摘要：从唐山大地震、汶川大地震、台湾大地震、印度大地震、日本阪神大地震等地震给人类社会带来的灾难性的损失，到新西兰大地震造成的微小的损失，这不禁让我们思考，在具有突发性和不可预测性，以及较高频度的地震灾害面前，对建筑结构进行有效抗震设计，是建筑设计中一项极其必要并且关系国计民生的措施。本文主要讲述了建筑结构抗震设计的思路以及抗震概念设计理念及浅谈抗震技术。
关键词：建筑结构；抗震设计；概念设计
1 引言
随着城市化进程的加快和人类生活水平的提高，在现代建筑设计中的重要环节就是对建筑结构进行抗震设计。现在全世界最流行的抗震设计方法叫做“能力设计法”，是基督城坎特伯雷大学的帕克和鲍雷教授在70年代提出的。这种方法的核心将控制概念引入结构，引导房屋如何变形，设计时告诉房子如何破坏，并将“延性概念”引入结构，使结构具有足够的变形能力，能在地震中产生较大变形而不倒塌。引用鲍雷教授的话“Tell the structure how to behave”，就是对这种方法最好的阐述。我国现行抗震设计规范也是采用这种方法，并通俗地将地震性能要求设定为：小震不坏，中震可修，大震不倒。我们的抗震设计思路就是“三水准”抗震设防目标，“二阶段”设计方法。
“三水准”抗震设防目标是：
第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用。
第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震时，可能损坏，经一般修理或不需修理及可继续使用。
第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
“二阶段”设计方法是：
第一阶段设计：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算以及结构弹性变形验算（满足第一水准设防目标）；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施（满足第二水准设防目标）。
第二阶段设计：对有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形（满足第三不准设防目标）。
2 抗震概念设计
建筑工程的抗震概念设计，是根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。抗震概念设计的主要内容包括“概念设计、抗震验算与构造措施。”目前，我们采用的混凝土结构设计方法是基于概率的极限状态设计法，为保证结构安全、适用与耐久性，我们采取承载能力极限状态设计法与正常使用极限状态设计法对结构进行计算。在此基础上，我们要保证结构在地震作用下的“三水准”设防目标。为此将抗震概念设计引入到结构设计中来，引导我们采用经验结合计算的方法对结构进行抗震设计。概念设计之所以在与抗震设计中起着重要作用的原因有三个，首先是地震具有突发性和不可预测性，以及较高频度性；其次是我们还没有对地震时地面运动的复杂性有很确切的掌握；最后是根据大量地震作用导致的结构破坏数据统计结果来看，结构震害的严重部位多发生在梁柱节点处：“角柱的震害重于一般柱，一般柱的震害重于梁，柱顶破坏重于柱底”，这需要我们采取计算外的加强措施来保证结构具有足够的延性。将抗震概念设计引入到结构设计中来，需要把握抗震概念设计的基本原则才能更好的运用概念设计的精髓。
抗震概念设计在总体上把握的基本原则有：注意场地原则，把握建筑体型，提高抗震性能。加强结构整体性，重视非结构构件。
3 建筑结构的抗震设计
3.1 抗震场地的科学选择
地震对建筑物的破坏，除了由于是地面的震动直接引起的破坏外，还有一个重要的原因就是因为场地的条件。建筑用地是受到很多限制因素影响的，危险性地段应严禁做为建筑场地，不利地段应避开，若无法避开时应采取有效措施保证建筑基础具有足够的刚度与强度。除此之外基本都能作为建设用地，由于场地的条件不同，就有必要对地基情况对建筑物受到的破坏的强弱进行分类，这样就能根据不同的场地进行抗震设计，采取抗震措施。在对建筑用地的选择时要选择对建筑的抗震有利的位置，最大限度的避开不利的地段，比如河岸和由于地面不平引起的岩性不均匀的地段。
3.2合理的选择抗震结构体系
（1）为了减小由于部分结构或者是某个构件出现损坏而造成的整个系统的各方面能力丧失的可能性，应该设计出多条抗震防线。只有将多个延性特别好的分体系通过具有很好延性的构件联通成为一个整体，才能形成一个性能十分好的抗震结构体系。根据大多数的情况来说，抗震防线的第一道会选取不承担重力荷载的竖向支撑或者是填充墙，或者选择具有很好延性并且轴压比较小的抗震墙作为抵抗侧向压力的构件。比如框架-抗震墙结构体系，抗震墙是归属于第一道防线的范围内的，在地震发生后，抗震墙由于受到地震作用的影响，在吸收了地震所传来的部分能源后会造成部分损坏而退出工作，之后就由框架的那一部分充当起第二道抗震防线的作用。这个体系是充分考虑到了抗震墙可以对地震力起到很大的承受作用而设计的。此外，原理相同的还有一种延性框架为强柱弱梁型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当地震发生以后，梁发生的屈服会比柱要提前，因为梁的变形会将一部分的地震能量消耗掉，所以梁也起到了第一道防线的作用。而柱就发挥着第二道防线的作用。当然，也可以通过在抗震体系中的一些特定位置安装具有消耗能源作用的元件来实现把抗震结构变成同时拥有多道防线的抗震体系的目的。
