提高建筑结构抗震设计的措施

提高建筑结构抗震性能的措施摘要：随着社会的发展和科学技术的进步，建筑抗震设防已是工程结构设计面临的迫切任务，建筑结构设计人员为防止、减少地震给建筑造成的危害，就需要分析研究如何合理地提高结构的抗震性能。从目前抗震设计现状出发，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，找出合理有效的抗震设计方法。一、建筑结构抗震性能的影响因素1.1建造场地的选址不正确当建筑物的建造场地在软土、液化土等土壤分布不均等场地时，在地震发生时可能会导致建筑物的崩塌和下陷，这是由于地基内土壤存在软弱粘性的土壤和不均匀的土层造成的，特别是在填土的区域，特别是在建筑物建设时如果无法避开土地和地形地势的影响，应该对地基进行加固处理和建筑结构的合理设计。1.2建筑物结构设计不科学当发生较大的地震灾害时，建筑结构的延性能力的性能十分重要，某种程度上来说，建筑结构构件的延性能力能够产生更大的抗震能力。建筑结构的延性能力主要是通过破坏部分次要的建筑构件来减轻地震对整个建筑结构所造成的破坏，达到对建筑物整体的保护作用。延性构件能够很好的在地震发生时产生非弹性的形变，最大限度地将地震能力转移至自身，其抗震性能和产生的作用甚至高于建筑结构的抗震强度，但是在对于建筑延性构件的设计上往往存在很多的问题。在地震灾害发生时，以钢筋混凝土为主的框架梁往往会最先出现形变，在对建筑起支撑作用的支柱变形出现稍晚。如果在延性框架上的设计缺乏合理，没有正确的选择一个可以受到强力作用的形变构件，建筑结构延性构件还没有发挥其延性就遭到破坏，没有一定的消耗地震发生对建筑结构产生的破坏力，那么就无法保证框架的对地震能量的消耗，从而对建筑结构造成破坏。二、提高建筑结构抗震性能的措施2.1建筑场地的选取建筑地形以及建筑物地处的地质情况，将直接影响建筑抗震性能。因此，抗震规范明确规定建筑物应尽可能避开对建筑抗震不利的地段如：断层错动、河岸滑坡、地层陷落等，任何情况下均不得在抗震危险地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。因此，在进行建筑选址时，应进行详细勘察、搞清地形、地质情况。2.2建筑主体结构设计的合理性建筑物自身的结构设计是直接影响到建筑物的抗震性能。从工程实践结果表明，对于复杂的平面布置，建筑物会出现质心与刚心不重合，在地震作用下结构将会产生较大的扭转效应，从而加剧地震的破坏作用。对于结构设计人员来说，所设计的结构应当遵循形状规则和简单、结构对称，而且结构应当满足竖向均匀性原则，从而可以有利于降低扭转力、非结构构件能保持稳定的工作状态、降低材料的耗用。结构抗震设计中，要求结构平面布置尽可能地使结构的刚心和质心相一致。在建筑立面上应尽可能的降低结构重心，避免头重脚轻，出现结构薄弱连接、刚度突变，受鞭梢效应，致使在地震时发生倾倒。2.3建筑施工材料选取以及质量建筑物在地震时所受到的地震作用与结构刚度成正比，即质量越大的结构构件，其将受到的地震影响力也就越大。因此在进行建筑物构件选材时，在保证建筑安全性的同时，为改善建筑的抗震性能，应尽可能的减少建筑结构的整体质量。2.4设置多道设防的抗震结构体系抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经过技术、经济条件比较综合确定。首先宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承裁能力。多道抗震防线，是指在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下，首先达到屈服，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用，即担负起第一道抗震防线的作用，其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服，从而形成第二、第三或更多道抗震防线，这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。2.5保证结构的延性抗震能力合理选择了建筑结构后，就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标，系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁：人为增大柱相对于梁的抗弯能力，使钢筋混凝土框架在大震下，梁端塑性铰出现较早，在达到最大非线性位移时塑性转动较大；而柱端塑性铰出现较晚，在达到最大非线性位移时塑性转动较小，甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯：剪切破坏基本上没有延性，一旦某部位发生剪切破坏，该部位就将彻底退出结构抗震能力对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。三、建筑结构性能抗震设计采用合理的抗震性能目标和合理的结构措施进行抗震设计。除了抗震设计方法，基于性能的抗震设计理论还包括目标性能的确定，它是整个设计的基础和关键，主要包括以下三个方面：3.1地震设防水准在设计基准期内，定义一组参照的地震风险和相应的设计水平，是基于性能设计理论的一个重要目标。基于性能的设计理论应追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准，为此，需要根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为地震设防水准，分为常遇、偶遇、罕遇和稀遇地震，并给出了其重现期和超越概率。3.2结构的性能水平及其量化指标结构的抗震性能水平表示结构在特定的某一地震水准下一种有限程度的破坏，包括结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。按照不同的地震动水平，结构的性能水准可分为四级，即功能完好、功能连续、控制破坏与损失、保证安全。其中，简化的三级性能水准，即可继续使用、修复后可再使用保证安全。3.3抗震设计的目标性能结构的抗震设计的目标性能是针对某一地震设防水准而期望达的抗震性能等级，抗震设计目标性能的建立需要综合考虑场地特征、结构功能与重要性、投资与效益、震后损失与恢复重建、潜在的历史或文化价值、社会效益及业主的承受能力等诸多因素。我国抗震规范的目标性能实际是：小震不坏，中震可修，大震不倒。四、各种结构类型建筑物抗震设计4.1砌体结构抗震设计砌体结构由于其取材容易，而且其工程成本较低，也是我国农村建筑的主要结构类型之一。但鉴于砌体结构中，砌体自身的的抗拉、抗弯以及抗剪强度较多，因此结构自身的整体性较差而造成砌体结构的抗震性能并不优越。从建筑物震害情况表明，砌体结构在地震中的破坏性较为广泛。对于砌体结构的抗震设计来说，由于结构形式不合理、抗震措施不足、施工质量没有保障等都是导致砌体结构抗震性能较差的主要因素4.2框架结构抗震设计框架结构由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构。其在地震中主要表现的震害现象为：柱端出铰、柱端剪切破坏、节点的破坏。而框架柱的破坏是致使了建筑物的局部或整体倒塌的关键所在。从钢筋混凝土柱的破坏位置方面看，典型破坏位置有：柱顶破坏、柱中部破坏、柱底破坏、短柱破坏、柱梁节点处破坏。为此对于框架结构的抗震设计，应当严格控制其抗震设计理念：“强柱弱梁、强节点弱构件，强剪弱弯”。4.3非结构构件的设计在结构抗震设计中，不考虑承重以及风，地震等侧向力载的构件称为非结构构件，如框架填充墙、围护墙、楼梯等。但这些非结构构件在地震中却较易出现倒塌现象，为有效地避免这些非结构构件在地震中产生的不利倒塌，非结构构件应该和主体结构有可靠的连接和锚固。高烈度区建筑结构震害多以房屋严重破坏和倒塌为主，作为围护结构的墙体也不可避免随主体结构垮塌或发生严重损坏。我们如若进行一些必要的构造设计、概念设计、增强结构可靠度等即可加强非结构构件和主体的连接，有效地提高建筑结构抗震性能。结束语：抗震设计已经成为建筑物结构设计中重点考虑的环节，通过对建筑结构的抗震设计，可合理有效地使建筑结构达到最佳安全状态。在合理确定结构型式和体系后，结构的布置就成为建筑抗震的重要问题，所以一定要做好结构方案，做好抗震设计。