论述建筑结构设计中的抗震设计

曾铁军

引言

随着我国经济社会的不断发展，城市人口密度也在不断的增加，人和财富都集中在一个区域，如果发生地震灾害，造成的损失巨大。为了能更好的维持现有的和谐稳定的居住环境，如何做好地震灾害的防范成为人们关注的焦点。地震是一种自然灾害，现阶段的预测结果还不是很准确。为此，人们对于居住房屋的防震性能的要求不断提高，在进行建筑设计的同时融入抗震设计，才能更好的提高房屋的抗震性能，确保建筑的稳固使用。

1 地震的危害及抗震概述

1.1 地震的危害

地震灾害是一种破坏性较大的自然灾害之一，威胁着人们的生命财产安全，会使建筑物发生剧烈震动，极大的破坏了建筑结构，甚至会使建筑物倒塌。近些年发生的较为严重的地震灾害有：唐山大地震、汶川地震等。据统计，我国在20世纪，就有约50万人死于地震灾害，在同期全世界因地震灾害死亡人数的50%。面对这些沉痛的历史教训，在灾难事前规避损失，是全体人民的心声。

1.2 抗震设计的理论

抗震设计理论按照时间的发展可以分为以下三方面：①拟静力理论，其是20世纪初发展起来的，其在进行地震估计时，假定结构为刚性，在结构的质量中心上作用地震力，结构的重量乘以地震系数（一个比例常数）为地震力的大小。②反应谱理论，其是20世纪中期发展起来的，随着对地震规律了解的增多，一些学者通过研究结构动力反应，在其基础上分析震动加速度记录。③动力理论，其是20世纪后期发展起来的，随着试验技术和电子计算机技术的发展，在地震的研究中引入以上技术，可以深入到地震结构的内部研究，了解地震后地壳的受损结构，将建筑物比作多自由度体系，从而完成抗震设计工作。

1.3 抗震设计的要求

抗震设计遵循的要求是：①选择“寻常”场地，保证场地的平坦性，不能设置在山丘、滑坡和软土上，场地立面应匀称、规则。②为了最大程度上确保建筑的稳固性，利用楼层、相关构建的延展性设置多个防线。③在设计的过程中充分考虑周边环境对建筑抗震结构的影响。

2 建筑抗震设计中存在的问题

2.1 建筑位置不合理

随着城市的发展，农村人口陆续涌入城市，城市用地不断扩张的同时，可用土地面积不断减少。开发商在选择建筑位置的时候，更多的是考虑所见建筑物的商业价值。尤其是对于高层建筑的选择，应该选择具有平坦性和开阔性的位置，而且应避开软弱土层，土体应坚实，应避开容易发生滑坡、泥石流、地陷等山体自然灾害区段，或者地震活跃段以及变电站、火电厂等危险场所。

2.2 部分建筑物高度超限

针对钢筋混凝土结构的建筑物，我国有明确的高度限制，但是部分开发商为了追求利润，并没有严格执行这一规定，超高建筑仍然存在。一旦发生地震，这些不符合规定的建筑就会缺乏抵抗力，强烈地震后会产生变形，大大削减其抗震能力，在之后的使用过程中，刚度等力学特征会发生变化，需要通过重新检测，确定其力学特征值。

2.3 选材不科学

对于地震频发区的建筑，其选材应需要合理搭配，当前，我国的建筑结构普遍为钢筋混凝土核心筒，此类结构发生弯曲变形或侧移时，所产生的作用力超过了钢框架的承受能力，在增加建筑钢结构荷载负担的同时，也会使得建筑物的抗震性能减弱。

3 抗震设计方法

3.1 合理选择的建筑结构形式

当前建筑的主要结构形式有框架剪刀墙结构、整体承载式钢结构、砖混结构、钢结构以及框架结构，以上结构都具备抗震性能，建筑物具体的抗震效果要与其结构形式和高度决定。框架结构与砖混结构共同使用，可以提高建筑的抗震性，原因是砖混结构是由容易破碎的建筑材料砌成，抗震性能较差，而框架结构采用钢结构、框架剪刀墙和承载式轻钢结构，抗震性能强。据统计，欧美等发达国家65%左右的建筑物采用钢结构。首选钢结构的优势在于，钢结构易于施工、生产，具有可重复利用和很好的环保性能，关键是具有很好的抗震防灾功能。钢结构材质具有很好的抗拉、抗剪、抗压和延展性，使用寿命长，已经得到了广泛的应用。目前，台湾已经明令要求多层住宅建筑要使用钢结构建筑，北京地区的钢结构建筑模式也成为建筑潮流，国家大剧院工程就是使用的全钢结构建筑模式，图1为建筑钢结构模式。

图1 建筑钢结构示意图

3.2 合理选择建筑场地与环境与设计建筑物的抗震等级

建筑物的抗震性会受到建筑的地形和地理位置的影响，在建筑地理位置的选择上，应避免一些抗震不利的地形，河岸滑坡、断层错动、地层陷落的地形坚决不能选。因此，在建筑选址前，首先要对所在地的地形、地质进行勘查，进行全面的掌握。

