建筑結構設計中的抗震結構設計

陳少杰 方蘇婷

1.浙江華洲國際設計工程顧問有限公司 浙江 杭州 310000

2.天尚設計集團有限公司 浙江 杭州 310000

在經濟飛速發展的今天，我國對于房屋建筑結構的抗震性能提出了更高的要求，尤其底層墻體為甚，或某邊縱向無墻房屋建筑等。如下層是車庫或商鋪等房屋建筑，這類建筑具有同樣的特征，也就是要求底層有更大的利用空間，需大量開孔，造成了縱向抗側剛度的非均勻分布，與此同時，水平方向的抗側剛度亦存在這種現象。

1 進行抗震結構設計之目的

建筑結構抗震設計研究，它的目標有三：首先，要保證建筑物受到小地震影響不發生破壞、開裂等現象，且能夠維持建筑物正常工作；另一種是中等強度地震時，建筑物略有破損，且修復后不影響建筑物結構；強烈地震后，建筑物一定要穩定，為了保證周邊環境及人員安全。所以在進行建筑設計的時候，對建筑物抗震加固要科學對待，并且根據現有數據，開展了區域地震災害評價工作，測定了它們的抗震性能，進行了結構布置，增強抗震效果，維護結構穩定安全。目前結構設計，結構抗震設計日益受到關注，直接關系到施工質量，關系到工作人員人身安全[1]。尤其在一些地震多發地區，以確保建筑的安全性，提高設計水平勢在必行。將圍繞結構抗震設計展開深入分析探討，文中還詳盡地說明了它所遵循的原則及設計思想。

2 抗震設計時應遵循哪些基本原則

2.1 將抗震設計與建筑設計完全融合在一起

對建筑項目來說，以建筑設計為基本框架參考。一般情況下，建筑工程還沒有動工，就要搞好建筑設計。此外在施工期間，要全面搞好地質工作、環境和其他預測工作，依據預測內容，進行預防。在建筑設計時，尤其應注意設計是否合理，有效，為了確保后期施工工作能夠更好地進行，所以，將抗震設計與建筑設計完全結合起來是非常必要的，這是抗震設計中最重要的一環，要把它搞好，才能確保建筑抗震性能的有效改善。假定在建筑物的設計中，未完全融合抗震理念等，僅用固件簡單加固一下建筑的外圍，地震來臨時，建筑物很容易坍塌；并且假定建筑建設前，便充分考慮了建筑在抗震性方面，做好各項應對措施，毫無疑問，它將極大地增加建筑物在地震作用下的性能，還能最大限度地減少地震造成的生命財產損失。

2.2 簡化性原則

精簡房屋建筑結構，對于增強建筑的抗震性能有很大的幫助。所以當我們把抗震設計納入房屋建筑結構設計的時候，要盡量使建筑結構簡單化，切忌設計太過繁雜。針對本課題所研究的底商房屋建筑，需留出充足活動空間，基于設計技術與性能提升的雙重視角，提高建筑抗震性能。

2.3 整體性原則

進行抗震結構設計時，設計人員要從整體性出發，實施全面的分析和考慮，全面考慮建筑要求，對建筑結構的布局進行了合理的規劃，并借此改進設計內容，對建筑結構的抗震性能進行優化，降低問題發生率。還要重視前期的實驗，查明了地震災害作用下不同級別結構所引起的變化特點，合理選用材料種類，提高結構抗震性。另外，設計時，力的傳導性的特征需要被考慮，防止應力集中于某一點造成局部破損，影響建筑結構的質量，危及建筑安全性。抗震結構設計涉及到很多子結構類型，要加強抗震效果，有必要對組件和細節進行優化和加工，提升建筑安全等級。

3 抗震結構設計在建筑結構設計方面的意義

地震地質災害對人民生命財產造成了嚴重的威脅，盡管隨著科技水平的不斷進步，人們可以合理地預測地震發生，科學地預防與控制地震，但還是給建筑帶來了一些沖擊。所以在進行建筑結構設計時，要處理好地基基礎的結構，材料問題、在結構上作出了合理規劃和加工，增強建筑物抗震能力，在地震中減少損失。建筑結構設計在建筑施工中占據著重要地位，其對象為建筑結構，材料、對施工工藝作出了科學規劃，確保結構安全可靠等，還提供了施工方案，使得施工工作能夠順利開展[2]。建筑結構設計時，對結構進行抗震設計，就是要保證建筑在地震中安全，避免坍塌、損壞和其他嚴重問題，增加了居民居住安全性，減少不應有的損失。

