持平衡。建筑在设计时，还要考虑到结构的侧向刚度应该均匀变化，竖向的材料刚度从上到下越来越大，这样可以减小因承载力的增大而导致结构变形的可能性。在建筑平面比较规则的时候，就要采用规则的平面布置，这样可以减少地震惯性力传播的时间，并且质量分布均匀的建筑，可以减少偏心出现的可能，有助于防止薄弱部分的破坏甚至坍塌。 1.3结构刚度与抗震 为了在地震发生时，抵抗双向的冲击作用，建筑不仅要有抵抗两个主轴方向的刚度，在设计过程中必须还要考虑。建筑是否能够经受住任意方向的压力。在选择结构的刚度时，既要减少地震对于结构的冲击作用，还要控制结构的变形，因为在变形较大的情况下，建筑就有可能发生失稳破坏。除此之外，我们还要考虑地面运动产生的扭转分量对于建筑的影响，提升建筑的抗扭转能力，这种想法虽然已经被提出，但是目前的建筑水平还没有达到可以考虑抗扭转性能的要求。所以说，应该在抗震的概念设计中多一些抵抗扭转的设计方案。 1.4结构整体性 在任意建筑中，楼盖都具有不可替代的作用，它就相当于一个水平隔板，可以传递惯性力到各个竖直的结构中，从而将各个结构连接成一个整体，在地震发生时，可以协调这些竖直结构共同承担地震的冲击作用。当楼盖不存在或者出现较大的漏洞时，在设计中往往忽略了这些因素的影响，计算结果显示建筑不会受到地震的影响，就忽略楼盖对于整个建筑体系的作用效果。 2建筑结构遇到的问题及解决方案 现如今，我国的建筑在设计过程中经常使用等效斜撑的办法来增加建筑的抗震效果，随着地震的发生与技术的逐渐应用，我们很容易发现，这种抗震方式虽然取得了一定的成绩，但是由于它的精确度非常低，导致在计算过程中经常会出现很多难以预料的错误，在实际施工中很难做到准确把握。为此，相关的研究人员提出了在建筑结构设计中使用有限元软件进行结构分析，但是实验证明，有限元软件分析的方式太过复杂，在模型建立的过程中不能把建筑的每个部分再现出来。所以，我们在建筑结构设计过程中，应该做到对于结构的整体抗震性能有一个很好的把握。 2.1根据建筑结构进行抗震设计 目前，在建筑中使用钢筋混凝土时，需要通过对钢筋混凝土构件的截面尺寸和最小配筋率来提高抗震性能。而以砖混结构为主的建筑，就需要对建筑的整体高度及每层的高度进行限制，甚至有些建筑专门在横纵墙里加入支撑柱，以此来增强抗震效果。 2.2根据性能要求进行抗震设计 在建筑施工前，首先应该对当地可能发生的地震强度进行了解，然后再根据地震强度设计建筑的抗震性能。值得注意的是，建筑的內部构成对于整体的抗震效果也有非常大的影响，所以，设计时应该考虑每一个部位的抗震能力，这样在抵抗地震时，就会减少薄弱部分的存在。 2.3根据建筑场地进行抗震设计 最后一点，也是最重要的一点，就是建筑场地的选择对于建筑抗震能力的影响。建筑结构稳固的情况下，才能有一个很好的抗震能力，如果建筑场地本身稳定性能差，而我们必须要在这块土地上建设楼房时，可以在建设楼房时设置一个抗震层，这样就可以在一定程度上达到抗震的目的。除此之外，还要考虑建筑物周围的环境因素对于建筑的影响，设计的时候，要对建筑上部分的结构进行适应的调整，以满足周围环境对建筑的要求。 3建筑结构设计的一般办法 3.1增添基础性抗震措施 为了能够增强建筑的抗震效果，研究人员在原有抗震办法的基础上，又探究出了很多科学、合理的抗震方法，比如地基隔震、基础隔震、间层隔震、悬挂隔震等。地基隔震就是在建筑的地基与土层之间设置一个缓冲层，在地震发生时，缓冲层就可以吸收一部分震动力，减小震动对于建筑的冲击。现如今，常用的地基隔震层是由沥青材料做成的；基础隔震是在建筑的上部结构和基础位置的接触点上建立一个隔震层，这在抗震设计上是非常重要的，可以减少地震对建筑上部结构的伤害，保护居民的人身安全；间层隔震一般安装在原始的结构层上，具有操作简便、抗震性能强等诸多优点，当大的地震发生时，可以吸收地震冲击后剩余的力量，起到削减冲击力的效果，最终达到保护建筑的目的；悬挂隔震，就是利用悬挂的方式，把建筑物与地面隔离开，在地震发生的时候，就可以把对地面的震动与对建筑的冲击力分离开，不过这种方法不能运用到钢筋混凝土的建筑中，只能在钢结构的建筑中采用。 