论文部分内容阅读
摘要： 建筑结构抗震设计是结构工程师设计工作的重点，本文从结构抗震设计的角度分析建筑结构抗震设计的可靠度，并详细阐述建筑结构抗震设计中的四要素及计算方法，以供参考。
关键词：建筑结构；建筑设计；抗震
Abstract: Structural seismic design is a key structural engineer design, seismic design of building structure reliability analysis based on structural seismic design point of view, and elaborates the four elements and the calculation method of the seismic design of building structure, for reference.
Keywords: building structure; seismic design;
中图分类号：TU318
地震是自然灾害在我国比较常见的之一，它的特点是突发性强，破坏性和可预见性低，所以为了增强建筑结构的抗震性能，一定要科学合理的抗震设计，有效提高现代建筑的抗震性能，以预防为主，从根本上有效保证建筑物的抗震性能，如何尽量减少地震所造成的破坏和损失。
1 建筑结构抗震设计的可靠度
在进行建筑结构设计中，第一个是需要满足的就是结构的安全性。由于震源机制，地震波的传播路径和场地条件存在很多不确定性，以及循环荷载作用下的性能分析的计算模型中的不确定性，结构的地震响应是很随机的，安全性只能采用抗震可靠度进行描述。由于结构抗震可靠性是指建筑在各种场地可能遭遇的地震并对其结构安全的影响以目标可靠度进行抗震设防时就不必再去区分“小震、“中震”和“大震”，而也就避免了为解决该问题所产生的各种情况。它不仅描述了结构前完成建设规划，设计，施工和其他过程安全长度的结构可靠性的大小，而且考虑了结构服役过程的安全影响因素，因此可以做到目标的可靠性。
2 建筑结构抗震设计中的四要素
建筑结构抗震设计是指根据地震灾害和工程经验，形成了基本的设计原则和思路，开展建筑物详细结构和整体布局的过程。在结构分析方面，不能完全依赖计算结果。要考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效等诸多因素，也要基于基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，这是建立一个良好的结构性的决定性因素。抗震概念设计主要有如下几点：
3.1 建筑工程场地的选择
选择工程场地时，首先应进行详细的勘察，摸清楚地形、地质、地貌以及地下等各条件的情况，要挑选对建筑物抗震有利的地段，一般都选择较为开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土，在此类场地段上建造的建筑物一般不会发生由于地基失效而导致的震害，这是从根本上减轻地震对建筑物震害的方式之一。对建筑抗震不利的地段，主要分析场地土质条件，一般是指软弱土、易液化土、旧河道、断层破碎带或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段；就地形而言，一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非岩质的陡坡、河岸和边坡的边缘。选择时应尽可能避开这类地段，任何情况下都不得在抗震危险地段上建造可能引起人員伤亡或较大经济损失的建筑物，因为由于场地因素引起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仅依靠工程措施来弥补是非常困难的。
3.2 合理的平立面布置
建筑物的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，从而确保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。但事实上，由于城市规划、建筑艺术和使用功能等多方面的要求，建筑不可能都设计成方形或圆形。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》，对地震区高层建筑平面形状作了明确规定；并提出对平面的凹角处应采取加强措施。对体形复杂的建筑物合理设置变形缝，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，严格控制建筑物的高度和高宽比。
1.2 对于建筑体型确定的探讨
体型的确定对于建筑物的防震至关重要，尤其是限高的评价，首先要区分结构类型是否符合标准，巨型结构、悬挂结构均是不符合地震建筑的限高建筑。其次是建筑及抗侧力结构的平面布置宜规则对称，并应具有良好的整体性。第三个方面是建筑物的立面布局宜采用梯形、矩形和三角形等变化均匀的几何形状，尽量不要采用带突然变化的阶梯形立面、大底盘建筑，甚至倒梯形立面第三个方面是建筑物应尽量减小高度，尤其是限制高度比。
