中央军委后勤保障部建筑工程规划设计研究院 北京 100089
摘要：我国是一个多地震的国家，具有频率高、强度大、分布广等特点。20世纪以来发生6.0级以上地震数百次，使人民生命财产遭受了严重的损失。而地震引起的建筑物倒塌破坏是导致严重损失的主要原因，可见科学的建筑结构抗震设计是一项重要的根本性的减灾措施，确保建筑物的安全性和可靠性。文章就建筑结构抗震设计中的一些原理、设计方法和针对措施进行介绍，仅供行业内人士参考。
关键词：建筑结构；抗震设计；构造措施
一、引言
地震时的振动形式有很大随机性，建筑结构的基本属性也千差万别，每个结构构件受到的地震力作用更为复杂，这样就会对结构抗震设计带来一定困难。这些问题必须引起结构工程师的高度重视，以下是我们在建筑结构抗震设计工作中总结出的抗震设计四个方面的内容，包括结构抗震设计基本原则、概念设计、计算方法和构造措施。
二、结构抗震设计原则
（一）抗震设防依据
为防御和减轻地震对建筑的破坏，我国《建筑抗震设计规范》规定，抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计。
抗震设防烈度是一个地区建筑抗震设防依据，一般情况抗震设防烈度采用中国地震参数区划图的基本烈度。2016年6月1日实施《GB18306-2015中国地震动参数区划图》，地震区划图是以地震烈度或地震动参数为指标，将国土范围划分为不同地震危险程度，对国土进行区域划分，再考虑地震地质环境及地震风险水平，确定抗震设防等级。
（二）抗震设防的目标
建筑结构设防的基本目的是最大限度地限制和减轻地震对建筑物的破坏，保障人民生命财产的安全。根据《建筑抗震设计规范》应达到“三个水准”的设防要求：第一水准即“小震不坏”，当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物应该达到不受损坏或不需修理仍能继续使用的状态。第二水准即“中震可修”，当遭受到和本地区设防烈度相当的地震影响时，建筑可能会发生损坏，但是经一般修理或不需修理仍能继续满足使用要求。第三水准即“大震不倒”，当遭遇受到高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑不致倒塌或发生危及生命的严重损坏。[1]
三、结构抗震概念设计
建筑结构抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想而进行的建筑结构总体布置，并确定细部构造措施的过程。
（一）选择对建筑抗震有利的场地
选择对建筑抗震有利地段，如平坦开阔的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土等地段，保证建筑基础处于可靠的持力层。
尽量避开对建筑抗震不利地段，如软弱场地土、易液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的三丘、非岩质的陡坡、采空区、河岸和边坡边缘，场地土在平面分布上的成因、岩性、状态明显不均匀等地段[1]。但由于随着城市规模发展，建筑用地日趋紧张，会出现无法避开的情况，则应根据抗震设防类别、地基液化等级采取加强地基和上部结构整体性和刚度，消除地基液化沉陷等措施。
坚决避开地震断层、滑坡、泥石流等危险地段。无论抗震措施多么坚固的建筑物修建在此类地段都无法躲避地壳运动巨大冲击力的破坏。
（二）选取合理建筑体型、结构体系
建筑体型包括平面形状和空间形状设计两方面。汶川大地震时那些平面形状简单规则的建筑未出现较严重的破坏，而在空间形状上沿高度方向不规则的结构构件都出现了不同程度的震害，特别是在结构刚度发生突变的部位破坏情况较严重。所以在建筑体型的设计方面，应使建筑平面和空间形状保持简洁和规则。在平面形状设计中尽可能采用圆形、矩形、方形等有利的体型，避免外凸内凹、不对称体型。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度均匀地分布，避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称产生的扭转效应[2]。