3.2采用机敏减震支撑体系 机敏减震支撑体系是一种新型的防震技术，主要运用的是活塞的运动原理，对建筑的整体结构进行抗震设计。当地震发生时，作用在建筑上的力可以使弹簧压缩，从而削减一部分冲击力，降低地震对建筑的损耗。虽然，现有的技术水平还存在很大的有漏洞，不过相信在未来的几年里，这项技术一定可以得到完善，并运用到更多的领域中。 3.3应用效能减震技术 目前我国效能减耗技术在建筑上的应用主要依靠消能器和阻尼器，这两种器械都可以实现对地震能量的消耗吸收，减小地震对于建筑的破坏程度，以此来保护建筑的结构安全和人们生命安全。 4以高层混凝土建筑为例，分析抗震结构设计 自改革开放之后，大量的务农人民开始涌入城市，导致城镇居民逐步增多，在这种情况下，我国的建筑开始形成以高楼大厦为主的建筑风格。而高层建筑就好像一个竖向的悬臂结构，用力学知识分析可知，在垂直荷载的作用下，结构可以产生与建筑的高度呈线性关系的轴向力，而水平荷载不产生力，只产生弯矩。如果垂直方向的荷载方向不发生变化，建筑高度的改变只引起轴向力大小的变化，在方向上不会有任何影响。而水平荷载不同，它的方向随时都在发生着变化，这可以看做均布荷载时产生的弯矩与建筑的高度呈二次方的关系。由此可以知道，水平荷载对于高层建筑的影响，远远大于垂直荷载，在建筑的结构设计过程中，主要考虑建筑抵抗水平荷载产生的剪力、弯矩的效果。 4.1高层建筑的结构体系 高层建筑在结构设计之初，就要把建筑的使用功能、施工材料、场地要求等因素放到一起，进行综合的考虑与分析。一般常用的高层建筑结构体系有框架、剪力墙、框架与剪力墙结合这3种。 框架结构的优点是方便对室内的空间进行布局调整，缺陷是，它不适用于高层建筑，只有在楼层不是很高时，水平荷载对于建筑的影响力才比较小，框架结构的使用也较为合理。框架结构是以剪切变形为主的柔性结构，抗震效果不明显，所以现在单独使用框架结构的工程越来越少。剪力墙结构是一种以弯曲变形为主的刚性结构，布置的时候比较灵活，可以采用横向、纵向或者多轴线相交等多种方式，剪力墙结构的抗性比较大，即使作用很大的水平力，也只发生微小的位移。不过与框架结构相反，在室内结构确定之后，就很难再进行重新布置。结合框架结构与剪力墙结构的优点是将两者融为一体，就是在框架的薄弱部分添加剪力墻，这种结构在继承了两者的优点的同时也存在一些问题，因为框架与剪力墙的刚度有着很大的差异，在外力的作用下会产生大小不一的位移，所以在使用过程中，要注意两者的变形协调。 4.2高层建筑的结构布置 在高层建筑的内部结构构建时，应该注意以简单、规则为主，整个结构必须要有足够的承载能力与变形能力。虽然建筑中的每个部分相互依存，共同支撑着整个建筑结构，但是当其中的某个部位发生破坏时，不能影响到整个建筑的承载能力。这就需要工作人员在进行建筑结构的设计过程中，就对建筑中的薄弱部分进行加固处理，并且根据竖向和横向结构承载能力的不同，进行合理的布局。 4.3提高高层建筑结构的抗震性能 高层建筑在受力特征上与低层建筑有着很大的不同。在对高层建筑结构进行设计时，不仅要考虑强度与刚度是否满足要求，还要考察建筑的抗震能力。这个考察过程非常复杂，简单的人力计算根本无法完成这种高强度的工作，这时就需要使用正确的结构电算软件，而且对工程师的要求也很高，他们必要对整个结构的概念、模型、计算步骤有着深入的了解。在遇到结构比较复杂的情况时，要建立两个以上的力学模型，计算结构出来之后，还要进行比较处理，只有在各个方面都符合相关条例规定的时候，结构的计算过程才算结束。 通过合理的抗震设计，要保证建筑物小震不坏、中震可修、大震不倒，这就要框架与剪力墙结构中的剪力墙高宽比不能小于2，这样才能在地震发生时，使得建筑结构呈现弯剪破坏，并且塑性屈服是在建筑的底部。还有一点，为了保证建筑中钢筋的承载力，需要按照强柱弱梁的设计原则进行设计，在选择钢筋、混凝