浅析未来建筑抗震结构设计

浅析未来建筑抗震结构设计摘要：抗震建筑，是指在抗震设防烈度为6度及以上地区必须进行抗震设计建筑。从全球的重大地震灾害调查中可以发现，95%以上的人命伤亡都是因为建筑物受损或倒塌所引致的。探讨建筑物于地震中受损倒塌的原因，并加以防范，从工程上建造经得起强震的抗震建筑是减少地震灾害最直接、最有效的方法。提高建筑物抗震性能，是提高城市综合防御能力的主要措施之一，同时也是防震减灾工作中一项“抗”的主要任务。我国位于世界两大地震带――环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃。地震主要分布在五个区域：台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上。所以展望未来面对快速发展的我国对建筑抗震结构的设计是很有必要的。关键字：抗震，建筑，结构设计。一些国际上造成重大伤亡的地震灾害都呈现出类似的一种现象，除了地震规模(震级)大外，主要还是因为大量没有经过良好抗震工程设计与施工的房屋倒塌。而且这些房屋经常是完全倒塌成一堆石块废墟，将人活埋；例如在1976年7月28日3时中国河北省唐山、丰南一带、在1999年8月17日土耳其的伊兹米特地震、2001年1月26日印度的布吉地震、2005年10月8日巴基斯坦的克什米尔地震以及此次的汶川大地震等死亡人数超过2万人的灾害地震中都极为类似。因此，探讨建筑物于地震中受损倒塌的原因，并加以防范，从工程上建造设计经得起强震的抗震建筑是减少地震灾害最直接、最有效的方法。首先抗震结构体系是抗震设计应考虑的最关键问题，对安全和经济起决定性的作用，是综合的系统决策。我所说的抗震结构体系，指的是对建筑物进行抗震设计，同时有针对性的采取一定的抗震构造的措施，最终实现结构抗震的效果和目的。一般来说，抗震设防主要依据的是抗震设防烈度。而抗震设防烈度的依据，是以国家规定权限审批或颁发的文件执行的，其是一个地区作为抗震设防标准。通常情况下，是采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度的。从当前内外抗震设防目标的发展总趋势来看，其基本要求建筑物在使用期间，可以应对对不同频率和强度的地震，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。这是我国抗震设计规范所采用的抗震设防目标。建筑工程在施工中的设防的目标如下：⑴如果所遭受的是低于本地区设防烈度多遇的常规地震，建筑物不受损坏，不需修理仍可继续使用；⑵如果遭受到本地区规定的设防烈度的地震，建筑物，包括结构和非结构部分，可能损坏，但不会对人民生命和生产设备的安全造成威胁，经修理仍可使用；⑶如果遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震，尽量保证建筑物不倒塌。也就是说，在建筑结构的防震设计上，设计方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度这三个层次进行考虑。从概率上看，多遇地震烈度是发生机会较大的地震级别。按照现行规范设计的建筑，在设计上要达到这样的防震效果：当遭遇多遇烈度作用时，建筑物处于弹性阶段，通常不会损坏；当遭遇相应基本烈度的地震时，建筑物将进入弹塑性状态，但一般不会发生严重破坏；当遭遇罕遇烈度作用时，建筑物可能会有严重破坏，但不至于倒塌。其次是结构体系的选择：结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。结构体系应符合下列各项要求：应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力；应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。结构体系应符合下列各项要求：宜有多道抗震防线。多道抗震防线是指：一个抗震结构，应由若干延性较好的分体系组成，通过构件的连接协同作用，有意识地在结构内部、外部建立一系列分布的屈服区，使结构在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防线”得以保存，便于结构的修复。例如，在有填充墙的框架结构中，填充墙为第一道防线，框架为第二道防线；此时填充墙本身应有一定的刚度和承载能力，并均匀、对称地布置在框架结构中。在强烈地震的冲击下，第一道防线遭受破坏后，结构的动力特性（如自振周期等）得以改变，可使第二道防线承受的地展作用得以缓解和受到保护。