建筑抗震结构设计分析

建 筑 抗 震 结 构 设 计 分 析李侃核工 业第 五研 究设 计院 河南 郑州 450000摘 要： 近些 年 ， 地 震 灾 害 严 重 ， 人 员 伤 亡 很 大 ， 其 中 95%以上 的 伤 亡 是 建 筑 物 、构筑物破坏和倒塌造成的。 因 此， 对各种建筑物依法进行抗震设防， 使 其在严 重的地震中不受破坏、不倒塌，是保障人员安全的关键所在。 关键 词： 建筑；抗震结构；设计；特点；结构布置中图分类号： TU352.1+文献标识码： A文章编号：引言 地震灾害对不仅破坏地表， 而 且还造成建筑物、 构筑物的破坏和倒塌， 严 重危及人类的生命安全和造成极大的财产损失。 依法对各种建筑物、 构 筑物进行 相应的抗震设防，是目前建筑工程设计的重中之重。 1建筑 抗震 设计 特点 及原 则1 1高结 构延 性建筑 抗 震 设 计 具 有 高 结 构 延 性 是 指 ， 建 筑 结 构 在 结 构 的 承 载 力 未 发 生 明 显变化 时 不 会 发 生 弹 性 形 变 的 能 力 。 它 是 建 筑 结 构 变 形 能 力 的 反 映 ， 也 是 抗 震 过程中 最关 键 的 因 素 之 一 。 高 结 构 延 性 有 助 于 建 筑 的 抗 震 作 用 ， 它 能 够 起 到 吸 收 和 分散地震能量效果，从而防止建筑产生结构性破坏造成倒塌后果。 提高 建 筑 结 构 延 性 ， 应 通 过 将 建 筑 构 建 进 行 弯 曲 破 坏 ， 防 止 建 筑 构 建 的 剪切破坏程度。 1 2结构 整体 性建筑 结 构 是 由 非 常 多 的 不 同 构 建 连 接 构 成 ， 通 过 不 同 形 式 的 组 合 ， 进 行 构建间 有 效 协 调 行 成 完 整 整 体 ， 因 此 ， 建 筑 结 构 具 有 高 度 整 体 性 。 在 建 筑 设 计 过程中应遵循以下三个原则： 1 2 1连续性原则在相 邻 构 建 组 合 设 计 中 ， 应 加 强 其 连 续 性 组 合 ， 使 得 相 邻 构 建 能 够 完 美 协调。 在 建 筑 结 构 抗 震 完 整 性 设 计 中 ， 结 构 的 连 续 性 是 使 结 构 在 地 震 作 用 时 能 够保持 整体的重要手段之一。1 2 2可靠连接原则在将 各 个 组 件 进 行 连 接 时 ， 应 加 强 构 建 连 接 的 可 靠 性 ， 保 证 各 个 构 件 充 分发 挥 承 载 力 ， 使 得 地 震 能 量 传 递 能 够 有 效 传 递 ， 减 少 局 部 构 建 的 重 大 破 坏 出现。1 2 3增强竖向刚度原则在建 筑 抗 争 结 构 设 计 时 ， 应 保 持 结 构 纵 、 横 方 向 同 时 具 有 足 够 的 整 体 竖 向刚度 ， 通 过 增 加 其 竖 向 刚 度 ， 可 以 有 效 提 高 建 筑 基 础 结 构 的 整 体 性 ， 在 发 生 地震时，可以减少由于地基不均匀产生的沉降和地面裂隙危害。2建筑 的抗 震设 计理 念 高层 建 筑 抗 震 设 计 要 点 包 括 结 构 规 则 性 ， 层 间 位 移 限 制 ， 控 制 地 震 扭 转 效应， 减 小 地 震 能 量 输 入 。 在 对 结 构 的 抗 震 设 计 中 ， 不 仅 要 应 进 行 概 念 设 计 ， 同时应进行结 构 抗 震 验 算 。 通 过 对 历 次 地 震 对 建 筑 的 危 害 ， 总 结 以 往 经 验 教 训 ， 提 高 建筑结构延性、限制结构类型和使用材料等方面，坚持建筑抗震设计理念。 2 1结构 规则 性建筑 物 尤 其 是 高 层 建 筑 物 设 计 应 符 合 抗 震 概 念 设 计 要 求 ， 对 建 筑 进 行 合 理的布 置 ， 大 量 地 震 灾 害 表 明 ： 在 众 多 建 筑 抗 震 设 计 中 ， 在 地 震 时 具 有 较 好 抗 震性能 的设 计 结 构 多 为 平 立 面 简 单 且 对 称 的 建 筑 物 。 