建筑結構設計中的抗震結構設計分析

衛中海

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我國幅員遼闊，很多地區都處于地震帶上，地震帶來的損傷與影響非常嚴重，因此建筑工程在建設設計的過程中都融入了抗震結構理念。經汶川、玉樹等地震考驗后，我國建筑工程抗震結構設計要求逐步高。建筑工程抗震設計變得更加專業與復雜，因此必須對設計特點進行詳細分析考量，才能夠達到較高的設計質量。然而從當下實際情況上來說，我國建筑抗震結構設計還有很多需要完善的內容與方面，這嚴重影響了建筑工程的抗震能力及水平。此狀況必須要得到改進才能更好的提升建筑工程抗震能力。

1 建筑抗震結構設計的特點

首先，建筑抗震結構設計必須要針對結構受力情況進行監測分析。由于建筑結構無論從整體柔韌性上還是整體承載力方面，都需要綜合考量受力的穩定與均衡，而這對建筑在較大震動情況下是否可以保持穩定造成了一些影響。因此，在實際結構設計期間，必須要對建筑受力狀態進行綜合考量分析，對結構與連接點的連接情況進行有效監督檢測，這樣才能夠保證一旦發生地震，也不會對建筑造成較大的能量沖擊。這樣一來，就可以保證建筑在地震當中始終維持受力平衡，避免主體結構因此而受損[1]。

其次，建筑抗震結構設計必須要考慮到軸向變形問題，高層建筑工程承擔的豎向荷載量比較大，不僅存在一些軸向變形問題，還可能會對連續梁的彎矩造成一些影響，進而導致在負彎矩值變小的同時增大正彎矩值。因此，在抗震結構設計的過程中，必須要對軸向變形情況進行準確計算，從而準確調整下料長度，避免剪力與位移造成較大影響。

最后，建筑抗震結構設計還需要考慮到結構的延展性，結構延展屬于建筑設計期間的一項重要指標，一些中低層建筑延展性比較小，而高層建筑延展性比較大，這導致在地震發生之后，高層建筑出現變形的幾率也更大。為了降低在地震當中高層建筑出現較大變形導致構件損壞，就需要在結構設計上使用一定措施來改善建筑結構延展性，提升建筑結構使用效果[2]。

2 建筑抗震結構設計的基本原則

2.1 建筑場地選擇的基本原則

場地條件屬于造成建筑物發生地震損害的一項主要原因，因此，在選擇建筑物場地的過程中，工程師必須要注意對場地的工程地質、地震活動、地震地質等可能會對工程造成影響的相關因素進行把控。在這一過程中，必須要結合具體工程的實際需求，將對抗震具有良好作用、不利影響、危險因素的相關地段來進行綜合性的評價分析。對地段的選擇必須要傾向于選擇對建筑抗震具有良好作用的地段，例如該地段平坦、開闊，同時場地堅硬，選擇期間需要避開一些對抗震效果不好的地段，如果無法及時避開，那么就可以使用有效的抗震策略來對地段進行優化[3]。

首先，需要結合地質條件選擇合適的區域，對于大多數建筑物，選擇一個穩定的地基非常重要。設計師應該優先選擇地殼穩定和不存在潛在地質災害的區域建造建筑物，并且需要根據當地的地形、地貌和地質條件等因素設計相關抗震技術方案。

其次，則是需要考慮氣候和自然災害的影響，某些自然災害，如洪水、颶風、地震等，會對建筑物產生巨大的破壞，對人身安全存在威脅。因此，在進行建筑抗震設計時應該綜合考慮地理位置、自然災害頻率和氣候條件等因素，并在設計過程中考慮增加建筑物的防護能力。

再次，則是需要確定地基性質。巖石層、土壤以及含水情況等因素會對建筑的抗震性產生重大影響。設計者需要了解當地研究確保該建筑物所處地區地質特性，并根據不同類型建筑物的需求，開展適當的地基工程，如加固操作和底部加倍筋等。

2.2 建筑物體型的確定原則

現如今建筑物類型越發復雜化，在這一過程中，必須要追求簡單、規則、對稱、質量和剛度變化均勻的建筑物類型，這能夠更好的減少地震而產生的變形、應力集中、建筑物扭轉等情況。

首先，需要適應地震區域，建筑物的體型必須根據所處地區的地震狀況進行確定。比如，在地震頻發的區域，宜選擇抗震更為有利的規則體系建筑。

其次，則是需要結合建筑性質選擇建筑物體型，不同類型的建筑物對于建筑體型的要求是不同的。例如，住宅和辦公樓的建筑體型需要更加注重實用性與美觀性；而醫院和學校則需要更大空間的休息和儲存設施等。

再次，則是需要針對建筑形式進行建筑物體型確定，建筑形式是指建筑物在立體空間中的特定配置模式及其具象化表現。對于不同的建筑形式，建筑物的體型必須符合相關標準和某些規范。如在平房、夯土等底盤類建筑中，墻體應該盡可能加厚加強才能保證抗震性能；而自由曲線造型的建筑體型在保持建筑物美觀的前提下，也需要滿足抗震的基本要求。

