建筑結構設計中的抗震設計分析

孔凡領

濟寧市建筑設計研究院，山東濟寧 272000

如何加強建筑結構的抗震性能已成為人們廣泛關注的焦點，如果地震災害一旦發生，將造成不可估量的危害，不僅會減緩我國的經濟和社會發展，還將會對人們的生命和財產安全造成極大的危害。建筑結構設計人員在進行建筑結構抗震設計時，必須要充分認識到抗震設計的重要性；另外，要嚴格控制建筑物的抗震設計，提高建筑結構的整體抗震性能，為人民群眾生命財產安全提供可靠保障。

1 抗震設計在建筑結構設計中的重要性

隨著我國人口日益增長，城市人口密度也越來越大，過多的人和財富集中在一個地區，一旦地震發生，財產的損失和傷亡是不可估量的。例如，唐山大地震和汶川地震的發生，就造成了嚴重的人員傷亡和巨大的經濟損失，因此，如何提高建筑結構的抗震性能已經成為許多建筑師面臨的問題。地震是最大的自然災害之一，也是難以避免的自然災害。目前，由于我國科技現階段無法準確預測地震災害，尚無相應的有效措施，所以應該如何利用現有的技術和思路減少建筑物地震造成的損失，是當前為止，世界各國地震工程界都值得深刻反思的問題。為了減少地震發生對建筑物造成的破壞，目前全球有90%以上的國家正在進行建筑抗震設計原則，該原則為：大震建筑不倒、中震建筑可加以牢固、小震不破壞建筑結構。然而，當中、小地震發生時，部分建筑物的結構可能會喪失功能，加上建筑設備的成本和裝飾技術的成本高于建筑本身的成本，造成不可預知的經濟損失，由此可見加強建筑結構抗震設計的重要性。

2 建筑結構平立面布置和體系

建筑結構的抗震設計應注重建筑結構的選擇和詳細的部署和控制，建筑結構的抗震設計要注重對建筑結構的全面、準確的控制和具體的形式，以編制符合國家地震規范要求的建設項目地震指標。抗震設計的概念也可以更好地反映在建筑結構上。具體的設計工作要遵循以下兩點：①建筑結構和立面工程的設計要規范建筑物及其防護結構的外觀、對稱性和整體性，不應使用重度不規則的設計；建筑物的垂直部分應該是統一的，避免其突變和承載力的突變。建筑結構在平面設計時應盡量采用左右對稱布置的柱墻梁等結構構件，而設計過程中，調整立面上的立柱不能出現中止或取消的情況，只有充分利用簡單、規范的結構形式才能提供更高的穩定性和可靠性。但是，對于一些角度較大的建筑結構，一些問題和缺陷是不可避免的；②從選擇建筑結構體系的角度來看，結構體系不僅需要清晰的地震計算和傳遞圖，而且要避免某些結構或構件的承載能力受到破壞，以免給整個結構的抗震性能帶來損失或影響重力載荷，還要具備基本的抗震、形變、地震能耗等類型的性能，因此，必須采取有效措施提升建筑整體抗震能力，其結構體系應該不僅僅是一個地震防護線，例如，抗震墻體系由一個框架和兩個不同側面結構的墻體結構組成；雙層或多層抗震墻體系由多個肢體組成，宜在兩個主軸方向的動力特性相近，宜剛度和承載力分布合理，避免出現局部弱化或變異情況。總之，建筑結構設計過程中，抗震體系要確保受力明確，傳力途徑合理且傳力路線不間斷，要根據當前的地震結構性能進行抗震結構分析，這樣才能有利地提高結構的抗震性能。

3 優化建筑物結構整體穩定性

為提升建筑抗震效果，設計過程中必須對建筑整體剛度進行優化，其優化工作不僅關系到建筑結構的穩定性，還與建筑抗震能力存在直接關聯。在PKPM 電算中，整個結構穩定性計算指標是X和Y的剛重比，在兩個方向上的剛重比不僅要滿足系統自身的穩定性需求，還要滿足X，Y方向不能太重，最多差異也不要超過50%。就以高層剪力墻為例，比如，兩個方向的剛重比必須要大于2.7，那如果剛重比小于2.7，則說明重力二階效應經濟性較差，會影響建筑結構的抗震性能，最好將其控制在3.5左右的范圍指內，若超出該數據，就要考慮減少剪力墻和其他墻體的布置，來提升整體經濟性，另外，在同等條件下，加強建筑四周剪力墻的布置，弱化中間核心筒 （電梯和樓梯） 的剪力墻布置，利于提升建筑整體穩定性。

