抗震概念设计在建筑结构设计中的应用

张跃跃

（晋城合为规划设计集团有限公司，山西 晋城 048000）

0 引言

地震属于自然灾害中的一种，事故的出现具有较大的不确定性，一旦突然爆发地震灾害，建筑使用功能也会随之受到极大的影响，严重者甚至还会导致建筑物倒塌，构成严重的社会安全事件，影响社会经济发展。为了避免此类现象发生，全面做好建筑结构抗震设计的工作十分有必要。但结合当前的建筑结构设计实况来看，其抗震设计成效并不理想，导致建筑的抗震效果不足，一旦面对突发性地震灾害，增加建筑损失的同时，还会对国民的生命财产安全造成影响。鉴于此，本次研究工作的意义重大。

1 抗震概念设计分析

建筑工程设计实践期间，作为设计工程师，想要提升建筑设计质量，就必须亲自结合工程的实际需求去了解并掌握项目的设计方向和设计需求[1]。此过程中，需要开辟不同渠道，去搜集和整理建筑相关材料，并结合整理结果进行客观分析，才能从中摘录出建筑结构设计重点，并就设计方案进行分解处理，确保每一施工环节的设计方案更具细节化，以此确保设计方案与施工方案之间的匹配度。应用概念设计方式进行建筑结构的抗震设计时，要求设计师综合考量地震来临时的各种状况，随后开展相应的地震模拟试验，并结合实验模拟的结果，去搜索更具参考性和实用性的建筑设计可用数据，经过对各类数据信息做严格计算和处理后，就可得出建筑设计中抗震性能更强的建筑结构设计方案。

2 建筑抗震概念设计的原则探讨

2.1 整体性原则

建筑结构抗震设计时必须严格遵守建筑的整体性设计原则，以此提升建筑结构的冗余度[2]。此外，在设计工作中，绝不可仅是将目光集中在眼前，而是应该在建筑中设计多道抗震防线，避免出现“过分关注抗震设计而忽视其他施工设计原则”的情况，最终为建筑结构的抗震性能优化提供设计支持。

2.2 合理性原则

建筑结构设计的抗震性能提升，应该严格遵守“合理性”设计原则，并围绕此站在建筑物的整体布局层面做好设计考量，实现建筑布局与建筑结构双向设计重点的合理性，最终为建筑结构的侧拉力以及稳定性提升起到促进作用。

2.3 竖向规则性

经过相关调查研究显示，当地震发生时，建筑结构所需要承受的外力相对更大，一旦超出建筑物承受极限，建筑物就会出现不同程度地变形问题。此类问题的形成，很大程度上源自于建筑当初设计时并未遵守竖向规则的原则，致使建筑出现应力变化不规律的情况[3]。同时，建筑结构设计缺乏竖向规则性的支持，建筑强度也会因此降低，且刚性标准会低于建筑抗震标准，轻则建筑出现轻度扭曲变形情况，重则直接造成建筑物危险系数升高。由此可见，抗震概念设计中，建筑结构设计必须遵守竖向规则性原则完成设计工作。

3 建筑抗震概念设计的应用

3.1 结构方案选择

建筑抗震设计中，结构设计是整个建筑活动中的重要构成环节，同时结构方案的合理性也是直接影响建筑结构质量及合理性的重要因素[4]。为此，工程设计中进行结构方案选择时，应该重点做好如下工作内容。

（1）做好设计前期的准备工作，并调派相关人员进入施工现场进行地质、地形以及气候等条件的勘察工作，以此为建筑结构设计提供支持，确保建筑结构设计的可靠性。

（2）由于建筑结构设计对于建筑综合质量具有重要影响，因此在进行外部施工因素的把控时，必须投入必要的管理精力，并就各项因素做好精准性辨别工作，促使其为结构设计的精准性提升起到一定的助推效用[5]。

（3）地震区的建筑平面应该优先选择方形、圆形或是矩形，次一级可以选择正六边或正八边、扇形等[6]。与上述建筑结构形状相比，U 形、十字形或是三角形等结构，对于建筑的抗震结构性能提升价值有限，因此，在进行抗震概念设计的过程中应该尽量规避。

（4）抗震概念设计中，设计人员需要重点结合建筑设计需求，去选择配套的设计标准，才能以此确保建筑设计成果满足建筑抗震需求。整体来讲，进行建筑抗震设计方案的选择时，一定要综合多方面因素进行抗震设计分析，并为后续的建筑使用安全提供支持。

3.2 隔振设计

隔振设计时需要在建筑结构的基础以及上部结构两个部位中间设计隔振层，促使两者在建筑整体结构上呈隔离状态，一旦发生地震，可以有效阻隔地震能量的传播，以此促进建筑的抗震能力提升，并将地震能量对于建筑主体结构的伤害能量降至最低[7]。另外，在建筑隔振设计时，需要重点做好隔振装置的设计，要求其必须具备较强的竖向承载能力以及强度性能，提升其初始刚度，并以此控制地震作用力对于建筑水平位移的不良影响。地震发生时，隔振装置应用后，可以通过自行调节的方式，逐步与场地震动周期特征趋于一致，以此将地震能量消耗或吸收，最终降低地震带来的损害。

