摘要：本文以高层钢筋混凝土结构的抗震设计为研究对象，结合抗震设计的相关理论，主要分析了框架结构的抗震设计要点，希望为同类工程的研究人员提供参考。
关键词：建筑结构设计；抗震设计；要点
前言
具有极强破坏性和突发性的地震灾害，严重威胁人类的生命和财产安全。而在地震中，建筑物的倒塌和破坏是造成人员伤亡和财产损失的主要原因。因此，对建筑结构进行抗震设防，提高其抗震性，能成为减轻地震灾害损失的有效措施。我国目前建筑工程抗震设计的目标是小震不坏、中震可修、大震不倒，这一原则的推广实施，不仅显著的提升了建筑抗震性能，而且也使得人员及财产损失逐渐得到控制，由此在抗震设计中，应密切结合这一原则。
1.建筑结构抗震设计概述
1.1建筑结构抗震设计的特点
（1）建筑抗震设计存在强烈的不确定性
抗震设计必须面对和处理地震动输入、结构分析模型、分析方法、结构破坏模式等的不确定性。其中，地震动输入的不确定性是最大的不确定性。抗震设计中应充分认识到，根据目前所采用的确定性方法所计算出的结构地震反应实质上只是一种平均意义上的结果，因而必须从抗震概念和措施上完善抗震设计。
（2）建筑抗震设计应考虑结构反应的动力特征和弹塑性行为
一方面结构地震反应问题属于动力学范畴，基于静力学问题的概念和规律并不都适用于抗震设计，比如在框架结构的梁内随意增加配筋就可能导致产生预期之外的破坏模式。
另一方面抗震设计允许结构在设防烈度及罕遇地震下产生损伤和破坏，采取什么样的模型和方法才能合理描述和估计结构的非线性行为过程，这是抗震设计区别于一般结构设计的难点[1]。
此外抗震设计的难点不在于使结构不破坏，而在于使结构在多遇地震下不破坏、在设防烈度下产生可接受的破坏、在罕遇地震下产生不致倒塌的破坏。这就要求结构的破坏有一个合理的破坏部位、顺序和程度，即破坏模式。
（3）建筑抗震设计是强度、刚度、延性等控制问题
一定程度上，结构的地震作用是由设计者所决定的，设计者确定了结构的强度屈服水平也就决定了地震作用的大小；而刚度的大小不仅影响结构地震水平，更关系到结构变形能力和破坏状态；延性则是结构自屈服到极限状态的变形和耗能能力的体现。建筑抗震设计需要均衡结构的强度和刚度并利用延性来达到预期的设防目标。
1.2建筑结构抗震设计的原则
为了充分发挥各构件的抗震能力，在设计的过程中应遵循以下原则：
1）结构应具有连续性。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。对于现浇钢筋混凝土结构，应保证良好的施工质量；对于砌体结构应合理设置圈梁和构造柱。
2）保证构件间的可靠连接。提高建筑物的抗震性能，保证各个构件充分发挥承载力，关键的是加强构件间的连接，使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。各种节点的强度要大于被连接构件的强度，连接件锚件的强度要大于连接件的强度等，以保证构件进入塑性状态时连接仍处于弹性工作状态，从而发挥连接成整体的重要作用[2]。
3）节点连接的承载力和刚度要与构件的承载力和刚度相适应，节点的承载力应大于被连接构件的全截面承载力，要从构造上采取措施避免节点的刚度和承载力过早退化，导致结构变形过大而失稳破坏。
2.建筑结构设计中抗震设计的要点分析
2.1场地选择
地震造成建筑物的破坏，情况是多种多样的，由此选择工程场址时，应该进行详细勘察，摸清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑杭震不利的地段。
对建筑抗震有利的地段，一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。对建筑抗震不利的地段，就地形而育，一般是指条状突出的山嘴，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘；就场地土质而言，一般是指软弱土、易液化土、断层破碎带等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段是对建筑抗震不利的地段。因此在具体建筑的场地选择设计时，应尽量建在基岩或薄土层上，或应建在具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地履能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用，
2.2建筑平、立面布置
建筑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，就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。反之，建筑布局奇特、复杂，结构布里存在薄弱环节，即使进行精细的地震反应分析。在构造上采取补强措施，也不一定能达到减轻震害的预期目的[3]。
由于简单、对称的结构容易估计其地震时的反应，容易采取构造措施和进行细部处理，因此建筑物的平、立面布置应以规则、质量和刚度变化均匀，避免楼层错层为宜。长期的实践也表明：相比较体型不规则、立面上高低错落的建筑物，简单整齐的建筑物外形，其震害往往较轻，由此可见在设计时，需要注意建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布等诸多“规则”。
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2.3结构选型设计
2.3.1结构材料的选择
在建筑的方案设计阶段，研究建筑形式的同时，需要考虑选用哪一种结构材料，以及采用什么样的结构体系，以便能够根据工程的各方面条件，选用既符合抗震要求又经济实用的结构