由 于 这 种 建 筑 结 构 容 易 对 地 震 反正进行估算，因此，能够更为及时快速的采取相应的措施并就细部进行处理。2 2层间 位移 限制在大 部 分 高 层 建 筑 中 ， 其 建 筑 特 色 均 具 有 较 大 高 宽 比 ， 这 种 比 例 在 风 力 和地震 的 作 用 下 层 间 位 移 较 大 ， 严 重 时 还 会 出 现 超 过 结 构 最 大 唯 一 限 值 。 因 此 ，在 设 计 过 程 中 ， 结 构 在 水 平 荷 载 的 作 用 下 产 生 过 大 的 位 移 而 影 响 结 构 的 承 载力、稳定性以及正常使用功能。2 3控制 地震 扭转 效应由于 建 筑 物 在 扭 转 作 用 下 各 片 抗 侧 力 结 构 的 层 间 变 形 不 同 ， 其 中 距 刚 心 较远的 结 构 边 缘 的 抗 侧 力 单 元 的 层 间 侧 移 最 远 的 结 构 边 缘 的 抗 侧 力 单 元 的 层 间 侧移最 各 层 的 刚 度 中 心 未 能 在 同 一 轴 线 上 ， 甚 至 会 产 生 较 大 差 距 ， 以 上 情 况 都 会使各 层 结 构 的 偏 心 距 和 扭 矩 发 生 改 变 ， 因 此 ， 在 设 计 过 程 中 应 分 别 对 各 层 的 扭转修正 系数进行计算。 2 4减小 地震 能量 输入高层 建 筑 通 常 要 求 高 度 抗 震 性 能 ， 对 于 地 震 作 用 的 变 形 能 力 有 良 好 控 制 。在高 层 建 筑 的 设 计 过 程 中 ， 应 结 合 控 制 构 件 的 承 载 力 与 地 震 作 用 下 的 层 间 位 移极限 值或 位 移 延 性 比 ， 确 定 构 件 变 形 与 结 构 位 移 的 变 形 值 ， 同 时 根 据 截 面 达 到 的 应变大 小 及 分 布 来 确 定 构 件 的 构 造 要 求 ， 选 择 坚 硬 的 场 地 土 来 建 造 高 层 建 筑 等 方法来 减小地震能量的输入。 3抗震 效果 优越 的高 层建 筑结 构高层建筑抗震结构设计原则要遵从刚柔并济，多道设防。 选择 高 层 建 筑 结 构 抗 侧 力 体 系 ， 通 常 需 要 考 虑 的 两 个 主 要 原 因 ， 是 建 筑 物的高 度 和 用 途 。 由 于 高 层 建 筑 中 抗 水 平 力 成 为 设 计 的 主 要 矛 盾 ， 因 此 采 用 何 种抗侧力结构是结构设计的关键性问题。 3 1剪力 墙结 构框架 剪力 墙 结 构 是 以 框 架 结 构 为 基 础 沿 其 柱 网 的 几 个 主 轴 方 向 ， 通 常是沿 建 筑 平 面 的 纵 向 、 横 向 或 斜 向 ， 在 框 架 结 构 中 的 适 当 部 位 增 设 一 些 剪 力 墙所形 成 的 结 构 体 系 。 框 架 一 剪 力 墙 结 构 是 刚 柔 相 结 合 的 结 构 体 系 ， 能 提 供 建 筑大开 间 的 使 用 空 间 ， 是 由 若 干 道 单 片 剪 力 墙 与 框 架 组 成 。 在 这 种 结 构 体 系 中 ，框 架 和 剪 力 墙 共 同 承 担 水 平 力 ， 但 由 于 两 者 刚 度 相 差 很 大 ， 变 形 形 状 也 不 相同。 必 须 通 过 各 层 楼 板 使 其 变 形 一 致 ， 达 到 框 架 和 剪 力 墙 的 协 同 工 作 。 从 受 力特点 看 ， 剪 力 墙 是 以 弯 曲 变 形 为 主 ， 框 架 是 以 剪 切 变 形 为 主 ， 由 于 变 位 协 调 ，在顶 部 框 架 协 助 剪 力 墙 抗 震 ， 在 底 部 剪 力 墙 协 助 框 架 抗 震 ， 其 抗 震 性 能 由 于 较好的 发 挥 了 各 自 的 优 点 而 大 为 提 高 。 因 此 ， 可 以 适 用 于 各 种 不 同 高 度 建 筑 物 的要求而被广泛采用。 3 2钢结 构钢结 构 具 有 整 体 自 重 轻 、 强 度 高 、 抗 震 性 能 好 、 施 工 工 期 短 等 优 点 ， 并 且钢结 构 构 件 截 面 相 对 较 小 ， 具 有 很 好 的 延 性 ， 适 合 采 用 柔 性 方 案 的 结 构 。 