钢筋混凝土结构主要可分为框架结构、框架—剪力墙结构和剪力墙结构等几种结构体系，每种体系的受力特点、抗震性能和适用范围均不相同。其中框架结构体系属于“柔性结构”，抗侧刚度较小，在水平荷载作用力会产生较大位移，在选用这种体系时要充分考虑其对建筑高度和地震区的限制条件。剪力墙结构比框架结构具有良好的整体刚度，其抗震性能较好，在建筑高度方面更具有优势。框-剪结构体系综合了框架和剪力墙结构的优点，具有多道抗震防线：小震作用下主要是剪力墙承受水平荷载，中震作用下框架与剪力墙共同发挥作用，大震作用下刚度较大的剪力墙作为第一道抗震防线，随着剪力墙的开裂，刚度减小，框架则开始在保持结构稳定及防止结构倒塌上发挥作用。
三、建筑结构抗震计算方法
结构抗震计算是为建筑抗震设计提供定量手段，对于一般高层建筑目前采用的计算方法有如下：
（一）反应谱法理论
反应谱法理论是根据已有的地震数据统计分析，首先计算质点体系地震反应，然后生成反应谱，再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构等效地震荷载，最后按静力方法计算设计结构。
1.底部剪力法：适用于当结构高度小于 40m，沿高度方向质量刚度分布比较均匀，以第一振型为主的高层建筑。
2.反应谱振型叠加法：当把结构简化为平面结构进行分析时，采用平方和的平方根法（SRSS方法）；当采用空间协同分析或空间分析方法时，考虑空间各振型的相互影响，采用完全二次方程法（CQC方法）。[3]
SRSS方法： 
CQC方法： 
（二）时程分析法
时程分析法是对结构的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动态分析方法。可得到各个质点随时间变化的位移、速度和加速度动力变化，进而计算构件内力和变形的时程变化。
其中弹性全过程分析较能真实地描述地震作用的全过程，可以得到每个构件在每一时刻的内力和位移。弹塑性全过程分析能准确地模拟钢筋、混凝土材料进入塑性阶段后强度和刚度的变化情况，准确地求解各个时刻不同构件的应力和变形等。目前随着理论研究的不断发展，此类方法已经开始应用于少数超高层和复杂的大型结构分析中，例如东莞台商会馆68层超高层大楼是一个很成功的例子。
四、建筑抗震构造措施
建构抗震构造措施是为保证结构整体性，一般不需要计算而对结构和非结构各部分构件采取细部要求来加强局部薄弱环节。
（一）多层砌体房屋的抗震构造措施
多层砌体房屋的材料（砌块、砂浆）脆性大，抗拉、抗剪能力低，抗震能力差，需加强其整体性连接：
1.设置竖向构件（构造柱、芯柱）加强对砌体结构的约束；
2.设置水平构件（圈梁）与构造柱连接起来以增强房屋整体性；
3.加强墙体间、楼板以及梁的连接和楼梯间的整体性等。
（二）框架结构构造措施
框架结构梁柱节点和填充墙等位置易发生震害。一般柱严重于梁、柱顶严重于柱底、角柱严重于内柱、短柱的严重于一般柱。所以在设计中要注意“四强三避一控”，即强柱、强节点、强锚固、强角柱，避短柱、避薄弱层，避脆性破坏，控制最小配筋率等。
（三）设置防震缝
防震缝将不规则的建筑物分割成几个形体简单、刚度均匀的独立单元，可以避免相邻结构单元发生碰撞、结构构件产生扭转或应力集中等情况，有效改善结构的抗震性能。
五、结语
建筑抗震设计已经成为整个建筑规划设计重要环节。随着社会发展和研究的深入，抗震设计要从抗震概念设计、结构抗震计算到抗震构造措施等几方面多维度考虑，使得三者互相发挥作用使建筑结构达到最佳安全可靠状态。最后，对于建筑结构抗震设计我们还要不断深入的研究总结，使之从理论体系到实践措施都更加成熟精确，最大限度地保障人民生命财产安全。
参考文献：
[1].GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2].陈杰.浅析不规则性建筑结构抗震设计[J].建筑工程技术与设计，2014，（17）
[3].欧妍君，钟超，徐伟华.建筑结构抗震的几种计算方法[J].广东建材，2006，（3）：105-106
论文作者:李植伟
论文发表刊物:《北方建筑》2016年11月第31期
论文发表时间:2016/11/24
标签：结构论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 刚度论文; 烈度论文; 措施论文; 构件论文; 《北方建筑》2016年11月第31期论文;