建筑结构抗震体系与设计方法探析
关键词：建筑；抗震结构；工程设计
抗震规范提出了一系列的抗震设计基本要求，要求设计人员注意抗震概念设计。抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。本文主要探讨了建筑工程抗震设计相关问题，为今后建筑设计起到借鉴作用。
1选择合理的抗震结构体系
抗震结构体系的选择，一方面应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、材料和施工等因素，结合技术、经济条件综合考虑。抗震结构体系除应具有明确的计算简图和合理的地震作用的传递途径之外、还应符合下列各项要求：
1）宜有多道抗震防线．避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力。一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成．并由延性较好的结构构件连接起来协同丁作。—般情况下，应优先选择不负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，选用轴压比不太大、延性较好的抗震墙等构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。框架—抗震墙结构体系中的抗震墙、处于第一道防线，当抗震墙在一定强度的地震作用下遭受可允许的损坏，刚度降低而部分退出工作并吸收相当的地震能量后，框架部分起到第二道防线的作用。这种体系的设计既考虑到抗震墙承受大部分的地震力。对于强柱弱梁型的延性框架。在地震作用下，梁处于第一道防线，其屈服先于柱的屈服，首先用梁的变形去消耗输入的地震能量。使柱处于第二道防线。为使抗震结构成为具有多道抗震防线的体系，也可在结构的特定部位设置专门的耗能元件。近年来，国内外研究利用摩擦耗能或利用材料塑性耗能的元件、预期结构进受强烈地震作用时，相当一部分的地震能量消耗于这种耗能元件、以减少输入主体结构的地震能量。达到减轻主体结构破坏的目的。
2）应具备必要的强度，良好的变形能力和耗能能力。如果抗震结构体系有较高的抗侧力强度，但缺乏足够的延性，则这样的结构在地震时很容易破坏(如无筋砌体)；但如结构有较大的延性、而抗侧力强度不高，在不大的地震作用下结构产生较大的变形(如纯框架结构)，如在砌体结构加上约束构件，使其只有较好的变形能力。如在框架中设置抗震墙，使其抗侧力强度增加，则上述两种结构的抗震潜力都增大了。
3）宜具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位。产生过大的应力或塑性变形集中，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。结构在强烈地震下不存在强度安全储备、构件的实际强度分布是判断薄弱层(部位)的基础。另一方面，在抗震结构体系中．应使其结构构件和连接部位具有较好的延性．以提高抗震结构的整体变形能力。具体要求如下：首先，提高抗震结构构件的延性、改变其变形能力，力求避免脆性破坏；为此砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯校，或采用配筋砌体和组合砌体柱等；钢筋混凝土构件应合理的选择尺寸、配置纵向钢筋和箍筋。避免剪切破坏先于弯曲破坏，避免混凝土的受压破坏先于钢筋的屈服，防止局部或整个构件失稳。其次，保证抗震结构构件之间的连接具有较好的延性、是充分发挥各个构件的强度、变形能力，从而获得整个结构良好抗震能力的重要前提。为了保证连接的可靠性，构件节点的强度不应低于其连接构件的强度，预埋件的锚固强度不应低于其连接构件的强度；装配式结构构件之间应采取保证结构整体性的连接措施。
2建筑抗震设计方法相关问题
1）建筑抗震概念设计
抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况。建筑抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，主要根据建筑结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性抗震概念设计的建筑，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。
2）建筑延性抗震设计
目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段，保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。
3）地震响应分析及设计方法的改变
随着人们对地震动和结构动力特性理解的加深，目前已经发展了多种抗震设计理论和地震响应的分析设计方法。从地震动的振幅、频谱和持时三要素来看，抗震设计的静力理论只考虑了高频振动振幅的最大值；反应谱理论虽考虑了振幅和频谱，但持时则始终未能得到明确的反映；动力理论不但考虑了地震动的持时，而且还考虑了地震动中反应谱不能概括的其他特性。
4）多阶段设计方法
随着对地震产生机理、地震动特性以及地震作用下各类结构动力特性、破坏机理、构件能力研究认识的加深以及对结构在不同发生概率地震作用下预期性能目标的不同，促使结构设计在设计原则、设防水准等各个方面进行不断改进。由原来的单一设防水准一阶段设计逐渐改进为双水准或三水准两阶段设计、三阶段设计，以及多水准设防、多性能目标准则的基于结构性能的设计等。
3建筑抗震设计应重视的方面
l)框架一抗震墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。
2)裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定外，不应低于主楼的抗震等级;主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼分离时，应按裙房本身确定抗震等级。
3)当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级。
4)抗震设防类别为甲、乙、丁类的建筑应结合本章第一节有关抗震设防标准的规定和表8-10确定抗震等级;其中，8度乙类建筑高度超过表8-10规定的范围时应经专门研究采取比一级更有效的抗震措施。
4结语
目前关于基于性能设计的含义及设计方法的具体应用还存在许多分歧和难点，要实现基于性能的抗震设计过程，目前仍需要在以下一些方面进行大量的研究：①不同场地、不同超越概率设计地震的确定；②性能目标—性能水平的定量描述，大多数情况下，性能目标的描述是借助于一些定性的术语给出的，如“倒塌”、“生命安全”、“维持一定的使用功能”、“完全保持正常使用功能”等，但用于工程设计时，工程人员需要的是可用于设计的由工程术语明确表达的性能指标，如强度、变形、延性等，而这两者之间的对应关系，目前还没有得到很好的解决，仍需进行大量的研究；③在设计和性能校核过程中，涉及需求计算与能力计算的各个方面，目前仍有许多方面值得研究，如不同设计阶段所适宜采用的分析方法和与之相协调的分析模型的建立、不同性能水平下结构构件、附属物以及整个结构体系各力学参数的定量计算等。
参考文献：
何玉红.我国建筑工程结构抗震设计探讨[J]中外企业家.2009（6）