建築抗震結構設計的理念
建築與工程
作者：周潔
[摘 要]對於一個高層結構的設計，遇到的問題可能錯綜複雜，隻能具體問題具體分析。工程實踐表明在高層結構的設計過程中，設計人員隻有抗震概念清晰，構造措施得當，應用合適的結構分析軟件三者有機結合才能取得比較理想的結果，在這個過程中抗震構造重於結構計算。本文對建築抗震進行必要的理論分析，從而探索高層建築的設計理念、方法，采取必要的抗震措施。
[關鍵詞]建築結構 抗震設計 方法
中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）07-0199-01
1、抗震設計思路的概述
地震具有隨機性、不確定性和複雜性，要準確預測建築物所遭遇地震的特性和參數，目前是很難做到的。而建築物本身又是一個龐大複雜的係統，在遭受地震作用後其破壞機理和破壞過程十分複雜。且在結構分析方麵，由於未能充分考慮結構的空間作用、非彈性性質、材料時效、阻尼變化等多種因素，也存在著不確定性。按照結構的破壞過程，靈活運用抗震設計準則，全麵合理地解決結構設計中的基本問題，既注意總體布置上的大原則，又顧及到關鍵部位的細節構造，從根本上提高結構的抗震能力。
2、現代抗震設計思路及關係在當前抗震理論下形成的現代抗震設計思路，其主要內容是
2.1 合理選擇確定結構屈服水準的地震作用
一般先以具有統計意義的地麵峰值加速度作為該地區地震強弱標誌值（即中震的），再以不同的R（地震力降低係數）得到不同的設計用地麵運動加速度（即小震的）來進行結構的強度設計，從而確定了結構的屈服水準。
2.2 製定有效的抗震措施使結構確實具備設計時采用的R所對應的延性能力
其中主要包括內力調整措施（強柱弱梁、強剪弱彎）和抗震構造措施。現代抗震設計理念是基於對結構非彈性性能的研究上建立起來的，其核心是關係，關係主要指在不同滯回規律和地麵運動特征下，結構的屈服水準與自振周期以及最大非彈性動力反應間的關係。其中R為彈塑性反應地震力降低係數，簡稱地震力降低係數；而為最大非彈性反應位移與屈服位移之比，稱為位移延性係數；T則為按彈性剛度求得的結構自振周期。
把結構用來做承載能力設計的地震作用取的越低，即R越大，則結構在與彈性反應時相同的地震作用下達到的非彈性位移就越大，位移延性需求就越高。這意味著結構必須具有更高的塑性變形能力。規律初步揭示出不同彈性周期的結構，當其彈塑性屈服水準取值大小不同時，在同一地麵運動輸入下屈服水準與所達到的最大非彈性位移之間的關係。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水準不高的結構在較大地震引起的非彈性動力反應中不致發生嚴重損壞和倒塌的主要原因。讓人們認識到延性在抗震設計中的重要性。之所以存在上訴的規律，我們應該注意到鋼筋混凝土結構的一些相關特性。首先，通過人為措施可以使結構具有一定的延性，即結構在外部作用下，可以發生足夠的非線性變形，而又維持承載力的屬性。這樣就可以保證結構在進入較大非線性變形時，不會出現因強度急劇下降而導致的嚴重破壞和倒塌，從而使結構在非線性變形狀態下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結構，在一定的外力作用下，結構將從彈性進入非彈性狀態。在非彈性變形過程中，外力做功全部變為熱能，並傳入空氣中耗散掉。我們可以進一步以單質點體係的無阻尼振動來分析，在彈性範圍振動時，慣性力與彈性恢複力總處於動態平衡狀態，體係能量在動能、勢能間不停轉換，但總量保持不變。如果某次振動過大，體係進入屈服後狀態，則體係在平衡位置的動能將在最大位移處轉化為彈性勢能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體係總的能量。由此我們可以想到，在地震往複作用下，結構在振動過程中，如果進入屈服後狀態，將通過塑性變性能耗散掉部分地震輸給結構的累積能量，從而減小地震反應。同時，實際結構存在的阻尼也會進一步耗散能量，減小地震反應。此外，結構進入非彈性狀態後，其側向剛度將明顯小於彈性剛度，這將導致結構瞬時剛度的下降，自振周期加長，從而減小地震作用。