单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备延性系数高、“强度/重力”比值大、匀质性好、正交各向同性、构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度等性能。由此在建筑结构选型时，根据工程实际，可以此选择：钢结构、型钢混凝土结构、混凝土-钢混合结构、现浇钢筋混凝土结构等。
2.3.2 抗震结构体系的确定
不同的结构体系，其抗震性能、使用效果和经济指标亦不同。根据相关规范要求，科学合理的结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，多道抗震防线，以及必要的强度，合理的刚度分布。
由此选择结构体系，要考虑建筑物刚度与场地条件的关系。当建筑物自振周期与地基土的卓越周期一致时，容易产生类共振而加重建筑物的震害。建筑物的自振周期与结构本身刚度有关，在设计房屋之前，一般应首先了解场地和地基土及其卓越周期，调整结构刚度，避开共振周期。
选择结构体系时，要注意选择合理的基础形式。基础应有足够的埋深，对于层数较多的建筑宜设置地下室。震害调查表明，凡设置地下室的房屋，不仅地下室本身震害轻，还能使整个结构减轻震害。对于软弱地基宜选用桩基、筏片基础或箱形基础。岩层高低起伏不均匀或有液化土层时，最好采用桩基，后者桩尖必须穿入非液化土层，防止失稳。当建筑物层数不多、地基条件又较好时，可采用单独基础或十字交叉带形基础等[4]。
2.4改善构件延性
一方面应控制好构件的破坏形态。相关试验资料表明：结构延性和耗能的大小，决定于构件的破坏形态及其塑化过程。弯曲构件的延性远远大于剪切构件的延性；构件弯曲屈服直至破坏所消耗的地震输入能量，也远远高于构件剪切破坏所消耗的能量。所以，进行工程抗震设计时，应在计算和构造方面采取措施，力争避免构件的剪切破坏，争取更多的构件实现弯曲破坏。如：对于抗震墙，可以对其墙肢和连梁某些控制截面的设计地震剪力，乘以大于1.0的增大系数，以及在构造上加密腹板网状钢筋或设置斜向钢筋等措施，以提高抗震墙的抗剪“屈服强度系数”，迫使抗震墙先于剪切出现弯曲屈服。
另一方面应减小杆件轴压比。就框架体系而言，柱的延性对于耗散输入的地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用，而轴压比又是影响钢筋混凝土柱延性的一个关键性因素。相关资料表明，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降；而且在高轴压比的情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性比不再发挥作用。所以，在结构设计中，确定柱、墙肢等轴压和压弯构件的截面尺寸时，应该控制其轴压比值。
2.5加强多重抗震防线的设置
多道抗属防线对抗震结构是必要的，当场地发生地震动，一个接一个的强脉冲对建筑物产生多次往复式冲击，造成积层式的破坏。如果建筑物采用的是单一结构体系，仅有一道抗震防线，该防线一旦破坏后，接踵而来的持续地震动，就会促使建筑物倒塌。特别是当建筑物的自振周期与地震动卓越周期相近时。建筑物由此而发生的共振，更加速其倒塌进程。如果建筑物采用的是多重抗侧力体系，第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续的地震动的冲击，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。在遇到建筑物基本周期与地震动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。
原则上说，应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或者选用轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。当建筑物受到强烈地震动主脉冲卓越周期的作用时，一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形，来耗散输入的地震能量；另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。这种通过对结构动力特性的适当控制，来减轻建筑物的破坏程度，是对付高烈度地震的一种经济、有效的方法。
3.结语
通过本文分析，为提高建筑抗震能力，在设计时应综合考虑以下几个方面的内容：
1）建筑物选址时，尽可能选择有利地段；避开不利地段，当无法避开时应采取相应有效的抗震措施。
2）平面布置宜简单、规则，尽量减少凸出、凹进等复杂平面；同时应注意，平面上质量分布均匀，尽可能不出现明显质量偏心，及质量集中在周边。
3）立面应力求规则、均匀，应尽可能避免大的外挑和内收的突然变化的阶梯型立面；结构的抗侧移刚度应当沿高度均匀，或沿高度逐渐减小。
4）对于不规则的建筑设计方案，应提出相关的加强设计措施；房屋的高宽比应该控制在一个合理的范围内；当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。
参考文献：
[1]方小丹,魏琏.关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J].建筑结构学报.2011(12).
[2]蒙雪俏.建筑结构抗震设计要求探析[J].中国高新技术企业.2014(31).
[3]叶钟.试分析建筑结构设计常见的问题及措施[J].江西建材.2017(01).
[4]周益禾.建筑结构设计管理中存在的问题及对策研究[J].建筑知识.2016(01).
个人简介：胡原榜（1984-）,男（瑶族），广西南宁人，中级工程师，大学本科。
论文作者:胡原榜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/11/27
标签：结构论文; 构件论文; 建筑物论文; 延性论文; 建筑论文; 刚度论文; 强度论文; 《基层建设》2017年第25期论文;