3.4 多道抗震防线的设置。
多道设防就是人为加强某些竖向抗侧力结构，提高部分的可靠度；并且有意识地设置一些薄弱环节，使其在强震作用下退出工作。在遇到建筑物的基本周期与地震卓越周期相同或接近的情况时，多道防线就更显示出其优越性。当第一道抗侧力防线因共振而破坏，第二道防线接替后，建筑物自振周期将出现较大幅度的变化，与地震卓越周期错开，使建筑物的共振现象得以缓解，减轻地震的破坏作用。
3.5 刚度、承载力和延性的匹配。
地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，建筑物应具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可适当降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。
2结构抗震设计计算方法
2．1我国结构抗震计算流程
结构的地震反应分析开始于20世纪20年代。几十年来随着地震观测资料的逐步积累和丰富，抗震理论的不断提高以及计算技术的进步，结构的地震反应分析方法也不断改进和发展。我国现行两阶段三水准设计方法，抗震设计流程如图1所示。
2．2基于性能抗震设计
传统的抗震设计方法是以强度作为设计的主要控制参数，即在设计开始是以力作为设计变量。历次震害表明：建筑结构在大震作用下倒塌的主要原因是由于其变形能力和耗能能力不足造成的。基于性能的抗震设计理论是20世纪90年代初由美国学者提出的，它使设计出的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。明确规定了建筑的性能要求，而且可以用不同的方法和手段去实现这些性能要求。
图1 抗震设计流程图
基于性能抗震设计理论的基本内容为：根据建筑物的重要性和用途，首先确定结构预期的性能目标，再根据不同的性能目标提出不同的抗震设防标准，然后按相应的设防目标进行结构设计，并辅以相应的抗震构造措施，使所设计的建筑在未来地震中具备预期的功能。
结 语
随着建筑的迅速发展，建筑高度不断增加，建筑的结构设计已经成为结构工程师设计工作的重点和难点建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。。建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程。因此需要准确、合理的运用不同的抗震设计方，根据建筑情况的不同区别对待，才可以得到最合理的抗震设计。
关键词：建筑结构；建筑设计；抗震
Abstract: Structural seismic design is a key structural engineer design, seismic design of building structure reliability analysis based on structural seismic design point of view, and elaborates the four elements and the calculation method of the seismic design of building structure, for reference.
Keywords: building structure; seismic design;
中图分类号：TU318
地震是自然灾害在我国比较常见的之一，它的特点是突发性强，破坏性和可预见性低，所以为了增强建筑结构的抗震性能，一定要科学合理的抗震设计，有效提高现代建筑的抗震性能，以预防为主，从根本上有效保证建筑物的抗震性能，如何尽量减少地震所造成的破坏和损失。
1 建筑结构抗震设计的可靠度
在进行建筑结构设计中，第一个是需要满足的就是结构的安全性。由于震源机制，地震波的传播路径和场地条件存在很多不确定性，以及循环荷载作用下的性能分析的计算模型中的不确定性，结构的地震响应是很随机的，安全性只能采用抗震可靠度进行描述。由于结构抗震可靠性是指建筑在各种场地可能遭遇的地震并对其结构安全的影响以目标可靠度进行抗震设防时就不必再去区分“小震、“中震”和“大震”，而也就避免了为解决该问题所产生的各种情况。它不仅描述了结构前完成建设规划，设计，施工和其他过程安全长度的结构可靠性的大小，而且考虑了结构服役过程的安全影响因素，因此可以做到目标的可靠性。
2 建筑结构抗震设计中的四要素
建筑结构抗震设计是指根据地震灾害和工程经验，形成了基本的设计原则和思路，开展建筑物详细结构和整体布局的过程。在结构分析方面，不能完全依赖计算结果。要考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效等诸多因素，也要基于基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，这是建立一个良好的结构性的决定性因素。抗震概念设计主要有如下几点：
