建筑結構設計中抗震設計要點

王萌

（中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福州350013）

1 引言

隨著科學技術的進步，結構工程設計也不斷向前推進，但結構抗震設計從古至今一直都是結構工程設計的核心內容之一。每個建筑房屋追求的都是在安全的環境下充分發揮其使用功能，所以，保證房屋在不可抗力下維持一定的結構性能是做房建工程設計的基本要求。雖然對目前的工程設計而言，市場上可選擇的計算模擬軟件多種多樣，但對于建筑結構抗震概念設計和抗震措施等方面的理解是軟件提供不了的。

2 房屋結構抗震性設計原則

2.1 簡化原則

結合以往的設計經驗得知，在抗震設計過程中，所設計的結構形式越簡單，傳力越清晰明了，其抗震性能也越高，而且簡單的抗震結構在進行力學性能計算時，其計算結果的可靠性和準確性也越高。對此，在應用設計中，可以結合實際情況適當簡化房屋抗震結構計算模型，優化結構構件的傳力途徑，這樣能夠有效提升房屋建筑對建筑地震作用力的承受能力，全面提高房屋建筑在結構設計中的抗震性能。

2.2 整體性原則

展開建筑抗震設計時，設計內容不只是針對某一個建筑內的某一個部位，而是將抗震設計貫穿到整個設計過程中，從而提高建筑整體的抗震性能。在具體設計過程中，需要從整體性設計出發，使其滿足各大指標要求。對各種可能影響結構抗震性的影響因素進行分析，借助數字模型對于結構參數進行優化處理，以此來提升結構本身的抗震性。而且對于構件需滿足其抗震構造措施的要求，避免應力集中等問題的出現，從而提高結構本身的穩定性和可靠性。

2.3 規則性原則

建筑規則性原則內容主要體現在以下2方面：

1）在建筑設計期間，需要沿著建筑物豎向均勻布置建筑造型和結構，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結構變形的情況。

2）建筑平面比較規則。平面內結構布置比較均勻，使建筑物質量分布與結構剛度分布協調，限制質量與剛度之間的偏心。

3 抗震結構設計中的常見問題

3.1 結構參數設計不合理

進行抗震結構設計的主要目的在于，在地震災害出現時，能夠降低災害帶來的經濟損失。從目前的應用情況來看，結構參數設計并不滿足抗震要求，并且結構應力分布不均勻，降低了結構的耗能能力。另外，還應對結構的薄弱層或薄弱構件進行加強，并對一些復雜結構進行抗連續倒塌設計【1】。

3.2 缺少可靠的驗證方式

結合以往的設計經驗，進行抗震設計內容合理性驗證時，經常使用到的檢驗方法是：（1）使用抗震模型來開展模擬檢測；（2）在地震發生后，對建筑完好情況進行檢驗；（3）進行地震危害問題的分析。

施工技術體系成熟度的增加，使得建筑工程內容的復雜度也在提升，若是直接進行抗震試驗，很難得到可靠的反饋結果。因此，借助BIM技術、數字技術來建立建筑工程的三維模型，進行模型的抗震試驗，以此得出建筑的抗震等級，為抗震設計內容調整提供數據參考。從實際應用情況來看，受預測技術成熟度的影響，不同模擬軟件得到的模擬結果也存在不同，這也導致評估結果不一定與實際完全相符。所以，在地震發生后，應進行建筑工程地震震害檢查，例如，對混凝土結構工程的整體性進行檢查，包括：建筑物的整體外觀、沉降觀測、沉降差、沉降速率、建筑整體垂直度、整體位移及受震后易損部位的檢查等。并且，根據檢測的結果，研究地震對建筑物產生的影響和危害情況，為以后的結構抗震設計積累寶貴的經驗【2】。

4 建筑結構設計中的抗震設計

4.1 建筑地基基礎設計要點

在建筑結構的組成中，地基基礎屬于非常重要的內容之一，其抗震能力也會影響到建筑整體的穩定性。因此，在該環節的抗震設計中，需要在前期做好基礎資料的采集工作，如區域地質構造、地質活躍度等，根據評估結果來確定該工程地基所需要具備的承載力，根據區域地質構造來明確基礎加固措施，如基坑深度、支護措施等，從而起到提升結構穩定性的作用。結構設計人員應依據GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》【3】、JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規程》【4】、GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》【5】、GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》【6】等規范對設計工作進行如下優化調整：