最后，則是需要結合社會經濟條件確定建筑物體型，建筑物體型的確定還應考慮社會經濟條件，包括工程費用、土地使用費用等。在需要控制成本的情況下，應該根據可負擔的預算確定建筑物所處的大致規模。

2.3 選擇合理的抗震結構體系

對建筑物結構的布置，需要選擇多道抗震防線，這一步驟的主要作用在于可以有效避免由于連續性地震而造成的沖擊和影響，這對提升建筑物防震能力具有重要的作用和意義。建筑物結構必須要保證具有充足完善的抗震承載能力，同時也需要具有良好的變形能力以及耗能能力，從而有效避免地震作用對抗震結構體系造成的破壞和影響。除此之外，對建筑物結構的剛度和強度也需要進行合理分配，避免建筑物上出現一些薄弱環節。對于這些薄弱環節，必須要使用合理的措施進行優化與改進，適當進行加強，這具有重要作用和意義。

首先是框架結構，框架結構是一種常用的抗震結構體系，它具有強度高、剛度較好、方便施工等優點。框架結構主要由柱、梁和板組成，并通過節點連接成一個整體。這種結構適用于大型商業建筑物和公共建筑。

其次，則是剪力墻結構，剪力墻結構是抗震性能較好的結構體系之一。它具有側向剛度大，水平作用下位移較小，整體性好等優點。剪力墻體通常設置在建筑物兩端和中心，這樣可增加結構體系的水平剛度和扭轉剛度，從而提高建筑抗震能力。這種結構適用于住宅建筑。

再次，則是框架-剪力墻混合結構，框架-剪力墻混合結構是將框架結構和剪力墻結構相結合，形成互補的體系。此種結構集兩類結構優點于一身，既能保證建筑物強度和剛度，又可以最大程度上利用混凝土墻體的抗震性能。

最后則是鋼筋混凝土核心筒結構，鋼筋混凝土核心筒結構是一種近年來新興的抗震結構體系，通常采用中空矩形或鄰板式造型，通過鋼筋混凝土核心筒使樓房變得非常穩固，這種結構適用于超高層數建筑物和商業綜合體等項目。

2.4 非結構構件的處理

考慮到一些結構在地震當中可能會出現變形的情況，建筑幕墻必須要保證使用完善可靠的連接方式，從而更好的加強非結構構件的預埋件錨固位置，承受來自建筑非結構構件帶給建筑主體的震動影響。墻體材料方面必須要優先選擇一些輕質材料，降低建筑物的整體重量。而剛性護墻則是需要沿著縱向方向來進行均勻布置，與主體之間緊密連接，這樣才能夠適應地震作用造成的不同方向上的位移和影響。

首先，需要去除一些無關構件，對于與建筑主要框架和支撐系統沒有關系的裝飾構件，例如掛畫、玻璃幕墻、落地門窗等，應盡可能去除。這些構件一般會對建筑的質量、穩定性和抗震能力都會產生不良影響。

其次，則是需要設計較為具有柔韌性的構件，為了減少非結構構件對建筑物本身的損害程度，可以使用結實且柔性的替代材料。比如，采用可脫落的防火隔斷和半剛性邊框結構可以減少出現瓦斯管道遭遇地震時容易摔落破裂的情況。

再次，則是需要強化連接方式，非結構構件往往通過各種邊角結構或其他輔助部件與建筑主體連接。因此，在抗震設計期間應該強化這些連接方式，確保非結構構件能夠在地震時與主體結構一同參與耐震。例如，可以采用金屬懸掛系統、阻尼器或彈性隔震器進行連通。

最后，需要加強特定區域，有些非結構構件如墻面細節和突出部位容易成為破壞的焦點，因此需要加強設計處理。例如，在風險特別高的地方使用增強型外殼或過渡材質等技術，以避免出現非承重構件在地震沖擊中倒塌的情況。

3 建筑結構抗震的設計方案

3.1 關注地質偏移帶來的影響

在現如今社會發展的過程中，建筑工程建設的高度越來越高，并且建筑物的層數以及質量也越來越大。在眾多影響因素的影響下，建筑物在原有建造基礎上發生一些偏移屬于非常常見的情況。雖然這屬于常見情況，但是這一問題對建筑抗震效果的影響比較大。因此，設計人員必須要考慮到后續使用過程中地質偏移可能會帶來的影響。在實際設計的過程中，建筑設計人員可以使用深基坑等建筑施工模式，增強地基的穩固性，搭配選配樁、靜壓樁等施工方式，避免房屋建筑發生較為嚴重的偏移影響。

3.2 使用合理的建筑結構抗震機制

首先，科學合理的建筑結構抗震機制必須要保證明確的強度、剛度要求。如果發生地震，建筑物上下的任何一個部位都可能承受較大的應力，導致建筑結構穩定性因此而下降，進而導致建筑結構抗震能力和抗震水平被限制。所以，必須要避免某一部位集中受力的情況，對一些薄弱位置進行針對性加強處理。