3.1 建筑工程场地的选择
选择工程场地时，首先应进行详细的勘察，摸清楚地形、地质、地貌以及地下等各条件的情况，要挑选对建筑物抗震有利的地段，一般都选择较为开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土，在此类场地段上建造的建筑物一般不会发生由于地基失效而导致的震害，这是从根本上减轻地震对建筑物震害的方式之一。对建筑抗震不利的地段，主要分析场地土质条件，一般是指软弱土、易液化土、旧河道、断层破碎带或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段；就地形而言，一般是指条状突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、高差较大的台地边缘、非岩质的陡坡、河岸和边坡的边缘。选择时应尽可能避开这类地段，任何情况下都不得在抗震危险地段上建造可能引起人員伤亡或较大经济损失的建筑物，因为由于场地因素引起的震害往往特别严重，而且有些情况仅仅依靠工程措施来弥补是非常困难的。
3.2 合理的平立面布置
建筑物的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，从而确保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。但事实上，由于城市规划、建筑艺术和使用功能等多方面的要求，建筑不可能都设计成方形或圆形。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》，对地震区高层建筑平面形状作了明确规定；并提出对平面的凹角处应采取加强措施。对体形复杂的建筑物合理设置变形缝，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，严格控制建筑物的高度和高宽比。
1.2 对于建筑体型确定的探讨
体型的确定对于建筑物的防震至关重要，尤其是限高的评价，首先要区分结构类型是否符合标准，巨型结构、悬挂结构均是不符合地震建筑的限高建筑。其次是建筑及抗侧力结构的平面布置宜规则对称，并应具有良好的整体性。第三个方面是建筑物的立面布局宜采用梯形、矩形和三角形等变化均匀的几何形状，尽量不要采用带突然变化的阶梯形立面、大底盘建筑，甚至倒梯形立面第三个方面是建筑物应尽量减小高度，尤其是限制高度比。
3.4 多道抗震防线的设置。
多道设防就是人为加强某些竖向抗侧力结构，提高部分的可靠度；并且有意识地设置一些薄弱环节，使其在强震作用下退出工作。在遇到建筑物的基本周期与地震卓越周期相同或接近的情况时，多道防线就更显示出其优越性。当第一道抗侧力防线因共振而破坏，第二道防线接替后，建筑物自振周期将出现较大幅度的变化，与地震卓越周期错开，使建筑物的共振现象得以缓解，减轻地震的破坏作用。
3.5 刚度、承载力和延性的匹配。
地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，建筑物应具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可适当降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。
2结构抗震设计计算方法
2．1我国结构抗震计算流程
结构的地震反应分析开始于20世纪20年代。几十年来随着地震观测资料的逐步积累和丰富，抗震理论的不断提高以及计算技术的进步，结构的地震反应分析方法也不断改进和发展。我国现行两阶段三水准设计方法，抗震设计流程如图1所示。
2．2基于性能抗震设计
传统的抗震设计方法是以强度作为设计的主要控制参数，即在设计开始是以力作为设计变量。历次震害表明：建筑结构在大震作用下倒塌的主要原因是由于其变形能力和耗能能力不足造成的。基于性能的抗震设计理论是20世纪90年代初由美国学者提出的，它使设计出的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。明确规定了建筑的性能要求，而且可以用不同的方法和手段去实现这些性能要求。
图1 抗震设计流程图
基于性能抗震设计理论的基本内容为：根据建筑物的重要性和用途，首先确定结构预期的性能目标，再根据不同的性能目标提出不同的抗震设防标准，然后按相应的设防目标进行结构设计，并辅以相应的抗震构造措施，使所设计的建筑在未来地震中具备预期的功能。
结 语
随着建筑的迅速发展，建筑高度不断增加，建筑的结构设计已经成为结构工程师设计工作的重点和难点建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。。建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程。因此需要准确、合理的运用不同的抗震设计方，根据建筑情况的不同区别对待，才可以得到最合理的抗震设计。