建筑结构设计中的抗震设计

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  【摘 要】 对于建筑工程整个施工过程来说,抗震设计是一个科学、复杂的过程,要遵循抗震设计原则,采用合的方法来完成。
  【关键词】 建筑结构;抗震设计;原则;方法
  前言:
  随着我国社会主义现代化建设和城市化进程的不断向前推进,建设用地日趋紧张,促使建筑功能越来越多样化,而建筑的抗震性能对于建筑结构十分重要,所以要加强建筑房屋的抗震性能,减少地震灾害的发生,避免地震带给建筑的重大伤害。
  一、建筑结构的抗震设计原则
  1、建筑的结构刚度
  地震发生的作用力一般为双向,设计人员进行建筑设计,必须保证建筑可以从任意一个方面实现对于作用力的有效抵抗,为了达到这一目标,设计者必须要为水平面中的主轴两个方向上的结构刚度控制于合理的水平。同时,结构刚度的设计还必须要可以防止建筑结构过度变形,即通过适当加入柔性的结构,对外力进行分担,以避免建筑在瞬间的强大破坏力作用下产生整体结构变形,继而倒塌造成人员伤亡,此种结构的刚柔度,大致控制为抗侧力结构比建筑规范中规定的整体稳定性、水平位移度等方面的限值适当稍大即可。
  2、布设抗震的防线
  建筑的抗震结构体系包括诸多的结构分体,这些分体协同合作,继而保证该建筑消减地震的影响。地震灾害的发生具有多次性,主震过后还会有多次余震,而且每次震级不一,设计人员应当尽可能多的设计多道抗震防线,以保证建筑在多次余震的影响下依旧能够不受到大的破坏。具体来讲,这些抗震防线必须要以有效的布设方式,安置于建筑结构的内部与外部,同时尽可能地通过有效地处理结构刚与柔的关系,使建筑结构获得足够的延展性以及抗倒塌的能力。
  二、建筑结构设计中抗震设计的方法
  1、合理选择抗震位置
  设计人员对建筑结构开展抗震设计,必须要选择具有优势条件的抗震场地,并避免在震害影响重大的地段进行建筑建设,以切实地借助自然地理条件,消减地震灾害的不良反应。比如,建筑中的软弱地质区域、地质分布不均匀区域,都不应为抗震场地。如果必须在类似的区域进行抗震设计,设计人员首先需要开展地基处理设计,保证地基结构达到足够强度以及规范状态之后,才允许设计人员展开具体的抗震设计。同时,设计人员还要结合不良地基场地的沉降度以及变形、位移等现象,采取适当的稳固措施来消减地震影响。
  2、恰当处理结构荷载
  设计人员将抗震理念应用到结构设计中,要同时保证建筑结构设计的优化及建筑对震害的有效抵抗,就应当遵循强弱协调的原则来进行设计,即合理地提升柱、剪、节点、压力中心等位置的强度,并适当地消弱梁、弯、杆件、拉力中心等部位的强度。具体来讲,设计人员要使柱端比梁端承受的实际承载力高,杆件具有的抗剪力比抗弯力高,避免节点早于构件被破坏,保证杆件破坏时,受压区域的混凝土承载力要高于受拉区域的钢筋承载力。同时,设计人员还要依据具体的设计规范对各部分构件的强弱荷载进行适当的调整,并按照规定对抗震的结构措施进行科学合理的布设。
  3、根据建筑基本构造进行抗震设计
  通常在使用钢筋混凝土框架结构时,必须通过钢筋混凝土构件尺寸和最小配筋率,逐步完善工民建结构抗震设计。对于建筑物中的砖混结构,常用的构造方法是:通过限制建筑物整体高度、建筑物层高、层数,在纵横的建筑墙中配置对应的混凝土构造,并且添设防震缝。在整理建筑结构抗震设计中,增加对应的条例;如:为了突出电梯、楼道、屋顶,构造柱必须延伸到建筑结构顶部,和顶部结构连接在一起,并且以此突出和主体部分的结构设计,进而提高建筑物承载力和自身刚度,这也是建筑结构设计必须考虑的内容。
  4、减少地震能量输入
  积极采用基于位移的结构抗震设计,要求进行定量分析,使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外,要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比;根据构件变形与结构位移关系,确定构件的变形值;并根据截面达到的应变大小及应变分布,确定构件的构造要求。对于高层建筑,选择坚硬的场地土建造高层建筑,可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动卓越周期,可防止共振破坏