其次，在建筑結構機制當中，必須要設計地震能量傳送通道以及準確的核算圖，簡單來說，在對房屋建筑進行設計的過程中，在垂直重力負荷的影響下，建筑內部各個構件都將會受力，而此時必須要保證受力處于平均狀態，這樣才能夠將重力負荷以最小的距離傳輸到附近的柱子或者承重墻上。

3.3 科學安排建筑平面布置

建筑在實際使用的過程中是否可以保證平面具有較高的規則性，這對建筑是否穩定將會產生極大的影響與限制。因此，在為建筑進行平面布置的過程中，必須要嚴格遵循高抗震性的基本設計原則，具體來說主要有以下三方面：首先，需要保證建筑主體具有較強的抗壓能力，尤其是需要保證側面的受力結構不會在剪力影響下而發生變形，始終保持在均勻受力的狀態來承擔主體結構穩定性。其次，則是對建筑物主體作抗側力結構布置的過程中，應盡量保證建筑物主體在抗側力結構一側分布強度處于相同狀態，進而實現抗側力結構所受的力在任何方向上都基本保持一致。最后，建筑物主體在布置抗側力結構的過程中，需要保證該抗側力結構在高度上與周邊結構體系處于相等狀態，同時對抗扭強度也有一定的要求。

3.4 優化建筑物結構整體穩定性

為了更好的保證抗震設計效果，還需要針對建筑物整體剛度進行有效設計與優化改進。這種整體剛度將會直接影響建筑結構穩定性，進而關系到建筑結構抗震水平。例如，剪力墻布置問題就需要得到優化，布置太多的剪力墻會導致建筑物的經濟性因此而下降，必須要及時控制剪力墻布置量。在相同結構剛重比的情況下，可以適當考慮加強四周剪力墻布置數量，減少中間核心剪力墻布置數量，這樣對建筑物的抗震性與穩定性具有更大的意義和作用。

3.5 合理選擇建筑材料

對建筑材料的選擇是否合理，將會直接影響建筑結構抗震能力與抗震水平。在開展抗震結構設計的過程中，對建筑材料的選擇必須要積極結合工程的實際情況，從而針對當地地質地貌、天氣狀況等進行全面考量分析，選擇可以滿足建筑抗震基本要求的建筑材料來進行施工。在這一過程中，除了需要選擇一些剛度較高的材料來提升建筑結構穩定性之外，還需要選擇一些輕量級建筑材料，從而降低建筑整體重量，這對降低地震造成的威脅也具有重要作用和關鍵意義。

3.6 更新建筑抗震結構設計理念

影響建筑結構設計與建筑抗震結構設計的主要因素在于設計人員，作為專業的設計人員，在實際設計的過程中必須要了解我國現如今建筑行業的發展情況，從而及時更新設計理念，提升自己的設計水平與職業素養，這對保證抗震結構在建筑結構當中的積極作用具有重要意義。建筑工程作為一項龐大的工程類型，工期較長，同時設計要求精度較高，而抗震結構設計僅在其中占據了一個部分，但是可以發揮出重要的作用。建筑設計人員必須要積極將抗震能力作為設計的主要標準與要求，積極轉變設計理念，同時，設計人員也需要充分利用網絡資源來搜集一些關于建筑工程設計方面的內容，例如查詢建筑施工點是否處于地震帶，以及當地其他抗震建筑的設計理念。

不同抗震結構將會產生不同的抗震作用與抗震效果，這已經成為現如今建筑結構設計人員的主要共識與關鍵理念。在全新建筑結構設計理念指導下，相關工作人員必須要積極分析現如今使用的建筑結構設計理念是否滿足實際使用的基本要求，只有兼顧了多項要求，并且對設計方式進行及時優化與改進，才能夠更好的發揮出抗震結構的基本作用。設計人員在對抗震結構進行設計的過程中，需要在數據的支持下完成全面設計，包括建筑結構的精細化、結構化以及建筑結構的穩定性，優化各個部件之間的互相關聯作用，從而起到抗震的效果。

3.7 構建抗震結構設計體系

建筑物在發生地震之后，遭受的破壞與影響主要包括地基破壞、結構破壞、剛度破壞、混凝土構件破壞等部分內容。地震等級和地震強度的不同，對建筑物造成的損壞與影響也有著一些區別。使用抗震結構設計的關鍵在于優化抗震結構體系，這具有重要意義和關鍵作用。在建筑物進行抗震結構設計的過程中，設計人員必須要意識到，結構差異化將會導致整個工程抗震性能因此受到影響，任何小環節的增添或者刪除，都將會引發較為嚴重的聯鎖反應。因此，設計人員必須要針對當地的實際情況進行分析考量，結合建筑物的抗震性能、結構特點來進行綜合分析與區分設計，優化建筑物抗震水平，提升抗震效果，這對建筑物抗震能力的提升具有重要意義。

4 結束語

總而言之，隨著科學技術的快速發展與進步，現如今我國已經進入網絡時代，建筑物結構設計工作也更加復雜。而地震作為一種自然災害，帶給建筑物的威脅往往是毀滅性的影響。因此，建筑物設計人員必須要將抗震結構設計放在首要的重要地位，積極使用更好的抗震技術來進行優化改進，避免地震帶來的影響。