建筑结构设计中的抗震设计

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  摘要:加强对地震的抗震能力,是减轻地震损失的重要方法之一,通过对建筑增强其抗震能力,从性能上加强抗震设计,可以有效保障居民的生命财产安全,减少经济损失,维护社会稳定。本文深入分析了建筑结构的抗震性及抗震设计,提出了加强抗震设计的几点措施。
  关键词:建筑结构设计、抗震设计、措施
  中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号:
  
  一、前言
  根据不完全统计,全球每年平均要发生500万次的地震,而中国就占据了全球总数的三分之一,地震造成的死亡人数更是惊人,占据了全球死亡总人数的二分之一,地震带给人们的不仅仅是财产损失,更是无法弥补的心灵的伤害。有分析表明,在地震中,超出半数的人员伤亡都是由于建筑物的倒塌造成的,因此,建筑结构的抗震性成为人们的首要考虑的因素。
  
  二、建筑结构的抗震性分析
  1、高层建筑物的钢结构分析研究
  在大型的高层建筑中,钢结构是使用最多的一种结构。钢结构具有非常显著的特点,即具有较高的强度,但是同时质量又非常轻,同时,钢结构具有较高的柔韧性,因此,即使需要承受的载荷很大时,也能通过大变形来释放能量。虽然钢结构具有较高的抗震性,但是也有不足之处,就是成本相对较高,因此,在一些小型工程中,钢结构的使用不是很广泛。
  2、框架结构的抗震性能分析
  框架结构是很多建筑结构普遍使用的一种结构,空间分隔灵活,自重轻,有利于抗震,节省材料;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点,利于安排需要较大空间的建筑结构;在原材料的用量上也很节省,在较大空间结构的建筑物的施工中應用很广泛。框架结构设计具有良好的抗震效果,而且可以根据不同的需要,把梁或柱浇筑成各种需要的截面形状。框架结构和剪力墙结构具有一些相同的特点,因此,在具体的施工过程中,二者常常结合在一起使用,形成了独特的框架—剪力墙结构,在保证抗震性能的同时,也能保证一定的使用空间。
  3、大型建筑结构的剪力墙结构分析研究
  由于钢结构的成本相对较高,因此,在一些中层建筑工程中,通常选用剪力墙结构作为建筑结构的主要承重结构。剪力墙最大的优点表现在良好的承受力上,竖向和横向的载荷都能很好的承受,并且水平方向的位移能得到很好的控制。和钢结构相比,由于成本相对较低,也具有良好的抗震性能,因此,剪力墙结构在一些中高层建筑中也有广泛的应用。
  4、砖混结构的抗震性能分析研究
  砖混结构多常见于农村的房屋建造,在现代城市中,除楼梯、阳台等一些附属设施的建造中,其它的建筑结构已经很少使用砖混结构。和框架结构有所不同,砖混结构的承重结构不是梁、板、柱,而是楼板和墙体。砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构,承重墙体不能有改动,房屋格局的布置没有灵活性,因此,砖混结构在现代建筑中的应用远不如前述三种结构广泛。并且,砖混结构的基本材料是粘土砖,所以,砖混结构的抗震性能也是最差的。
  
