抗震结构设计理念的应用与设计要点探究

刘行

（上饶市城乡规划建筑设计院）

引言

在早前的规范要求之下，如果地区抗震设防烈度在Ⅵ度以上（含Ⅵ度），所有建筑都必须进行抗震设计，这一理念主要是为了提高建筑的抗震性能，然而随着近年来地震事故的大规模出现，建筑抗震能力受到了大面积的关注，成为了判断建筑质量的重要指标。建筑抗震能力主要体现在建筑应力强度、结构设计、地基深度等方面，在此前提下出现了很多典型的抗震结构设计，本文将对此进行分析。

1 抗震结构设计理念的应用

抗震结构设计理念对于现代建筑设计有着重要重大影响，在此理念下出现了很多典型的抗震结构设计案例，本文将结合这些案例，对抗震结构设计理念的应用进行分析。

1.1 钟摆抗震结构设计

在地震条件之下，建筑最直观的表现就是“左摇右晃”，表现出不稳定状态，那么在“左摇右晃”的状态下，如果建筑没有相应的防护，其倒塌的时间较短，同时规模上也会相应增大，针对这一表现，有研究者提出了钟摆抗震结构设计。钟摆结构抗震的力学原理在于反向拉力，即在地震条件下，假设建筑向左倾斜，那么“钟摆”就会相应向右摆动，摆动的力量取决于地震烈度与建筑相左倾斜部分的重量与速度，整体上摆动力虽然无法与地震影响对等，但是两者相近，所以可以有效的抑制建筑“左摇右晃”幅度的增长，可以延长逃生时间，同时也可以在一定程度上，防止建筑倒塌[1]。

关于钟摆抗震结构设计的效果验证，日本某大厦通过相关研究给出了答案，即该大厦属于高层建筑，在地震条件下会产生巨大的晃动，经计算，如果地震等级超过5级，该大厦6层以上的结构会在3min之内倒塌，而通过钟摆结构的改造，地震对大厦造成的晃动影响将会降低60%，说明这种抗震结构设计的有效性。

1.2 多层砌体房屋

多层砌体房屋就是采用承重较小的砌块砖材料构筑而成的建筑结构，这种结构的抗震原理在于承受力一体化。在多层砌体房屋基础上，如果遭遇地震，因为砌块原因，其任何一个部位受到影响，都会被所有砌体所分摊，以此避免局部出现塌陷，连带影响到其他部位，这种抗震结构的设计形式通常为：3个竖向墙体与4层横向基础，其中3个竖向墙体分别为左墙体、中柱、右墙体；4层横向基础分别为1个顶层、若干中层横向基础、1个底层横向基础，这些结构紧紧的连接在一起，当建筑出现“左摇右晃”状态时，所有结构一同受力[2]。

关于多层砌体房屋的抗震效果验证，因为此抗震设计是一项传统设计，所以有许多案例都能够证实其效果，所以不多加赘述。但是通过案例以及相关研究了解到，多层砌体房屋的应用存在一定的局限性，即在抗震地区，只适用于22m以下的建筑，如果在非抗震区，可以提升到25～27m左右，而现代建筑普遍高大，所以此项设计的应用在逐渐减少。

1.3 框架结构

框架结构的抗震特点在于材料以及承重梁柱结构，即采用钢筋混凝土材料，通过相应的工艺浇筑振捣形成承重梁柱结构，之后依照计算进行分布设计，使建筑整体的应力“被承受”，此时当遭受地震灾害，上层结构所产生的晃动应力会被下方承重梁柱结构所吸收，虽然吸收不完全，但是可以有效抵消部分应力，以便于延长建筑倒塌的时间，同时因为钢筋混凝土的强度与韧性，可以有效提高承重梁柱结构的承载力，保障建筑的稳定性。框架结构在我国同样应用需求，关于其抗震能力的案例也有很多，可以证实这种结构的应用价值，而随着技术的发展，框架结构出现了许多其他结构，例如砖混结构、砖木结构等等，关于这些结构的抗震能力，目前还未得到定论，但是在理论上已经可以证实其有效性。

2 抗震结构设计理念的要点

虽然现代抗震结构设计方法众多，但无论采用哪一种方法，都必须遵守相应的原则要点来开展工作，下文将针对原则要点进行分析。

2.1 力学要点

任何形式的抗震结构设计理念，都是在力学基础上来进行设计的，大致原则上就是通过作用力或者承载力来延长、避免地震对建筑的影响程度，要实现这一点作用力或者承载力必须达到地震影响力的一定比例才能实现，因此在设计当中必须以地震影响力为基础，保障抗震建筑达到相应比例，具体需要根据地区抗震等级要求而定。不同抗震设计结构实现力学比例的方法不同，例如在钟摆结构当中，要实现比例就需要控制钟摆的长度、重量以及摆动幅度，因此设计人员应当对此保持重视。

2.2 功能要求

抗震结构设计的抗震能力固然重要，但是在其他功能要求之下，抗震结构设计要兼顾功能来开展相关工作。以框架结构为例，其抗震能力体现在所有承重结构的布局上，那么如果不合理的进行承重结构布局，就会导致建筑内部空间被侵占，影响建筑其他功能，因此设计人员在设计工作当中，应当对此保持重视。另外，在一些特殊建筑当中，其需要安置一些大规模的管线，那么必然要配置相应的预留孔，此时预留孔会对建筑的抗震能力造成一定影响，设计人员需要在兼顾预留孔功能的前提下，对建筑抗震能力进行设计，避免两者冲突。

2.3 材料参数控制

建筑材料是实现建筑质量的重要因素，而抗震能力作为建筑质量评估的指标之一，其也会受到建筑材料的影响。在地震的影响下，如果建筑材料的强度无法抵抗冲击力或者黄动力，很容易出现局部塌陷，此时建筑结构的应力就会发生不良变化，容易引起整体坍塌，因此设计人员在设计工作中，除了要保障设计方案合理，也需要考虑到材料参数的问题，要求选择满足设计抗震强度需求的材料。

3 结语

本文主要分析了抗震结构设计理念的应用与设计要点，首先结合前人研究与案例，介绍了三种抗震结构设计理念的应用，即钟摆抗震结构设计、多层砌体房屋、框架结构三种，对着三种结构，分析各自的抗震原理，并结合实际案例验证了其使用效果。其次对抗震结构设计理念的要点进行了介绍，包括力学要点、功能要求、材料参数控制三项。