浅析建筑结构抗震优化设计

【摘要】本文概述了建筑结构抗震设计的内容、目标及现状，阐述了高层建筑抗震设计的必要性，对建筑结构抗震优化设计的方法进行了详细分析，以供参考。

【关键词】建筑工程；结构设计；抗震优化设计

随着科学技术的发展，以及人们对建筑物审美、功能性要求的逐渐提高都促使建筑物在高度、安全性、功能性方面有着显著提升。其中，建筑结构抗震性设计对工程建设安全性提升起到了关键性作用。

1、建筑结构抗震设计的概述

在建筑结构设计中，抗震设计的主要内容是设计人员通过以往地震中建筑倒塌的数量、情况等进行总结，并在此基础上结合当下的设计理念、建筑地的实际情况来进行趋于完善的抗震结构设计，使建筑能够抵抗一定等级的地震灾害。

抗震设计的目标是为了保证人们的财产、生命安全等，为其提供更加稳定安全的生活环境。因此，设计人员在应当充分考虑地震的主要作用力，以便站在全局的角度完成抗震参数的设计，使建筑结构的外形、结构、构件质量等都能够提高建筑的质量，以完成抗震目标。

目前，建筑结构设计中抗震设计发展的较为迅速，但是其中也存在着一定的问题影响着抗震设计的发展。如：①抗震观念不强。部分设计人员在对建筑设计的过程中忽略了抗震性能的重要性，而只注重建筑的使用性能，在发生地震灾害的时候，建筑的问题才会暴露出来，但是却为时已晚，对人们的安全造成严重威胁。②结构设计不合理。在很多外力因素的影响下，导致抗震结构设计的不合理现象发生，不仅浪费了人力，同时也延长了工期。从上述情况来看，虽然很多建筑结构设计人员意识到了建筑抗震设计的重要性，但是并没有站在实际角度进行综合考虑，因此，需要从多方面加强建筑结构的抗震设计。

2、高层建筑抗震设计的必要性

高层建筑抗震设计对建筑安全有着重要的影响，因此抗震设计如何使建筑物更加稳固是目前必须要加强的研究工作。随着近些年地震灾害的危害，结构工程师逐渐对建筑抗震设计更加重视，其中工程结构宏观的“概念设计”远比“数值设计”抗震效果明显的多。建筑结构概念设计的提出是以建筑物宏观整体为基础，并根据其内部结构系统整体进行方案的实施，同时对细部构造以及材料进行合理使用，以此来达到建筑结构设计应有的效果。

建筑结构设计过程中对于结构体系、构件延性、刚度分布要在宏观上进行鉴别、选择和处理，对高层建筑抗震设计中的薄弱环节要通过适当计算及构造进行消除。建筑结构设计工程师要充分运用自身敏捷的思维能力和判断能力对建筑结构设计基本问题进行确定，并延伸至设计的各个环节中。对建筑结构抗震特点、振动中的结构受力特性等进行充分的理解和分析，对关键问题重点对待，科学合理地进行结构设计。

3、建筑结构抗震优化设计的方法

3.1能力设计法

受到地震作用的超静定性结构会出现延性破坏，基于此进行建筑结构抗震能力设计法的应用可以在保证满足抗震要求的同时实现经济性。能力设计法的本质是将控制理念与结构抗震设计相结合，加强应对结构破坏机制的能力。能力设计法对结构抗震性能与能力有着较好的控制力，使建筑抗震设计难度大大降低。

3.2基于损伤与能量设计方法

建筑结构抗震优化设计中，从能量角度出发进行抗震设计的进行，主要是考虑到建筑结构承受地震影响时能够更好地承受其破坏能量，并将能量以有效的形式传导入建筑结构内部以进行分化消散。在发生地震时，建筑结构非弹性变形超过自身非弹性变形时，其建筑结构会受到一定程度的损伤，在建筑结构抗震设计过程中要将能量理念与非弹性变形相结合研究，对结构构件损伤纳入研究范围以最终提高建筑结构抗震能力。

3.3基于位移设计方法，降低地震影响力输入

地震过程中，由于地震强度的不同建筑物会进行不同程度的位移，以结构位移为参照基础的结构设计方法能够在满足结构设计要求的同时有效控制建筑物位移情况。建筑抗震结构位移设计方法的应用，能够有效满足各种预定性能的目标要求。基于位移的设计方法应用能够使地震强度与结构自身形成关联性，并在地震时做出相应的反应，降低地震影响力输入。

基于位移的结构抗震方法，设计时要对设计方案进行综合定量分析，首先要保证建筑结构在收到地震影响时产生的形变在接受范围内。设计时要针对地震影响力情况确定位移限值和变形值，要研究透彻建筑构件变形与位移的关联。同时，在确定建筑构件构造时要考虑建筑界面应变分布情况的影响。根据位移设计方法，有效降低地震影响力输入，保证建筑结构安全性。

3.4加强抗震结构设计

建筑建设选择的结构一般包括三種，即框-筒、筒-中筒以及框架-支撑体系，现在逐渐有更多的钢铁结构被应用到建筑工程中。基于现状尽量选择钢骨混凝土结构、钢结构以及钢管混凝土结构等，可以有效减小柱断面尺寸，对提高结构抗震性能具有重要意义。对于建筑结构抗震设计，需要从传统硬性为主的抗震模式逐渐向柔性为主的抗震模式转变，降低地震产生的影响力。另外，在确定抗震结构后，还需要做好对建筑材料的选择，应根据施工需要对建筑材料性能进行全面分析，综合考虑承载力、延性以及强度等方面要求。

3.5增加抗震防线

通过增加抗震防线，在第一道防线遭到破坏后，还可以通过其他防线降低地震冲击力对建筑结构造成的影响，可以有效提高建筑抗震性能，例如可以选择用多个肢节与壁式框架的“框架剪力墙”结构来提高结构抗震性能。在框架剪力墙结构中，以剪力墙作为第一道抗震防线，因此为有效提高抗震性能应设置足够多的剪力墙。减小地震能量的输入和设置消能减震构件。强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

结语：

综上所述，在不可抗力的地震灾害面前，虽然无法做到有效的规避，但是可以通过加强建筑结构设计中的抗震设计来提高建筑的稳定性。设计人员应当重视高层住宅建筑结构的抗震优化设计，保证建筑具有良好的抗震性能以及安全性。

参考文献：

[1]靳永恒.建筑结构设计中抗震设计分析[J].山西建筑，2017，43（20）：44～45.

[2]李小华.建筑结构设计中的抗震设计分析[J].城市建设理论研究（电子版），2016（19）：35～36.

作者简介：

梁如，江苏中意达建筑设计有限公司，江苏连云港。