4 建筑結構抗震設計中容易存在的問題

4.1 選擇結構體系

建筑物的結構體系，是一個逐步開始受到關注的課題，正確地選擇結構體系對地震發生具有重要意義。當前我國建筑結構多采用鋼筋混凝土，因此，變形控制過程中，應充分考慮鋼筋混凝土位移約束。但是剛框架系統在運行過程中同樣難以提高大變形側移度。這樣的狀況，既不利于抗震效果的改善，并且還增加了結構所受荷載力。從整體結構體系的角度考慮，結構轉換層布置很重要，對于加強層及轉換層的強度進行剛度強化，從某種程度上說，它將導致剛度凸顯，由此增大了相鄰柱構件之間剪力，因此，對結構模式應慎重地加以選擇，規避負面作用。

4.2 高層建筑越來越多

在社會日益發展的今天，我國高層建筑逐步增加，但也有部分高層建筑高度超過國家要求，我們應該十分重視這類高層建筑的建設。首先，設計人員應切實開展調研，文中還以實際案例為依據，進行了理性論證。第二，還需要做幾次模型試驗。由于高層建筑高度已超出國家規定，因此，實際地震發生期間，地震作用力破壞力大大增加。隨著建筑高度的不斷提高，許多技術指標已超過合理限度，因此，地震將使其破壞程度大大加劇。

4.3 短柱與軸壓比設定時出現的問題

許多高層建筑的建設過程當中，以確保控制柱軸壓比，促使柱體截面變大，這一狀況，即使使用高強度混凝土，也無法得到有效緩解。對柱軸壓比進行約束的目的，就是要讓柱子處于偏壓情況，避免了出現屈服情況，繼而導致混凝土的碾壓，造成結構延性惡化，繼而對建筑物抗震能力產生影響。

5 抗震結構設計在建筑結構設計方面的運用

5.1 不斷更新設計理念

就建筑結構設計與抗震設計而言，主要以設計者為主，專業知識不足，無明確概念，很難把它和建筑的構造結合起來，地震發生后，出現了種種問題，危及建筑物及居民安全。所以設計者要不斷地提高專業素質與職業素質，以及建筑業發展趨勢，開展觀念更新優化工作，提高重視建筑防震作用，并且采取了科學，有效的手段，為了確保建筑的安全性。由于建設項目的規模較大，工期較長、設計精確度較高，所以，設計人員在設計時，要全面地，全面地去思考，制定針對性設計方案等，為了更好的指導施工工作的開展[3]。

5.2 科學選址

地震發生在地殼板塊劇烈運動，強烈碰撞，破壞性大，危險性高。故在工程設計中，合理地選擇合適的工程地點減少震害是非常重要的。由于建筑物的地震破壞是由地質活動引起的，因此，可在一些地質條件相對較好的路段上修建。在震址選擇中，第一，必須考慮兩方面的問題：首先，可在地質條件比較優越的路段建設。該地質構造承載力強，不容易產生地震，滑坡和其他災害。在建設中，能有效地改善結構剛性，增強承載能力，降低地震損失；此外，還應選擇平坦開闊而又比較穩定的地形、地殼運動不是很劇烈、震級小區域，本實用新型能夠降低結構設計難度，改善建筑抗震性能，增加建筑物安全系數。

5.3 確定設計指標

進行結構抗震設計時，設計者要實地考察，收集完整資料，制定設計指標，以達到理性，擬定合理抗震設計方案等，增強建筑抗震能力。在結構上設計應具有科學性、合理選取指標、指標合理，充分考慮了可能存在的問題和對結構造成的影響，使得結構承載力大，強度高、有效地增加了剛度。另外，設計指標選擇方面，應充分考慮到國家現有規范，全面分析了地震作用下建筑物破壞程度，并用其完善結構抗震設計[4]。此外，從設計上來看，要樹立全方面控制意識，從多個角度進行思考，注重設計合理性與可靠性。

5.4 提高抗震等級

進行結構抗震設計時，如果達不到規范的要求，會在后期使用過程中出現損傷，裂縫，位移。所以，設計中，要全面掌握建筑抗震等級，增強其抗震能力是否合理，減少了它出現的可能性。地震活動的主要原因是地殼的豎向移動，所以，抗震結構設計中，要全面把握地震地質構造特點及其活動規律，文中還結合現有數據進行了分析，科學地控制建筑物和周邊環境，由此對于地震的頻度、對地震等級的變化進行了預報，以期對抗震設計有所幫助。也是基于此，分析該地區地震活動趨勢，以確保該區建設工程地質構造總體布局和一定范圍內地震活動發展趨勢，從而降低了它對區域建設項目初期設計的負面作用。

5.5 抗震防線的設計

合理布局防震防線等，既保證了建筑整體完整性，還可優化建筑物抗震性能，從而確保建筑物安全，穩定運行。沒有大地震，要注意有效拓展橫向抗震性，從而實現建筑物結構，改善抗震性能。通常有3條防御線，一以二為主，以為主、以控為主。由于在地震中，在主要防震線路損壞時，另兩條防御線也有麻煩，所以一定要科學分析思考才能確保安全。

