摘要：地震可以产生巨大的破坏力，但历次震害表明严重的人员伤亡和财产损失主要还是因为房屋建筑的抗震能力不足所致，因此在结构设计中必须保障抗震能力，本文就此对建筑结构抗震设计方法与应用进行了探讨。
关键词：建筑结构设计；抗震能力
1 在建筑结构设计中保障抗震能力的重要性
地震是突发性的自然灾害，强震往往造成巨大的人员伤亡和财产损失。地震危害的直接原因是房屋的破坏和倒塌，而造成房屋不耐震的主要原因又是房屋设计、建造过程中没有采用正确的抗震设防措施，简言之就是房屋抗震能力不足。我们不妨对比一下：1978年唐山7.8级地震死亡25万人（有说24万人，城市人口150万），而1985年智力瓦尔帕莱索7.8级地震死亡不足百人（城市人口100万）。2008年汶川8.0级地震死亡加失踪8.7万人，倒塌房屋796.7万间，受破坏房屋2454.3万间；2010年智利8.8级地震（相当于汶川地震能量的16倍）死亡721人（90%还是因海啸而死），倒塌房屋4栋，受破坏房屋50栋。之所以出现这样巨大的差别，因为唐山对地震完全不设防，之前人们一直认为那里不会发生地震，而汶川的问题也类似，大量房屋不符合抗震要求。智利一般被认为属于中等发展水平国家，经济上与欧美发达国家相比肯定有差距，但对房屋抗震绝对重视，所有建筑物均严格按抗震设计规范进行设计和施工，所以房屋才能够抵抗强震的巨大破坏力[1]。因此，在结构设计中保障抗震能力是非常重要的。
2 建筑结构设计中抗震设计方法
2.1 抗震概念设计
由于地震机理并未完全掌握，地震发生时间尚不能准确预测，工程抗震问题仅依赖设计计算是不充分的，必须通过概念设计才有可能从宏观上和整体上把握抗震设计，并从根本上决定建筑结构的抗震能力。换句话说，地震是小概率事件，现有的主要依据实测和试验数据统计分析得出规律的计算方法，用于抗震设计并不完全可靠，尤其是不规则结构的计算设计的可靠性更低，因此运用概念设计是保障抗震能力不可或缺的途径。狭义的抗震概念设计主要依据震灾和工程经验形成的设计原则与设计思想，而广义的抗震概念设计更多的是依据理性思考、合理推论形成的专家共识。现行规范《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2011（2016年版））采用狭义的概念设计，要求尽量保持结构的整体性及整体稳定性，以及保持结构质量、刚度沿结构分布均匀及对称，保证结构构件传力合理、简洁，避免上部结构与地基基础之间发生共振，结构体系及其子体系在发生地震时应当发挥耗散地震能量的作用。
2.2 基于承载力与基于位移的抗震设计
基于承载力设计是目前世界各国规范普遍采用的计算方法。地震承载力是利用静力学中的弹性方法分析结构构件强度能否满足地震条件下极限状态的要求，设防目标即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。地震作用的取值由设防烈度的地面运动有效峰值加速度再考虑相应的系数得到，而在结构上具体作用方式一般采用底部剪力法和振型分解反应谱法，也可以采用时程分析法。抗震验算时，将地震作用视为一种“荷载”，乘以剪力系数得到任一楼层的水平地震剪力结果，其值应小于水平地震作用标准值的楼层剪力。这种设计方法与传统结构设计方法接近，便于设计人员理解和运用，但因未考虑地震作用的持时特性，不适于长周期结构。位移极限主要用于设计验算，但不能有效控制结构在罕遇地震作用下的行为，而大震研究表明结构构件的破坏程度与结构位移响应及构件变形能力相关，所以通过位移控制结构在罕遇地震作用下的行为更合理。目前，基于位移设计主要有延性系数法、能力谱法和直接位移法三种方法。
2.3 抗震性能化设计