  5、建筑结构刚度、承载力和延性设计的合理匹配
  当建筑结构具有较高的抗力时,其总体延性的要求可有所降低;反之,较低的抗力需要较高的延性与其相配合。因此,对结构提出了“综合抗震能力”的概念,就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素衡量结构抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关,与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是,提高结构的抗侧力刚度,通常是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。因此,提高建筑物的抗震性能,最理想的措施是使结构中的所有构件都具有较高的延性,然而实际工程中很难做到。工程实践中,有选择的提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济而行之有效的方法
  6、结构隔震与消震设计
  为了提高结构的整体抗震性能,隔震和消能减震等抗震技术应用于设计使用功能有特殊要求的建筑,耗能元件及其体系可错开地震动卓越周期,从而防止共振破坏,减轻地震振动效应以及风振。隔震即隔离地震,即在建筑物基础与上部结构之间设置一层隔震层,使房屋与基础隔离开来,隔离地面运动能量向建筑物的传递,以减小房屋结构的地震反应,实现地震时建筑物只发生较轻微运动和变形,从而保证建筑物的安全。消能减震则是通过在建筑物中设置消能部件,使地震输入到建筑物的能量一部分被消能部件所消耗,一部分由结构的动能和变形能承担,以此达到减少结构地震反应的目的。
  三、增强建筑工程抗震设计的措施
  1、优化选址过程
  根据《中华人民共和国减灾抗震法》相关条例规定,必须对有可能发生的重大建设性工程以及次生灾害进行严格的地震安全指标评价,按照地震安全评价结果,明确相关建筑物抗震设防要求,并对其分别设防。在建筑物抗震设防时,包括四种类型:甲类,是地震时间或者大型建筑工程可能发生的次生性建筑灾害;乙类,是地震中,不仅不能中断使用功能,还必须逐步恢复的建筑类型;丙类;则是除了甲乙类以外的普通建筑;丁类,是抗震级别相对较低的建筑。在建筑物结构设计时,必须选择对建筑有利的场地,不能在危险地段建设大型民用建筑或者各类工业厂房,从而有效避免不利地段造成的影响。对于可以液化的地段或者相对软弱的地基,一旦地震发生,在液化作用和地震的双重影响下,地基就会失去原有功效,让建筑物出现倾斜,最后甚至坍塌。另外,还需要注意:为了满足社会经济体系要求,在建筑规划中,必须避免建筑有可能产生的次生灾害。
  2、强化设计质量
  由于地震具有超强的危害性,所以在地震设计时,必须注重各项影响因素。由于我国建筑设计水平相对落后,很多建筑结构使用的方案不够合理,在不能科学布置建筑结构方案的过程中,不仅增加了建筑成本和自身重量,也加大了地震危害。因此,在建筑抗震设计中,必须正确运用抗震理论,根据相关设计原则,不断保障或者提高建筑结构可靠性与安全性。具体原则包括:努力降低地震作用时结构位移与扭转,并且建筑结构必须拥有足够的刚度;结构构件承载能力相对较高,同时具有足够的耗能能力与延性。在这过程中,延性大说明变形能力相对较高,承载力与强度减小速度缓慢,不能有足够的空间吸收,还能耗散地震能量,从自身结构避免坍塌。
  四、结束语
  作为工程技术设计人员在建筑结构的研究和工程设计中,应从整体宏观的观点出发,综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容,从而创造出更加安全、适用、经济美观的建筑。
  参考文献:
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