建筑结构设计中抗震设计
随着城市的发展和科学技术的进步,高层建筑的应用日益广泛,结构工程师按抗震等要求设计要求进行结构分析与设计，其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而达到抗震的目的。但由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定因素，在建筑结构设计中抗震设计是十分复杂和重要的。
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建筑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。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称。因为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单;抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀;平面布置基本对称
1 建筑结构设计
1.1 建筑结构设计的概念及内容：
结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。结构设计的内容由上可知为：基础的设计，上部结构的设计和细部设计。
1.2 建筑结构设计的阶段：
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为：一：荷载的计算。荷载包括外部荷载（如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载等等）和内部荷载（如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。二：构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上
推荐的试算方法来初步确定构件的截面。三：内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力、拉力等等。四：构件的校核。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和（如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
施工图设计阶段的内容为：根据上述计算结果，来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
2 建筑结构设计的基本要求
2.1 结构的规则性
2.1.1 不应采用严重不规则的结构体系。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，应采用规则的设计方案，应符合下列要求：
（1）具有必要的承载能力、刚度和变形能力；
（2）避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和抗地震作用的能力；
（3）对可能出现的薄弱部位，应采取多重措施予以加固。
2.1.2 建筑的结构体系宜符合下列要求：
（1）结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；
（2）应具备多道抗震防线。
2.2 规则结构的主要特征
建筑及其抗侧力结构的平面布置应该规则、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。
规则结构一般指：体型规则、结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀。
2.3 规则平面布置需满足的要求
结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力要明确，传力要直接，均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风
力作用下则可适当放宽。抗震设防的建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。
在建筑的一个结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。
地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
3 建筑结构设计中的抗震设计
3.1 建筑抗震结构设计的基本原则
3.1.1 结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能
（1）结构构件应遵守强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱的原则；
（2）对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力
（3）承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。
3.1.2 尽可能设置多道抗震防线
（1）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协同工作。例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成；
（2）强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌；
（3）适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力；
（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。
3.1.3 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力
（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础；
（2）要使楼层的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。
（3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调；
（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。
3.2 提高短柱抗震性能的应对措施
有抗震设防要求的建筑除应满足强度、刚度要求外，还要滿足延性的要求。钢筋混凝土材料本身自重较大，所以对于高层建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所承担的轴力不断增加，而抗震设计对结构构件有明确的延性要求，在层高一定的情况下，提高延性就要将轴压比控制在一定的范围内而不能过大，这样则必然导致柱截面的增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于1.5的超短柱。短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏。
混凝土短柱的延性主要受轴压比的影响，同时配箍率、箍筋的形式对混凝土短柱的影响也很大。高层混凝土结构短柱，特别是结构低层的混凝土短柱，其轴压比很大，破坏时呈脆性破坏，其塑性变形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性。因此，可以从以下方面，采取措施提高混凝土结构的抗震性能。
3.2.1 提高短柱的受压承载力
提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，可以采用钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。
3.2.2 采用钢管混凝土柱
钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋。当选用了高强混凝土和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱
截面可比普通钢筋混凝土柱减小一半以上，消除了短柱，并具有良好的抗震性能。
3.2.3 采用分体柱
由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破壞状态。人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。
现阶段，建筑结构抗震设计理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善，如果可以在结构材料特性，动力响应，计算理论，稳定标准诸方面得到符合实际的发展，自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。
参考文献：
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罗昕（1977-），女（满族），吉林春市人，工程师，专业：建筑结构