抗震性能化设计是一种多级设防目标的抗震设计，对于不同使用性质和重要性的建筑来说，针对不同的地震作用强度，分别规定其各自的建筑震害程度与性态水平，故又称为抗震性态设计[2]。采用这种设计方法不受现行规范的限制，具有多级性、全面性和灵活性特点，适于新结构体系、新技术、新材料建筑，尤其适合超限结构设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计时先要设定抗震性能目标，然后基于不同水准地震作用进行设计。GB 50011第3.10节和附录M分别给出了设计要求与设计方法。
2.4 基于能量的抗震设计
地震地面运动包含动强度、频谱和持时三个特性，目前广泛采用的基于承载力与基于位移的抗震设计，因未考虑地震持时对结构产生的累积损伤效应，故存在一定的不足。基于能量的抗震设计能够综合反映这三个特性的影响，其将结构在地震中的响应看成为一个能量输入过程，在这个过程中存在结构阻尼和累积滞回引起的能量耗散，只要结构在地震持时期间引起的耗散能量大于地震输入能量，结构就是安全的，不会发生倒塌[3]。这种设计方法也需要确定结构中各个构件的承载力和变形能力，可借传统设计方法获得。地震输入能量可由能量谱形式确定，结构总累积耗能需求可采用多阶振型组合方法确定。结构总累积耗能需求在结构中分布具有随机性和不确定性，目前主要通过弹塑性分析得到。耗能损伤的评价主要基于试验统计。总的来说，基于能量的抗震设计仍主要停留在理论层面，实际应用尚有待时日。
3建筑结构设计中抗震设计的应用
3.1 抗震设计一般要求
首先，严格选择场地，尽量避开软弱土层、液化土层、采空区和断裂带，以及易发滑坡、泥石流山体。其次，平立面布置尽量规则、分布均匀、传力明确。再次，材料选择以质轻、高强并具良好的延展性和整体性为佳，实用上钢材最好，但价高，钢筋混凝土也是不错的选择，然而反复作用下刚度会降低。最后是科学准确的设计计算[4]。
3.2 砌体结构的抗震设计
在我国很多地区采用砌体结构建造民房，但这种结构抗震性较差，我国汶川、青海玉树受损破坏最严重的就是这种结构。为提高抗震性应当合理设置构造柱和圈梁。
3.3 框架结构的抗震设计
框架结构在南方地区应用广泛，多层建筑大多采用这种结构，但纯框架结构抗侧力性较差，不适于高层建筑。根据震区受损破坏情况来看，主要集中在梁柱节点、柱端、弱柱、填充墙、楼梯等处。为提高抗震性必须强调强柱弱梁、强剪弱弯的原则，同时加强结构侧向刚度、加大填充墙剪切刚度，为免梁端破坏，梁两端应设置箍筋加密区。
3.4 剪力墙结构的抗震设计
剪力墙结构侧向刚度大，但墙间距小，平面布置不够灵活，结构自重比较大。主要破坏形式有墙肢、连梁的剪切破坏和弯曲破坏。为保证抗震性，平立面布置尽量规则、对称、周边和封闭，竖向应连续不中断。连梁刚度应适中，具备一定的延性。剪力墙开洞时，应遵循“强墙弱梁”原则。设计墙肢、连梁时，遵循“强剪弱弯”原则。
4 结语
我国是一个多地震国家，地震会造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失。为了减轻震害的不利影响，设计人员必须提高抗震意识，加强抗震技术的研究与应用，努力提高建筑结构的抗震可靠性。在设计过程中应针对不同的结构，采用科学合理的抗震措施，以确保设计成果经济、美观、适用、安全。
参考文献：
[1]赵真.抗震概念设计刍论[D].哈尔滨：中国地震局工程力学研究所，2014.
[2]刘大海，曾凡生，王敏，等.《建筑抗震设计规范》若干问题的探讨[J].地震工程与工程振动，2016，36（1）：11-17.
[3]叶列平，缪志伟，程光煜，等.建筑结构基于能量抗震设计方法研究[J].工程力学，2014，31（6）：1-12.
[4]靳永恒.建筑结构设计中抗震设计分析[J].山西建筑，2017，43（20）：44-45.
论文作者:张国荣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/28
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