1）結合該工程的相關資料，對于建筑基礎參數內容進行明確，內容包括地基基礎挖深、基礎總面積、樁基直徑/深度、接縫寬度等。

2）利用有限元模型對建筑極限荷載進行計算，以此為基礎來優化荷載組合，并對相關參數進行明確。

3）進行地基基礎的形變量監測和計算，計算時參考正常狀態來完成，對于該狀態下的結構組合進行確定。

4）根據承載能力極限狀態下的荷載效應標準組合，對基礎或承臺高度、基礎內力、確定配筋和驗算材料強度進行計算。

4.2 依據抗震標準，規范平面及豎向設計

平面規則與建筑物的穩定性也存在一定的聯系，這是設計人員在設計過程中必須考慮的因素之一。通常情況下，抗震建筑的平面是有一定標準的，比如，凹凸口的深度與寬度，平面長度不宜過長，不宜采用角部重疊或細腰形的平面布置。因此，結構平面布置應力求簡單、規則、對稱，避免剛度、質量和承載力分布不均勻。對于有較多凹凸口的復雜形狀平面要進行特殊設計或采用一定的補救措施，以最大限度地保證建筑的穩定性。對于抗震高層建筑的結構豎向布置，應避免過大的外挑和收進，宜規則、均勻，結構的側向剛度也應該做到上小下大均勻變化，豎向抗側力構件宜上下連續貫通。

4.3 建筑結構構件的抗震設計

強柱弱梁、強剪弱彎和強節點弱構件是進行框架結構抗震設計時的重要概念。相較于梁構件破壞而造成的局部破壞，柱子的破壞會危及整體結構的安全性，造成結構的整體垮塌。因此，在結構中為了保護柱，增強結構抗地震能力，將塑性鉸先出現在梁部，通過發展一定的塑性來吸收地震能。還有強柱系數，梁柱線剛度比等都是相應指標。強柱弱梁使梁端的塑性鉸先出、多出，盡量減少或推遲柱端塑性鉸的出現。適當增加柱的配筋可以達到上述目的。需保證強剪弱彎是因為剪切破壞是一種脆性破壞，而彎曲破壞是延性破壞，有所預兆，所以能進行及時的人員疏散、財產轉移。在進行抗震設計中，梁柱的剪力設計值需按規范要求進行調整。不同抗震等級的梁、柱采用不同剪力增大系數，同樣需考慮材料實際強度和鋼筋實際面積2個因素的影響。強節點弱構件則需對節點核心區進行抗震驗算，并且在各抗震等級下的框架節點均應符合構造措施要求。除此之外，進行抗震結構設計時，還可以參考其他減震設計來提升結構延性。例如，可以將多段墻框架融入抗震審計中，在遇到地震時，可以進行地震能量的轉接和吸收，從而起到良好的減隔震作用，提升建筑結構本身的穩固性。

4.4 合理選擇抗震材料

建筑結構對建筑的穩定性具有重要影響，巧妙的結構能夠大大提高建筑整體的穩定性。現如今，已有很多用于抗震的建筑構型，其在歷次災害中優勢顯著。通常情況下，在建筑結構的主體部位主要以強度和韌性較強的材料為主，這大大提升了建筑結構的穩定性，進而提升了建筑的安全性能。此外，在材料選擇過程中，還需要考慮節能環保材料的使用，如鋼結構、聚塑板等，以此來提高建筑結構設計的綜合性能。

5 結語

在建筑結構設計過程中，抗震設計屬于重要的設計內容之一，借助可靠的抗震設計，能夠有效提升建筑結構的穩固性，降低地震發生時出現坍塌的概率。需要注意的是，所有的抗震設計內容需要嚴格遵守相應的建設規范，同時做好結構細節的設計工作，以此來提高建筑工程的綜合性能，延長使用壽命。