3.3 平面设计

应该注重参考建筑结构的整体部署现状，以此强化对于结构整体扭转度的把控工作，并预防其出现薄弱连接类问题，借以提升建筑抗震平面设计效果。因此设计之时，可以将结构抗震缝布设在建筑的局部位置，促使建筑的结构能够随之得到细化，由原本一整个抗震主体转变为多个抗震单元[8]。与此同时，结合建筑结构的具体平面结构调查数据可了解到，当建筑结构的施工层数越高，其所需要承担的风压也会随之加大，因此在进行建筑结构的外形设计时，应该尽量选择“流线型”，且对“流线型”检测和计算之后能够发现，流线中的圆面建筑，其所需要承受的风载荷相对于方形或是三角形而言更低，且流线中的各个平面刚度参数也比较接近。同时，在进行抗震概念结构设计时，应该做好抗侧力构件的设计，分别布设在建筑体周边，目的在于以此促进建筑结构的抗侧刚度增长。

3.4 竖向设计

推进建筑结构的抗侧力构件设计工作时，需要严格遵守建筑结构竖向刚度均匀分布的规律。

建筑抗侧力设计时，为了提升建筑结构抗震稳定性，应该先行分析建筑结构的竖向刚度分布特点，随后结合节点需求进行建筑竖向设计，其间需按照从上至下的原则完成建筑抗震的竖向设计。为了能够更好地预防建筑结构方案出现水平承载力突然降低的情况，设计师应该将精力投放在建筑结构的竖向设计方向上，以此提升建筑结构的抗震抵抗力。此过程中，可以在抗震概念设计流程中融合“刚柔并济”原则，目的主要体现在两方面，一方面是为了满足部分建筑结构构件提升强度的需求，另一方面则是为了满足建筑结构构件需要削弱硬度的设计需求。为提升建筑结构竖向的抗震概念设计质量，可以可直接利用束筒设计方案去提升建筑结构的刚度，并以此将建筑的消能减震效果提升，参考现阶段大部分的建筑，尤其是高层建筑，其在进行建筑结构处理时，应该积极针对现有的设计理念做好创新，例如可借助新式斜拉索结构设计模式设计出稳定且安全的空间环境[9]。由此可见，充分在建筑结构竖向设计中融入概念设计理念，对于建筑的设计方案完善具有十分显著的促进作用，还可进一步提高建筑设计方案的科学合理性。

3.5 设置多道抗震防线

对于建筑物来讲，如果其单一结构体系仅设计一道防线，一旦遭遇地震灾害，很容易导致建筑物形成倒塌类破坏，如果地震期间建筑的自身周期与地震卓越周期不断接近，将会在一定程度上加快建筑的倒塌速度，加大地震对于建筑的危害。为了避免此类问题出现，建筑概念结构设计阶段，设计师可以为建筑设计多道抗震防线，将多道防线作为建筑抗侧力提升的物理支持。其中，首道防线受地震影响损坏后，后续的二、三道防线抗侧力构件会按次序生效，用以抵抗由地震灾害所带来的地震动冲击，以此确保建筑物在最低限度内的抗震能力，提升建筑地震阶段的安全性能，避免出现倒塌类问题。一般而言，当建筑结构的基本周期与地震卓越周期越趋于一致时，那么抗震设计时所配置的多道防线有效性则越突出，原理是当建筑的自身周期与地震卓越周期接近时，多道抗震防线的设计可以短时间内调整建筑结构的振动周期出现大幅度变化，从而将建筑与地震的卓越周期错位安排开，避免出现建筑共振情况，最终降低建筑的破坏。

例如，某建筑的地理位置处于地震区，该建筑的地面楼层共计24 层，建筑高为89m，设计方案中显示，建筑选用了钢筋混凝土芯筒作为主要材料，以此提升建筑的抗风性能和抗震性能。在芯筒之中，分别设置了4 个小芯筒，24 层楼的每一层楼板位置，主要以钢筋混凝土作为4 个小芯筒的连系梁，借助超出常规截面的设计方案，确保4 个小芯筒为一个完成的建筑大筒，提升建筑结构稳定性，具体如图1 所示。

3.6 建筑点选择

进行建筑场地的确认时，想要提升抗震性能，首先需要做好的工作，就是勘察建筑场地条件，选择最有利于结构抗震的地理施工点，并在设计中主动远离不利于建筑抗震设计的地段。一般而言，不利于抗震性能提升的地段，主要集中在易发生崩塌、地裂、泥石流等地段，包括场地内存在溶洞、地下煤矿采空区等，对于部分已经测出Ⅷ级烈度的震中烈度数据的位置，其也不利于建筑结构抗震，因此也不宜选择此地段建造建筑。

应用抗震概念设计进行建筑结构设计时，应该做好建筑场地的调查工作，尽量选择具备高密实度、高硬度特征的场地条件开展相应的设计工作。当调查发现是存在软弱土或是断层破碎带明显的土地场所，则应该尽量避免作为建筑主体结构施工点，以此预防建筑结构因地震出现坍塌等危险。

例如，某地现场的地表土为冲填土，且经过调查发现，地表下存在较多的淤泥或淤泥质土，地下水的水位相对较高。建设于此地的住宅楼，在地震来临前已经出现了沉降问题，沉降数据测量发现已达到200mm，地震发生后沉降量突然加大至350mm。虽然该住宅楼的建筑点距离地震灾害区域较远，但受地震影响也出现了比较严重的房屋倾斜问题，且伴随着房屋四周地面隆起的建筑使用安全问题，具体如图2 所示。

4 结语

综上所述，建筑结构设计工作开展中，抗震概念设计工作的展开，能够在极大程度上为建筑使用安全性能提升起到促进作用。一方面，抗震概念设计中需要做好结构方案的选择工作，随后就建筑平面以及竖向做好相应的结构抗震设计，且有时在隔振设计方面也需要投放一定的抗震概念设计精力，如此才能真正为建筑抗震设计质量优化提供支持，为建筑使用安全提升奠定基础。