4 提升建筑物結構延性

具體到建筑結構的抗震設計，還應從合理設計的角度著眼于建筑結構的延性特征。由于結構對地震的阻力主要通過非彈性形變實現，建筑結構的延性也很重要。在結構延性設計過程中，首先，要正確選擇塑性形變機制，在實際設計期間，經常使用“強柱弱梁”，它能將結構的延性效果有效的體現出來，并且還需要針對建筑結構柱部分和梁鋼筋進行有效設置，才能有效提升彎矩值和承載力，同時還要設置結構構件，確保建筑結構抗剪能力滿足抗震性需求，通過加強相應內容的設計避免剪切破壞現象，在實際設計過程中，要綜合建筑結構中的所有構件，這些構件和層次都經過充分處理，以確保檢驗和設計達到理想的精確性；最后，還要有效地設計建筑結構的塑料能量分配能力和塑性轉動能力，并用箍筋加密的方法來提高建筑物穩定性。

5 計算結構參數

建筑結構抗震設計與結構參數計算存在密切關系，這些計算結果必須確保精確，避免對建筑結構抗震性能產生不利影響，如：墻梁板柱承載力計算、變形計算，它與結構的整體穩定性效果有必然的聯系，需要引起高度重視；從結構參數計算的角度來說，通過運用建筑結構設計軟件進行綜合分析，提供結構設計的可靠性，確保建筑結構體系的抗震性能滿足要求。

6 科學、規范的選取抗震材料

材料作為建筑物的主要力量來源，選擇合適的材料尤為重要。為了確保建筑質量，應了解場地的各個方面，分析現場地震數據，以確保所選材料的適宜性。從抗震設計的角度來看，材料要輕，強度要高，整體性和延展性要強。經過實踐證明，最適合抗震材料要求的是鋼結構，但存在成本高并且維護成本也高的問題。一般鋼筋混凝土結構性能優良，且低成本，隨著設計的不斷升級使其具有延展性。但由于多次地震，現澆鋼筋混凝土的剛度會降低，不能持續很長時間。因此，材料在建筑抗震性能方面的選擇有著重大的影響，需要選擇一種標準化的科學材料。

7 選擇恰當的場地、地基和基礎形式

基于抗震設計的設計方案，合理的設計和結構優化不僅要關注建設項目的設計，還要注意相關場地，基礎和設施的相關要求，選擇合理的場地、地基、基礎形式來提升建筑結構的抗震性能。

（1） 對不同類型的建筑工地，建筑物都應該選擇在地層穩定、抗震性能高的區域進行建設，盡量避開抗震性能較弱的區域，如：軟弱土、非巖質的陡坡、液化土、河岸、邊坡不均勻的土層區域，如果不可避免，就要采取有效的應對措施來降低損害；更不要將建筑物監理在危險的地段，比如容易發生滑坡、泥石流、地裂、崩塌等的危險地段。這些都是基本常識，不應該出現在結構抗震設計中。

（2） 有關建設工程的地基和基礎形式，要根據巖土工程勘查報告，在基礎設計過程中，要避免將同一個結構單元的基礎放在不同的地基上，比如在同一棟樓，不能有的地基采用泥土地基，有的采用巖石地基，這樣會大大降低建筑結構的抗震性能。這種情況不應出現在建筑結構設計當中。同樣的結構單元要使用相同的地基形式，對于飽和砂土、粉土等類型的地基，除進行6度強化外，還要判斷具體的液化情況；如若存在液化土層地基，應采取有效的措施，來降低液化繩子消除液化，防止地震時對建筑物造成的一系列破壞。由此可見，建筑物場地的選擇直接關系到抗震性能，只有選擇穩定的地基和合理的基礎設計，才能確保上部結構的相對安全，在一定程度上提高抗震性能，從而讓建筑上部結構抗震性能的設計更上一層樓。

8 結語

總之，地震災難是建設安全生活和人民財產的重大威脅。在設計建筑物結構的過程中，要充分認識到抗震設計的重要性，嚴格控制抗震設計的要點，以便更好地提高建筑結構的整體抗震性能，保證建筑物的安全和人民的生命安全，為促進整個建筑業的健康和可持續發展作出應有的貢獻。

[1] GB 50223-2008，建筑抗震設防分類標準[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設計規范（ 2016年版）[S].

[3] 王亞勇，戴國瑩.《 建筑抗震設計規范》 的發展沿革和最新修訂[J].建筑結構學報，2016.

[4] 徐培福. 超限高層建筑結構基于性能抗震設計的研究[J].土木工程學報，2017.