现代建筑抗震设计

1、    现代建筑抗震设计    潘建摘 要：随着城市化进程的加快，高层建筑在城市中相当普遍，而高层建筑抗震工作一直是建筑设计和施工的重点。文章先概述现代抗震设计思路，再引出现代建筑的抗震设计方法，最后揭秘建筑的加固设计，希望可以为建筑工程设计人员在今后的高层设计工作中提供了一些思路。关键词：建筑设计；抗震设计随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展，抗震设计思路也经历了一系列的变化。最初，在未考虑结构弹性动力特征，也无详细的地震作用记录统计资料的条件下，经验性的取一个地震水平作用（0.1倍自重）用于结构设计。高层抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验

2、到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。1 现代抗震设计思路在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路，其主要内容可归结为：1.1 合理选择确定结构屈服水准的地震作用一般先以一具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值（即中震的），再以不同的r（地震力降低系数）得到不同的设计用地面运动加速度（即小震的）来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水准。1.2 制定有效的抗震措施制定有效的抗震措施使建筑结构确实具备设计时采用的r所对应的延性能力。其中主要包括内力调整措施（强柱弱梁、强剪弱弯）和抗震构造措施。现代抗震

3、设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的，其核心是关系，主要指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。其中r为弹塑性反应地震力降低系数，简称地震力降低系数；而为最大非弹性反应位移与屈服位移之比，称为位移延性系数。在抗震设计时，对在同一烈度区的同一类结构，可以根据情况取用不同的r，也就是不同的用于强度设计的地震作用。2 现代建筑抗震设计2.1 建筑抗震设防标准建筑地震设防标准是指未来可能施加于建筑结构的地震作用的大小，其直接关系到建筑结构的抗震能力。某机构认为基于建筑结构性能的设计理论来寻求能有效控制建筑结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准

4、。为了实现这个目的，根据不同地震重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱，而这些具体的地震动参数被称为“地震设防水准”。建议建筑设防地震等级如表1所示。建筑结构抗震性能水准表示结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度。建筑结构和非结构构件的破坏及由其破坏引起的后果，主要用结构破坏程度、结构功能性和人员安全性来表达。不同等级的抗震性能应依据建筑结构的类型、整体结构、竖向和横向承载构件、结构变形、设备与装修和修复使用等方面加以定义，并应该表达为量化指标。建筑结构抗震性能分为三个等级：基本设防目标、重要设防目标和特别设防目标。建筑基本设防目标是一般建筑设防的最低标准；重要设防

5、目标是医院、公安消防、学校、通讯等重要建筑设防的最低标准：特别设防目标是包含核材料等特别危险物质的特别重要建筑的最低建筑设防标准。2.2 建筑防震设计方法建筑抗震的概念设计指在进行建筑结构抗震设计时，应着眼于建筑物结构的总体地震的震动反应，按照建筑结构的破坏机制和破坏过程，灵活应用建筑抗震的设计准则，全面而合理地解决建筑结构设计中出现的基本问题。2.2.1 钢结构建筑设计。钢结构建筑有许多优良的特性。有很好的抗震、抗风性能。钢结构整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强，建筑物自重仅为砖混结构的1/5，抗震性能却是砖混结构的2倍以上，并有很强的抗风性能，有效的保护人民生命和财产安全。建筑钢结构都

6、是由多层水平的楼盖和竖向的柱、墙等组成。楼盖主要承受竖向荷载，而建筑竖向的柱、墙等构件因为建筑高度的变化，其组成方式和受力变形。特性结构体系也有明显的变化。框架、剪力墙及筒体是结构中抵抗竖向及水平荷载的基本单元，由它们及其变体组成了各种结构体系，如框架结构体系、框架-支撑结构体系、框架-剪力墙体系、框架-简体结构体系等。2.2.2 建筑设计应设置多道抗震设防体系。由于地震的震动往往会持续一定时间，而且震动是往复的。根据对地震的大量研究可以看出，建筑物的倒塌通常是由于地震的持续往复作用，使建筑物的结构造到破坏，从而丧失了对建筑物重力荷载的承载能力。所以，建筑抗震规范提出“强柱弱梁、强剪弱弯”的抗

7、震设计思想。建筑柱桩是建筑主要承受重力荷载的构件，通过科学、合理处理柱与梁之间的强弱关系，使建筑框架梁在地震中先于柱子屈服，出现了塑性铰，从而耗散一定的地震能量，柱桩在建筑抗震中退居到第二道抗震设防体系。剪切破坏属于力学的脆性破坏，而弯曲破坏是材料力学中的延性破坏，破坏后出现塑性铰，建筑结构还能够继续承载。“强剪弱弯”的设计思想则使剪切破坏退居到第二道抗震设防体系。2.2.3 建筑延性系数设计方法。该方法的实质是通过建立建筑构件的位移延性系数或建筑截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由结构约束箍筋来保证核心混凝土能够满足所要求的极限压应变，从而使建筑构件具有所需要的延性系数。建筑

8、延性包括建筑结构延性、构件延性和截面延性三个方面。2.2.4 采用能力谱方法进行建筑抗震设计。该方法是通过地震反应谱曲线和建筑结构能力谱曲线的叠加来评估建筑结构在给定地震作用下的反应特性。反应谱是指单自由度体系在给定地震输入下的加速度谱；能力谱是指通过对建筑结构进行静力推的分析，转换得到等效单自由度体系的加速度和位移之间的关系曲线。能力谱方法由freeman等提出，经过不断的完善和革新。日本建筑标准法和美国atc-40都采用能力谱法作为基于性能，位移抗震设计方法。chopra提出了将能力谱方法和结构损伤指数评定相结合的屈服位移能力谱的地震损伤分析方法，增加并强化了能力谱法的实用性。因此，能力谱法的实质是采用的基于承载力的设计方法加位移、变形的能力校核，并依据能量的设计方法。对抗震设计的研究表明地震动瞬时能量在大多数情况下对结构最大位移反应具有决定性作用。但要建立基于能量的有效建筑抗震设计框架还需更深入的研究。3 结语建筑设计是建筑杭震设计的一个重要方面，建筑设计与建筑抗震设计有着密切关系。它对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计，必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计