5.6 結構選型等

抗震設計時，合理地進行結構選擇對增強抗震效果具有重要意義，所以，設計中一定要提高結構設計重視程度，為了提高設計整體效益。就建筑結構抗震設計和使用而言，應特別注意對結構進行合理抗震類型設計和選擇。根據建筑特殊的功能需求及主體結構特征，進行了詳細地設計和分析，主要表現為：立面的主體構造與建筑平面的主體構造。還要按現行規范與要求進行，確保結構安全，穩定，才能達到最佳抗震性能，切實提高建筑的品質，延長了它的使用壽命。

5.7 在設計中做好建筑空間的結構布置

合理布置建筑物的空間結構指的是做好建筑物的體型設計以及空間結構的設計，同時要兼顧建筑結構的立體設計，其中包括地基基礎的埋深。因為整個建筑結構可以看做是一根錨固在地基當中的長棍，地震作用下主要考慮重心的偏心是否會導致整個建筑物傾倒，這就是地震的水平力所產生的力矩與錨固作用產生的反力矩之間大小的比較，如果重心產生的力矩較大，則建筑物就會傾倒，如果較小則相對穩定。做好建筑空間的設計與布置對于提高建筑結構的抗震能力有著不言而喻的作用，在布置空間結構的時候也需要注意一些問題。首先，在地震災害發生的時候，建筑結構承擔的力并不僅僅是一個水平的推力作用，建筑結構在空間中還會受到其他的力作用，比如地震沖擊過程中各個方向針對建筑結構的作用力。所以在進行建筑結構設計的時候應當考慮到結構能夠抵抗不同方向的力，保證建筑結構有足夠的剛度、硬度與穩定性，能夠抵抗地震產生的力[5]。所以，建筑結構在空間的剛度和強度越高，就越有利于抵抗地震力。其次，設計結構的時候應當注意使體型盡可能簡單，避免設計異形結構的房屋。因為對稱的房屋結構是最有利于抵抗地震作用的，這也通過很多案例進行了證實。在地震設計規范中詳細說明了何為異形結構，在地震中異形結構扭轉的可能性遠遠大于簡單的方形建筑，而且在設計中也要注意盡量避免在房屋的四個轉角部分設置窗戶，這樣會降低房屋四角對地震的抵抗力，使房屋結構的扭轉可能性大大提高。設計人員應當在保證建筑結構的體型盡量簡單的條件下，對重要構件進行計算，保證構件的承載能力、抗震能力能夠滿足相關設計的要求。最后，是要保證房屋結構的整體性，這就是說設計人員要在設計中保證房屋承重構件、次要承重構件以及圍護結構彼此連接成一個整體。目前我國抗震能力較強的結構如框架結構、剪力墻結構都是采用梁板柱一體現澆，用鋼筋連接，這樣房屋的整體性大大提高，傳統的結構采用預制板等搭接，在地震作用下容易開裂破壞[6]。當然地震設計還需要增加二次結構來保證建筑的安全，如框架結構和砌體結構中的構造柱，圈梁，墻體拉筋等等措施，都能有效的減少地震作用下的墻體開裂、倒塌，增強結構的整體性，增大整個結構的安全系數。因此設計人員必須熟悉抗震設計規范中基本的抗震構造措施，對于不同的抗震設防烈度，采用不同的抗震構造措施，以保證大震不倒中震可修小震不壞的設計理念。

5.8 做好結構參數的選擇與計算

要做好建筑結構的設計工作，尤其是抗震設計工作，需要對建筑結構的參數進行選擇，如果參數的選擇錯誤，會對建筑結構的抗震性能造成很大的影響，因此在設計之前，設計人員就應當對建筑結構的設計參數進行科學選擇，不能夠確定的參數通過鑒定勘測機構對現場進行確定。在模擬地震災害所建立的模型當中進行計算與分析，甚至可以按照比例建造建筑物的模型，并在振動臺上模擬地震作用進行試驗，找到建筑結構抗震的薄弱點，進行計算與加強，從而保證建筑結構在地震中的受力合理與科學性。

6 結論

以加強結構安全和穩定性，對結構加強抗震設計勢在必行，根據現行規范及建筑的特點，對結構抗震性進行了科學規劃與加工，增強結構剛度，強度和承載能力，實現科學選型和選址，確保結構安全，降低地震帶來的損失與威脅等，在提升建筑質量的前提下，為人民群眾打造一個安全、舒適居住環境。與此同時，優化結構抗震設計是推動整個建筑業可持續發展不可忽視的要素，這一點應引起有關方面的重視和探討。