抗震結構設計理念的應用與設計要點探究

劉行

（上饒市城鄉規劃建筑設計院）

引言

在早前的規范要求之下，如果地區抗震設防烈度在Ⅵ度以上（含Ⅵ度），所有建筑都必須進行抗震設計，這一理念主要是為了提高建筑的抗震性能，然而隨著近年來地震事故的大規模出現，建筑抗震能力受到了大面積的關注，成為了判斷建筑質量的重要指標。建筑抗震能力主要體現在建筑應力強度、結構設計、地基深度等方面，在此前提下出現了很多典型的抗震結構設計，本文將對此進行分析。

1 抗震結構設計理念的應用

抗震結構設計理念對于現代建筑設計有著重要重大影響，在此理念下出現了很多典型的抗震結構設計案例，本文將結合這些案例，對抗震結構設計理念的應用進行分析。

1.1 鐘擺抗震結構設計

在地震條件之下，建筑最直觀的表現就是“左搖右晃”，表現出不穩定狀態，那么在“左搖右晃”的狀態下，如果建筑沒有相應的防護，其倒塌的時間較短，同時規模上也會相應增大，針對這一表現，有研究者提出了鐘擺抗震結構設計。鐘擺結構抗震的力學原理在于反向拉力，即在地震條件下，假設建筑向左傾斜，那么“鐘擺”就會相應向右擺動，擺動的力量取決于地震烈度與建筑相左傾斜部分的重量與速度，整體上擺動力雖然無法與地震影響對等，但是兩者相近，所以可以有效的抑制建筑“左搖右晃”幅度的增長，可以延長逃生時間，同時也可以在一定程度上，防止建筑倒塌[1]。

關于鐘擺抗震結構設計的效果驗證，日本某大廈通過相關研究給出了答案，即該大廈屬于高層建筑，在地震條件下會產生巨大的晃動，經計算，如果地震等級超過5級，該大廈6層以上的結構會在3min之內倒塌，而通過鐘擺結構的改造，地震對大廈造成的晃動影響將會降低60%，說明這種抗震結構設計的有效性。

1.2 多層砌體房屋

多層砌體房屋就是采用承重較小的砌塊磚材料構筑而成的建筑結構，這種結構的抗震原理在于承受力一體化。在多層砌體房屋基礎上，如果遭遇地震，因為砌塊原因，其任何一個部位受到影響，都會被所有砌體所分攤，以此避免局部出現塌陷，連帶影響到其他部位，這種抗震結構的設計形式通常為：3個豎向墻體與4層橫向基礎，其中3個豎向墻體分別為左墻體、中柱、右墻體；4層橫向基礎分別為1個頂層、若干中層橫向基礎、1個底層橫向基礎，這些結構緊緊的連接在一起，當建筑出現“左搖右晃”狀態時，所有結構一同受力[2]。

關于多層砌體房屋的抗震效果驗證，因為此抗震設計是一項傳統設計，所以有許多案例都能夠證實其效果，所以不多加贅述。但是通過案例以及相關研究了解到，多層砌體房屋的應用存在一定的局限性，即在抗震地區，只適用于22m以下的建筑，如果在非抗震區，可以提升到25～27m左右，而現代建筑普遍高大，所以此項設計的應用在逐漸減少。

1.3 框架結構

框架結構的抗震特點在于材料以及承重梁柱結構，即采用鋼筋混凝土材料，通過相應的工藝澆筑振搗形成承重梁柱結構，之后依照計算進行分布設計，使建筑整體的應力“被承受”，此時當遭受地震災害，上層結構所產生的晃動應力會被下方承重梁柱結構所吸收，雖然吸收不完全，但是可以有效抵消部分應力，以便于延長建筑倒塌的時間，同時因為鋼筋混凝土的強度與韌性，可以有效提高承重梁柱結構的承載力，保障建筑的穩定性?？蚣芙Y構在我國同樣應用需求，關于其抗震能力的案例也有很多，可以證實這種結構的應用價值，而隨著技術的發展，框架結構出現了許多其他結構，例如磚混結構、磚木結構等等，關于這些結構的抗震能力，目前還未得到定論，但是在理論上已經可以證實其有效性。

2 抗震結構設計理念的要點

雖然現代抗震結構設計方法眾多，但無論采用哪一種方法，都必須遵守相應的原則要點來開展工作，下文將針對原則要點進行分析。

2.1 力學要點

任何形式的抗震結構設計理念，都是在力學基礎上來進行設計的，大致原則上就是通過作用力或者承載力來延長、避免地震對建筑的影響程度，要實現這一點作用力或者承載力必須達到地震影響力的一定比例才能實現，因此在設計當中必須以地震影響力為基礎，保障抗震建筑達到相應比例，具體需要根據地區抗震等級要求而定。不同抗震設計結構實現力學比例的方法不同，例如在鐘擺結構當中，要實現比例就需要控制鐘擺的長度、重量以及擺動幅度，因此設計人員應當對此保持重視。

2.2 功能要求

抗震結構設計的抗震能力固然重要，但是在其他功能要求之下，抗震結構設計要兼顧功能來開展相關工作。以框架結構為例，其抗震能力體現在所有承重結構的布局上，那么如果不合理的進行承重結構布局，就會導致建筑內部空間被侵占，影響建筑其他功能，因此設計人員在設計工作當中，應當對此保持重視。另外，在一些特殊建筑當中，其需要安置一些大規模的管線，那么必然要配置相應的預留孔，此時預留孔會對建筑的抗震能力造成一定影響，設計人員需要在兼顧預留孔功能的前提下，對建筑抗震能力進行設計，避免兩者沖突。

2.3 材料參數控制

建筑材料是實現建筑質量的重要因素，而抗震能力作為建筑質量評估的指標之一，其也會受到建筑材料的影響。在地震的影響下，如果建筑材料的強度無法抵抗沖擊力或者黃動力，很容易出現局部塌陷，此時建筑結構的應力就會發生不良變化，容易引起整體坍塌，因此設計人員在設計工作中，除了要保障設計方案合理，也需要考慮到材料參數的問題，要求選擇滿足設計抗震強度需求的材料。

3 結語

本文主要分析了抗震結構設計理念的應用與設計要點，首先結合前人研究與案例，介紹了三種抗震結構設計理念的應用，即鐘擺抗震結構設計、多層砌體房屋、框架結構三種，對著三種結構，分析各自的抗震原理，并結合實際案例驗證了其使用效果。其次對抗震結構設計理念的要點進行了介紹，包括力學要點、功能要求、材料參數控制三項。