其 缺点是 造 价 相 对 较 高 ， 当 场 地 土 特 征 周 期 较 长 时 ， 易 发 生 共 振 。 历 次 地 震 表 明 ，在同 等 场 地 、 地 震 烈 度 条 件 下 ， 钢 结 构 房 屋 的 震 害 要 较 钢 筋 混 凝 土 结 构 房 屋 的震害小得多。以 1985年 9月墨西哥城大地震，里氏 8 1级的震害为例，其中 倒塌和严重破坏的钢结构房屋为 12栋，而钢筋混凝土房屋却有 127栋。现在 我 国 钢 材 产 量 已 居 世 界 前 列 ， 建 筑 钢 材 的 类 型 及 品 种 也 在 逐 渐 增 多 ，钢结 构 的 加 工 制 造 能 力 已 有 了 很 大 提 高 。 因 此 ， 在 有 条 件 的 地 方 ， 建 议 尽 可 能采用 型钢混凝土结构 SRC、钢管混凝土结构 CFS或钢结构，以减小柱断面尺寸，并 改善结构的抗震性能。 3 3选择 合理 的结 构布 置协调 好 建 筑 与 结 构 的 关 系 ， 要 做 到 经 济 合 理 ， 便 于 施 工 。 建 筑 物 的 开 间 、进深 、 层 高 、 层 数 等 平 面 关 系 和 体 型 除 满 足 使 用 要 求 外 ， 还 应 尽 量 减 少 类 型 ，尽可 能 统 一 柱 网 布 置 和 层 高 ， 重 复 使 用 标 准 层 。 在 结 构 布 置 时 ， 应 加 强 结 构 的整体 性 及 刚 度 ， 加 强 构 件 的 连 接 ， 使 结 构 各 部 分 以 最 有 效 的 方 式 共 同 作 用 ， 加强基 础 的 整 体 性 ， 以 减 少 由 于 基 础 平 移 或 扭 转 对 结 构 的 侧 移 影 响 。 在 地 震 区 为了减 少 地 震 作 用 对 建 筑 结 构 的 整 体 和 局 部 的 不 利 影 响 ， 应 使 结 构 各 部 分 刚 度 对称 均 匀 ， 各 结 构 单 元 的 平 面 形 状 应 力 求 简 单 规 则 ， 立 面 体 型 应 避 免 伸 出 和 收进，避免结构垂直方向刚度突变等。平面 的 长 宽 比 不 宜 过 大 ， 以 避 免 两 端 相 距 太 远 ， 振 动 不 同 步 ， 应 使 荷 载 合力作 用 线 通 过 结 构 刚 度 中 心 ， 以 减 少 扭 转 的 影 响 。 尤 其 是 布 置 楼 电 梯 问 时 不 宜设在平面凹角部位或端部角区，它对结构刚度的对称性有显著的影响。 3 4提高 结构 的抗 震性 能由于 高 层 建 筑 的 受 力 特 点 不 同 于 低 层 建 筑 ， 因 此 在 地 震 区 进 行 高 层 建 筑 结构 设 计 时 ， 除 应 保 证 结 构 具 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 外 ， 还 应 具 有 良 好 的 抗 震 性能。为 了 达 到 这 一 要 求 ， 结 构 必 须 具 有 一 定 的 塑 性 变 形 能 力 来 吸 收 地 震 所 产 生 的 能量， 减 弱 地 震 破 坏 的 影 响 。 使 其 在 地 震 作 用 下 呈 弯 剪 破 坏 ， 且 塑 性 屈 服 尽 量 产生在墙 的底 部 。 连 梁 宜 在 梁 端 塑 性 屈 服 ， 且 有 足 够 的 变 形 能 力 ， 在 墙 段 充 分 发 挥 抗 震作用 前 不 失 效 ， 按 照 “ 强墙 弱 梁 ” 的原 则 加 强 墙 肢 的 承 载 力 ， 避 免 墙 肢 的 剪 切破坏提高其抗震能力。4结语 对于 未 建 成 的 建 设 工 程 ， 在 设 计 过 程 中 ， 应 充 分 考 虑 建 筑 抗 震 设 计 ， 按 照设计 要 求 和 规 范 进 行 。 对 于 已 经 建 成 的 具 有 重 要 价 值 和 纪 念 意 义 的 地 震 重 点 防御 区 建 筑 或 构 筑 物 ， 若 存 在 未 采 取