建筑结构设计中抗震设计要点解析

建筑结构设计中抗震设计要点解析

摘要：在建筑结构设计中，抗震设计是设计的一个重要环节。为了抗御和减轻地震灾害,在建筑结构抗震设计时合理的设计要求进行设计是其首要前提。本文对抗震设计中的设计要求内容进行了简单的探讨。

关键词：建筑结构；结构体系；抗震设计

Abstract: In the design of the building structure, seismic design is an important part of the design. In order to prevent and mitigate earthquake disasters, the design requirements in seismic design of building structure is reasonable design is the primary premise. This paper discussed the design requirements of the seismic design of the content.

Key words: building structure; structure; seismic design 一、建筑抗震设计要求

1.对场地、地基和基础的要求

选择建筑场地时应根据工程需要，作出综合评价。选择对抗震有利地段，避开不利地段，无法避开时，应采取有效措施。为避免建筑物发生“共振”破坏，应尽量使地震动卓越周期与待建建筑物的自振周期错开，减少地震能量输入。从地震的调查结果看，存在“共振”破坏，同一场地，地震会“有选择”的破坏某一类型建筑物而“放过”其它。地基和基础设计应符合以下要求：(1)同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；(2)同一结构单元不宜部分采用天然地基，部分采用桩基；(3)地基分为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。

2.选择对抗震有利的建筑平面、立面和竖向剖面建筑抗震

设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

3.选择技术和经济合理的结构体系

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、结构材料等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。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，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能力。要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的结构体系，应采取措施提高抗震能力。另外结构体系宜设置多道抗震防线。

二、抗震建筑的形式

1.基础抗震。在建筑物最下层的基础部位设抗震层和抗震装置， 是最基本的抗震结构形式，也是在工程中应用最多的抗震形式。采用基础抗震设计上应注意：在建筑物周边，抗震层部分要比基础大一圈，因此场地要宽裕；抗震层的周围设挡土墙，其上部有墙外狭道等， 因此要确保地震时不因上部结构的移动而带来其它问题；方便检查和更换抗震装置；为使设备管线适应抗震层的位移和变形，常采用柔性连接或球型接点，但要考虑安放装置及检修的空间；抗震建筑物与其它建筑物之问的联系通道要适应相对变形，确保畅通无阻。

2.中间层抗震。在基础以上的中问楼层设置抗震层，下部结构同普通建筑物一样直接与地基接触，因此它不存在基础抗震建筑的底部体积和墙体数量问题，但抗震层以下的楼层需要做抗震处理。在市区场地不太宽裕时，可把抗震层设计在地面以上，在空中变形有利于节约用地，同时也能有效减少地基的挖土量。采用中间层抗震，设计上应注意：为适应抗震层的移动变形，该部分的建筑外墙应设水平缝，要考虑防水、隔音、防火等，也要注意立面的协调美观；解决楼梯、电梯井、机器升降、设备管线等贯穿抗震层的问题，并考虑防火区问的划分；便于检查、更换抗震装置及耐火材料等。

3.人工抗震地基。在多栋建筑物的人工地基下方设置抗震层，可一次性、大范围解决多栋建筑物的抗震问题，在集合住宅下方设置作为人工地基的共同管沟可提高整个城市空间的耐震性。全国首栋抗震楼采用人工抗震地基，设计上应注意：人工地基作为基本建设项目属共同财产，为各建筑物共同使用应先明确所有权问题；人工地基上的建筑物不一定一次建成，应考虑部分竣工或增建改建等情况；人工地基设计时的标准掌握，建筑物的分摊份额及付款等法律上的问题，还有防火规范等，都应慎重考虑。