在高层钢筋混凝土房屋中，应用较多的另一种结构形式是框架一剪力墙体系（在抗震设计中，剪力墙也称为抗震墙）。剪力墙是第一道防线，框架为第二道防线。在一般情况下，应优先选择不承受重力荷载的构件，如上述的框架填充墙、轴压比不太大的钢筋混凝土剪力墙或柱间支撑、竖向支撑等作为第一道防线。宜具有合理的刚度和承载力分布。建筑物承受的静力荷载是基本稳定的（如自重、楼面活荷载等），而地震时所受的地震作用大小则与结构的动力特性密切相关：建筑物的侧移刚度越大，则自振周期越短，地震作用也越大，要求结构构件具有较高的承载力。提高结构的侧移刚度，往往以提高造价和降低结构变形能力为代价，因此在确定结构体系时，需要在刚度、承载力之间寻求较好的匹配关系。结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。此时，结构在两个主轴方向的地震反应相当，不致造成一个方向过强、一个方向过弱的现象。在这方面我们可以借鉴老祖宗，在古代建筑中一般由台基、梁架、屋顶构成，高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。中国古代建筑的台基用现代结构语言描述，堪称“整体浮筏式基础”，好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中，能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏，减少地震波对上部建筑的冲击。中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造，在构架的垂直方向上，形成下大上小的结构形状，实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一，而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。形成大屋顶(尤其是庑殿顶、歇山顶等)需要复杂结构和大量构件，大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性；庞大的屋顶以其自重压在柱网上，也提高了构架的稳定性。最后，将位移考虑在内，降低输入地震能量。（1）客观看待位移问题。计算承载力是我国建筑结构设计的基础，设计人员应该重视这个计算，并采用弹性策略，系统性的分析和计算相关结构力，保证建筑结构的稳定和安全；而要有效减少水平方向的侧移，可以减少建筑的自重，将横向弯矩考虑在内，在分析相关数据的基础上，开展深层次的设计，将多个方面的因素都考虑在内。（2）降低地震的输入能量。随着社会经济的发展，人们对高层混凝土建筑的抗震性能提出了更高的要求，所以，在开始设计时，就应考虑地震的预期作用，仔细预算、计算和分析变形问题，设计时应重视构件承载力，还要计算地震时层间的位移侧移与综合位移之间的延性比等，保证建筑结构的稳定性和实用性。另外在近年来，人们对于高层建筑的要求也越来越高，高层混凝土建筑抗震结构设计是高层建筑施工建设的一项重要研究内容。日本《建筑基准法》规定，日本的高层建筑必须能够抵御里氏7级以上的强烈地震。一个建筑工程为获得开工许可，除了设计、施工图纸等文件外，还必须提交建筑抗震报告书。通过综合分析高层混凝土建筑建设位置的地质环境，优化抗震结构设计，提高高层混凝土建筑的抗震能力有很重要的意义。结束：总之，在建筑结构的防震设计中，设计人员必须根据建筑的实际情况，结合地质环境，在经济与安全的综合考量下，设计出科学合理的防震方案，保证建筑物在相应的防震标准下进行施工，保证建筑的安全。在当前我国建筑行业发展的过程中，对建筑物进行相应的抗震结构设计是很有必要的，这不仅可以使得整个工程项目施工的效益得到保障，还使得建筑物的安全性和稳定性得到进一步的提升。不过，从当前我国建筑抗震结构设计的实际情况来看，其中还存在着许多的问题，为此我们还要在不断的实践过程中，来对其设计理念进行相应的优化和改进，并且严格根据工程施工的实际情况，来对其进行处理，从而使得建筑工程的施工质量得到保障，促进我国建筑行业的稳定发展。参考文献:[1]罗联训.浅论高层混凝土建筑抗震结构设计[J].中华民居（下旬刊）.2014（06）[2]柏芸.试论高层混凝土建筑抗震结构设计[J].门窗.2013（06）]、[3]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）[4]中国著名建筑历史学家、文物考古学家曹汛《海城地震区寺塔调查记》一文[5]日本《建筑基准法》论述人：张润2015年12月30日