  三、建筑结构的抗震设计分析研究
  1、地基的选择分析
  由于地震造成建筑物的倒塌,除去地震的直接破坏因素外,场地的地质条件也是不容忽视的。在选择场地时,应先对地质条件进行综合评定。选择建筑场地时,首先应选择有利于建筑结构抗震的坚硬土质地区,避开土质软化的场地,如果无法避免,也应先做好抗震措施。对于易发生地震的地区,不能建造甲、乙、丙三类建筑,并且有研究表明,在土质越软,覆盖层越厚的地区,地震对建筑物的损坏也就越大,后果更加严重。
  2、选择抗震体系的分析研究
  影响抗震性能的因素有很多种,施工因素、抗震体系的选择等,都会对抗震性能产生一定的影响。
  (1)建筑结构的体型不宜过复杂,空间布置要有规则性,这样,在进行设计方案时,由于建筑物的受力明确,在地震的作用下,建筑结构的实际受力以及内力分析就会更加明确,并且,在进行细部设计时,也相对容易。因此,在遭遇地震灾害时,此类结构物的地震损伤相对较轻。
  (2)建筑物的空间规则性关系到地震作用的传递,并且,建筑材料的选择使用情况也会影响到抗震延性。因此,如果建筑结构的体型相对复杂,且不具有相对规则的空间结构,就要设置防震缝。如果建筑结构的平面设计不具有规则性,则有必要在薄弱的位置采取科学有效的防震措置。对于体型复杂的建筑结构来说,如果不设置防震缝,为提高抗震性能,则根据符合实际情况的结构设计准确的模型,做好精确的抗震分析,重点分析易发生损害的部位,如果设置了防震缝,则建筑结构就被分割成形体简单、结构刚度均匀的独立单元,减轻或防止相邻结构单元由地震作用引起的碰撞,减少房屋的扭转,提高结构的抗震性能。
  3、抗震结构体系的选择分析研究
  通常情况下,为提高建筑结构的抗震性能,减少在地震中的损害,一般都选择不承担重力载荷竖向支撑墙或者填充墙,或者是具有良好延性的抗震墙作为抗震防线的第一种构件。在框架—抗震墙结构体系中,如果抗震墙遭到破坏,在吸收一定的地震能量后,框架就随即起就承担起防震的作用。此类体系结构的设计思路,既保证了抗震性能,同时又具有良好的强度。如果抗震体系单纯的具有良好的强度,但是延性较低,这样的结构在遭遇地震时,很容易受到破坏,反之,如果抗震体系的延性较好,但是强度较低,在遭遇地震作用时,也容易发生损坏。因此,只有具备合理的刚度和强度分配,重点关注可能出现问题的薄弱部位,保证抗震性能,提高建筑结构的抗震能力。
  抗震体系中的延性控制,一般都包括以下两个物理量,一是所研究的部件结构在受到外力作用后所能达到的变形量的范围,二是在变形量达到最大值后,部件结构应具备的承载力的数值。其中,第二物理量是第一物理量的先决条件。因此,为保证抗震结构的延性,保证各部件能充分发挥作用,构件节点的强度应高于构件的连接强度。
  
  四、提高建筑结构抗震能力的对策
  建筑结构中抗震设计是相关技术人员们通过对大量的建筑地震震害实例进行研究、分析、归纳总结出来的实践经验。抗震设计在建筑结构设计中是至关重要的也是非常必要的,因而,有关部门应当高度重视建筑结构中的抗震设计。为了有效提高建筑结构的抗震能力,需从以下几方面着手:
  1、要合理恰当地布局地震外力能量的传递吸收途径,保证支柱、梁和墙的轴线处于同一平面,从而形成构件双向抗侧力结构体系。使其在地震作用下呈弯剪性破坏,使塑性屈服尽量发生在墙的底部,而连梁适宜在梁端塑性屈服,还有足够的变形能力。在墙段充分发挥抗震作用之前,按照"强墙弱梁"的原则强化墙肢的承载力,避免墙肢的剪切性破坏,提高建筑结构的整体抗震能力。
  2、要按照抗震等级对墙、柱和梁节点采取相对应的抗震构造措施,确保建筑物的结构在地震作用下达到三个水准的设防标准。按照"强柱弱梁"、"强剪弱弯"、"强节点弱构件"的原则,合理地选择柱截面尺寸,控制柱的轴压比,注意构造配筋要求,保证钢筋砼结构在地震作用下具有足够的承载力和延性。
  3、要设置多道抗震防线,即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,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形成第二、第三或更多道抗震防线,这样的抗震结构体系对确保建筑结构的抗震安全性是非常行之有效的。
  4、建筑材料的选择和施工质量
  材料和施工质量的要求应在设计中详细注明,并应保证切实执行。作为良好的建筑材料应具备如下的性能:
  (1)材料本身延性好,延性系数高。
  (2)材料强度和质量的比值要大,材料质量均匀。
  (3)材料的性质为各项同性。
  (4)构件的连接具有整体性和较好的延性,能够充分发挥材料的强度和变形。
  (5)满足最低要求。
  
  五、结语
  综上所述,要确保建筑结构中的抗震设计能高效完成,应在遵循相关建筑抗震规范要求的原则上,进行科学地合理地设计,确保建筑物具有稳定的可靠的抗震性能,达到建筑物小震不坏、中震可修、大震不倒的标准。相信,随着相关技术人员抗震设计水平的不断提高,我国的建筑工程结构抗震设计也将会迈上更高更远的台阶。
  
  参考文献:
  卢建平:《论房屋建筑结构中的抗震设计要求》,《江西建材》, 2011年04期
  杨秋根:《建筑结构中抗震设计存在的问题及对策探讨》,《商品与质量》, 2012年S6期
  李志刚:《建筑结构设计中的抗震设计》,《科技创新与应用》, 2012年03期
  陈明霞:《建筑结构设计中的抗震设计》,《建材世界》, 2010年03期
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