在确定选址后，根据地形与地质条件，确定建筑物的抗震等级，建筑物的抗震等级受建筑物类型、建筑物抗震强度和所在场地的影响。一般情况下，可将抗震等级分为四类（甲、乙、丙、丁类），其中一般住宅与写字楼分为丙类，抗震设防烈度为Ⅶ度，在建筑结构设计中，运用相应的计算系数进行计算可得，同时还要相关部门进行审核批准和备案的。

3.3 设置多道抗震防线，注重各种防震措施的使用

在建筑抗震设计中，应多设置几道抗震防线，在强震当中，第一道抗震防线破坏后，还有第二道、第三道、第四道抗震防线，继续抵挡发生的地震冲击力，最大程度保证建筑物的安全性和稳定性，避免建筑物发生坍塌。纯框架结构应首选“强柱弱梁”型结构，该结构两道防线，一道是梁，第二道是柱。

为提升建筑结构的抗震性能，设计人员可采用基础性防震措施，在不同的位置采用不同的防震措施。基础隔震技术设计在建筑上部结构及基础位置接触处，避免建筑上部受过大的地震能，常见的基础抗震装置有基底滑移隔震、夹层橡胶隔震混合隔震装置等，该技术可再次削减地震所产生的震力，吸收地震产生的冲击余力，避免建筑结构受到较大的破坏。

3.4 确定抗震结构体系

一个建筑结构设计方案是否合理，决定了建筑的安全性与经济性，建筑结构体系中明确了合理的地震作用传递途径，设置多道抗震防线，应避免因部分结构出现破坏影响到整个结构的抗震性。建筑结构体系具有必要的承重能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。在进行建筑结构体系选择时，应首先考虑建筑物的场地条件以及建筑物所应达到的刚度要求，为了避免地震时产生共振，还要保持场地的自振周期和建筑物的一致；其次要选择合理的建筑基础，建筑基础深度应足够，建筑层数较多的住宅需设置地下室，软弱地基选择箱形基础或筏片基础。

3.5 做好建筑的空间设计

建筑的空间设计与布置就是指建筑的立体空间和结构平面的设计，空间布置设计的合理性和科学性，可以使建筑工程结构更加稳定。在地震出现后，由于地面运动会出现一定的应力，所以在进行建筑工程结构设计时，为确保建筑可承受多方面的作用力，建筑的平面主轴方向应具有较高的强度、刚度和稳定性，确保建筑结构可以抵抗地震灾害带来的冲击力。在建设结构设计中，尽量的简化建筑结构，原因是随着建筑结构的复杂程度的攀升，需要使用更多的维持力量，容易降低建筑物的稳定性。在实际设计中，只有简化建筑结构，才能避免建筑稳定性受影响。建筑结构设计应注重结构的整体性，设计人员需从建筑工程结构整体抗震角度进行设计，另外还要注重从建筑楼盖结构、底层结构和内部结构有机结合的展开设计，在处理建筑结构连接时，要使传导结构更具合理性和有效性，避免单一结构抵抗性力弱的缺点，保证整体建筑结构可以抵抗地震灾害所带来的冲击力。

3.6 科学配置建筑构件，保证建筑构件以及连接点处质量

隔震构件具有较大的垂直支承能力，在大变形时也能够确实支承建筑物的质量，采用直径小的叠层橡胶时，应可以支撑建筑物的质量，一般叠层橡胶最大变形发生时重叠部分不得小于直径的一半尺寸。在进行建筑结构抗震设计时，除了要科学配置建筑构件，还应确保各个构建之间连接点处的质量要求，确保连接牢固，避免由于连接松动而影响到建筑使用寿命。当前建筑的外墙会使用装饰材料，例如瓷砖、大理石，虽然表面看起来，这些装饰材料是与外墙相连，其是否能和建筑主体结构牢固连接对建筑的抗震性能也有影响。近些年在地震事故中的玻璃雨现象，就是在地震作用下玻璃幕墙出现变形导致玻璃破碎而发生的。因此，一定要确保建筑中各构件及连接处质量，防止在地震中玻璃幕墙变形与脱落。另外在对内隔墙、玻璃隔断等构件展开设计时，也要确保连接点的质量，使其牢固连接，保障建筑结构的抗震性能。

4 结束语

综上所述，地震严重威胁着人们的生命和财产安全。做好建筑结构设计中的抗震设计十分必要。随着研究得不断深入，抗震理论的总结不断全面。在经历了一次次的地震灾害后，研究人员通过分析地震数据，不断加强对地震设计的总结，成立专门的研究协会，旨在研究出更为安全的抗震设计。在建筑结构抗震设计中，设计师根据建筑的实际情况，采用合理的设计方法，可以有效的提高建筑的抗震性能，保障人们的生命和财产的安全。

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