4.抗震改造。由于建筑物下方增设抗震层，改变了支撑系统，使得基础工程量大大增加。与新建建筑物相比，既有建筑物的改造受到更多的条件限制：有要求边营业边施工的可能；要保持内外装修的连续性、一致性；还要确保通往建筑内部的流线等。采用抗震改造时，设计上应注意：全面了解、把握建筑物现状，原有设计图纸，现场调查场地及建筑物耐震情况；确定建筑物在形态、材料等方面继续保留原样的程度和范围，在此基础上确定耐震加固及抗震层的位置等；考虑临时支撑或提升建筑物所需的空间和工作面；改造施工时采取措施，避免建筑物因不均匀沉降而受到破坏；明确设计标准设定楼地面的强度，满足既有建筑物的承载力、变形能力、使用功能；考虑相应水平位移的对策，还要注意外观的连续性和亲和感，特别注意楼地面、墙等处伸缩连接的位置；增设中间抗震层时，应考虑贯穿抗震层电梯井与设备管线等的移动变形的改装和层高变更等竖向设计的问题。

三、建筑结构设计的抗震措施

1.建筑物地基采用特殊材料隔震建筑物基础隔震, 主要是对建筑物的基础部

分进行特殊处理, 削弱地震时的地震波,从而减少地震对建筑物的损害。传统上是在建筑物的基础部交替铺上粘土和砂子, 或者直接设置粘土或砂子垫层。在中国建筑史上,曾经有人以糯米为原材料, 在建筑物的基础部分设置垫层, 减少地震对建筑物的损害。近年来有关部门在这方面的研究已经取得了突破性进展, 以沥青为原料研究出一种特殊材料, 以此设置隔震层效果更好。

2.建筑物基础设置隔震装置减震，这一种隔震措施主要是在建筑物的基础与上部建筑之间设置特殊装置, 减少地震向上传递, 最高可减少地震对建筑物传递能量的 2 /3 ,但是这种措施的缺陷是不适用于高层建筑, 因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑结构自身的自振周期, 起不到减小地震对建筑物损害的目的通常采用的办法有:摩擦滑移隔震、粘弹性隔震等几种, 设置的装置有橡胶垫、混合隔震装置等。

3.建筑物结构悬挂隔震，悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来, 也就是我们通常所说的悬挂结构, 这样当地震来临时, 地震的能量不会传递给悬挂起来的结构, 从而达到减小地震损害的目的。这种隔震方式最常见于大型钢结构, 大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系以此隔震。大型钢结构一般分为主框架和子框架, 在悬挂体系中,子框架通过索链或者吊杆悬挂于主框架上, 当地震来临时主框架会随着地壳运动发生摇摆, 但是子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆, 地震的能量到达这个部位的时候就会削弱,不至于传递到子结构产生惯性力。

4.层间隔震这种方法主要适用于旧房改建, 在施工方面具有简单、易操作的特点。与建筑物基础部分设置隔震装置的办法相比,层间隔震的效果不是非常明显, 减震的效果可以达到1/10~3/10的范围。这种方法主要是依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置吸收或者削弱地震能量, 从而减小地震对建筑物的危害, 设置的装置基本与基础隔震的相同。

用于减小地震对建筑物损坏、保护建筑物安全的装置和元件很多,通常是各式各样的消能器和阻尼器, 我们把这些装置分为滞回型和粘滞型两种。这种技术的使用非常广泛, 主要有以下几种情况。

(1)随着人们安全意识的不断增强, 建筑结构设计理念的不断更新,人们对建筑结构的减震、隔震设计越来越重视。我们在设计的时候除了对建筑物的基础部分采用特殊处理之外, 还可以借助消能减震装置或者元件削弱地震对建筑物的作用力, 保护人们的生命财产安全。

(2)在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时, 我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施, 完成相应的工作。最迟也是在建筑物的施工过程当中, 在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而,建筑物建成以后,如果想对其进行抗震加固,就要采用增加阻尼的办法, 在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。这些消能减震装置更适用于高层建筑、钢结构,从适用的部位来说也是很广泛的,它不仅可以应用于建筑物的上部结构,也可用于建筑物的隔震夹层。

四、结束语

为了避免地震给人们的生活造成巨大灾难，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。

参考文献：

[1] 胡中海. 建筑结构设计要点解析[ J ] . 中国科技信息，2009

[2] 马俊娥. 浅谈结构设计的基本原则[ J ] .黑龙江科技信息，2011