（2）合理的刚度和强度分布
为了有效地避免由于局部区域的削弱或者突变而出现薄弱区域的情况，应该对刚度和强度都进行一个合理的分布。另外，还应该避免出现应力过大或者塑性变形这种情况的集中出现，应该针对薄弱部位做好充足地抗震措施，使其抗震能力得到提高。当地震十分强烈的时候，在结构中并没有对强度有任何的安全储备，所以构件在实际中所表现出的强度分布就成了对薄弱层进行判断的一个指标。此外，抗震结构中应该选取具有更好延性的构件来进行连接，这样可以达到一个使整体提高变形能力的目的。对此还做出了如下要求：第一，使抗震结构中的构件具有更好的延性，从而达到提高其变形能力并且减小由于构件太脆而造成损坏的可能性的作用。比如砌体结构中用钢筋混凝土制造的圈梁，构造柱等措施来加强结构的抗震性能；采用钢筋混凝土为原料制成的构件在进行尺寸的选择时应该做到合理并且配置适量的纵向钢筋以及箍筋。我们希望结构在地震作用下造成的破坏是剪切破坏先于弯曲破坏。另外，保证结构的整体稳定以外，保证结构局部稳定也是很重要的。
（3）选择适当的材料，减轻自重
在对高层建筑进行方案设计时，首先要做的就是对使用材料的抗震模糊度进行分析，对材料的参数变异性进行综合的考虑，由于地震的强烈程度和地震的随机性，所以也要对模糊性对建筑结构的抗震可靠度进行考虑。
3.3 合理的建筑结构参数设计
（1）建筑结构靠的是延展性来抵抗地震作用对墙体的非弹性形变。所以在地震发生时，建筑结构的延性和建筑的结构有着同样的重要性。为了让钢筋混凝土结构能在地震发生时能够表现出良好的延性，就有必要在对其参数设计时将塑形变形重点集中在具有很好的延展能力的构件重，或者集中在容易保证良好延展性的构件中。建筑的参数设计是对地震作用下的房屋构件的响应计算，其中包含含各墙柱梁板的承载力和变形等计算。
（2）在进行开始计算工作之前，要根据高层建筑的实际工况，确定合适的计算模型，特殊情况下能根据概念设计做相应的简化处理和计算。计算软件参数在输入时要严格的按照相关的规范和标准的规定进行，根据实际施工情况可以做特殊的处理。在对复杂的结构进行变形和内力分析时，要采取两种以上不同的力学模型。
4 抗震技术
结构设计的路上，结构设计专家及设计师们一直在探讨抗震设计及研发抗震新技术。在我国，对抗震安全性较高及使用功能有专门要求的建筑，我们通常采用隔震或消能减震设计。这在我国一些震带区起到很大的防震作用。国际上对抗震设计采取了大量的研究，其中当以新西兰南岛大地震中采用的新技术为佳话。简单回顾一下：新西兰时间2016年11月14日，新西兰南岛发生7.5级大地震。地震中官方报告的遇难人数仅为两人，其中有一人是心脏病突发死亡。俨然，抗震国家当属新西兰。下面来看一下抗震国家的新技术：
（1）减震器
新西兰结构工程师将汽车上下颠簸采取的减震器吸收能量的理念运用到建筑结构设计中，称之为消能减震器，材料一般是延展性较好的钢材、或者大型的弹簧和液压系统，其核心思想是：破坏弱者来保护强者，减震消化了地震带给建筑物的能量，从而降低了地震对建筑物的撕裂效应。
（2）隔震技术
用耗能性能好的橡胶或各种先进的隔震装置将主体结构和基础隔开，无论地震多强，这种技术使得房子就像一片叶子在水上漂浮，处于动荡而安然无恙。现今世界上最大的振动模拟台E-defense对一个5层16米的原型房子进行抗震试验，所用的地震波为罕遇大地震，试验后房子结构部分完好，只有天花板的掉落。
（3）摇摆技术
摇摆技术是新西兰结构工程专家Priesley教授在90年代提出的，墙体预留洞，钢绞索穿入孔洞然后将墙体预拉起来，墙体与基础本身并不出浇连接，地震作用下形成摇摆，地震结束时，摇摆系统回到原点。也出现大量裂缝的普通混凝土墙相比，摇摆墙没有裂缝，没有破坏。
5 小结
随着现代化进程的加快，对建筑的安全和使用要求也越来越高，在设计过程中采用合理有效的抗震设计方法，能够最大限度的降低地震灾害后对社会造成的损失。
参考文献：
[1]建筑抗震设计规范（GB5011-2010），北京：中国建筑工业出版社，2015.
[2]杨永兴．谈现代混凝土结构抗震设计理念．《山西建筑》．2012年2期
[3]张晓慧，杨海林，郭瑞．浅谈混凝土结构抗震加固方法．《科技资讯》．2012年20期
[4]郭继武．建筑抗震疑难释义（第二版）．北京．中国建筑工业出版社．2010.11
[5]王亚勇．山地建筑地震作用和场地稳定性的规范规定及工程措施．《建筑结构》2016.12
[6]李国强，李杰，陈素文，陈建兵．建筑结构抗震设计（第四版）北京．中国建筑工业出版社．2014
论文作者:郑立旋
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/5
标签：结构论文; 延性论文; 建筑论文; 构件论文; 建筑结构论文; 概念论文; 新西兰论文; 《基层建设》2017年3期论文;