刍议建筑结构设计中的抗震理念设计

唐华东

（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

0 引言

目前我国建筑行业的发展突飞猛进，这要求建筑结构抗震设计要更严谨、规范。作为整个项目工程的基础环节，结构设计也渐渐显露出一些问题，行业也迎来了新的挑战。在整个建筑行业，能够借助解决建筑结构设计与项目实际施工过程中的矛盾来进行一定调和，在一定程度上能够保证项目的推进进度和质量水平。在设计人员进行抗震设计工作的过程中，必须实现考虑好结构设计程序，严格遵照国家相应的规范和科学要求来合理设计执行每个工作步骤。必须严格遵照保护环境、经济发展、安全美观等基本原则，确保设计阶段能够科学高效的进行。近几年，自然灾害频繁发生，最严重的自然灾害就是地震和水灾了，这些灾难给人们的身体安全和财产安全带来了极大的威胁，使经济发展受到了阻碍。因此，建筑工程在设计的过程中，要结合建筑结构做好相关的抗震设计，提升建筑结构的稳定性和安全性，才能有效的达到抗震效果，进而提升建筑质量，保障人身和财产的安全性，实现建筑行业可持续发展目标。建筑结构设计如图1 所示。

图1 建筑结构设计

1 建筑结构抗震设计的必要性

地震是现在自然灾害中频发的灾害，其损害程度很强，严重威胁人们的生命安全和财产安全。正因如此，在高层建筑中，地震构造总是备受关注。确保建筑抗震结构设计质量和建筑结构安全，是现在建筑设计工作中的重中之重。由于楼层越高，结构的抗震设计就越是困难，其结构的受力计算也就变得很不稳定，而且在发生地震时，这种不确定因素就会被激发出来。对于建筑物的地震反应有很多方面的需求，例如，建材的组合，材质的特性，以及部件的组合与延伸。对于房屋的脆弱部位，也要采用强度较高的材质和较强的抗震构造。另外，也要考虑到不同的防震建筑，要用更好的材料来加固。正如在框架与剪力墙组合的结构中，必须要有足够的耐震能力，而且需要更好地调节其剪力墙与框架，或是增加地震作用。从本质上来说，由于对地震产生的年代和破坏机制的认识不够透彻，而且有些建筑在建造的时候会受到气候的影响，在进行地震仿真的时候会出现偏差，所以在进行地震仿真的时候，会出现大量的不完整的资料，这就给高层建筑带来了巨大的危险。最重要的是，在对高层建筑进行抗震结构的设计时，标准和要求是非常高的，建筑设计中，设计师们一定要充分考虑到现有的地震灾害多发情况，在结构上严格要求进行设计，并且要因地制宜对抗震的设计进行多种多样的更新，对建筑进行安全性、稳定性加强，以便更加安全和可靠，达到抗震功能，促进经济的发展，有效推进了城市的发展[1]。汶川地震建筑震害如图2 所示。

图2 汶川地震建筑震害

2 抗震结构设计的原则

在建筑设计的过程中，应将承载力和稳定性作为重要内容考虑在内，也就是对构件刚性和柔性之间转化和转移的考验。在钢筋混凝土剪力墙结构中，窗下墙体通常会出现水平或者斜向裂缝；螺旋支架配置在混凝土柱中时，层间位移角较大时，基础混凝土仍完好，钢柱抗力强，但当一层有长柱和短柱时，短柱子损坏比较严重。采用框架结构时，下层楼板为开放式框架空间，下层砖墙也受到严重破坏，采用钢筋混凝土柱板结构体系时，柱基被穿孔破坏，由于楼板或楼板横向位移大，导致各楼层楼板倒塌。遵循强柱弱梁、强节点弱构件等结构构架基本准则，对建筑物的薄弱位置进行抗震能力设计。这是一栋高层建筑最基本的设计思路和必要功能。

在高层建筑中，主要采用框架或框架抗震墙结构，钢筋混凝土框架结构的内柱容易发生剪切破坏。如果高层建筑采用抗震墙结构，破坏程度会比较小；如果采用下框架结构，会严重损坏下加强筋。因此，在设计抗震结构时不仅需要考虑建筑整体的构状，还需要考虑抗震各种结构的清晰明了。在对抗震防线进行设计时，应与设计延性相结合，为实现抗震设计就需要延性较好的构件来进行合作，要多布设抗震防线，以此来预防余震的发生。注意构件间的弱强关系。因为高层建筑的基础与低层建筑相比，其基础结构有所削弱，所以保证建筑直立要求后，也要满足这个建筑的防侧移要求，使得在设计时考虑更多的规则性和均匀性。在地震时能够抵抗震动，把刚体与挠性的结构紧密的融合起来，从而达到适度的缓冲地震的能力[2]。框架的破坏形式如图3 所示。

图3 框架的破坏形式

3 结构抗震设计

结合结构抗震设计工作发现，存在相当一部分设计人员难以实时掌握新规范、新标准和新要求，自主学习能力差，总习惯使用原有或者已经废止的规范要求，这显然也会直接影响他们进行结构抗震设计时的思路，甚至是使设计不合标准，这实际上对于项目的质量也有直接的影响。建筑的抗震设计不仅要求设计者有高水平的理论，还需要丰富的实践经验和建筑安全的意识，通过抗震分析，确保高层建筑的安全，符合抗震设计要求。

3.1 建筑结构抗震体系的合理选择

在建筑物的结构设计中，如何正确地选取结构的地震系统，是进行地震反应时必须认真研究的问题。另外，房屋的抗震设计方案的选取也是影响其安全、经济的一个关键问题。在建筑物的结构系统里面，必须有清晰的、精确的震动路线。建筑抗震结构设计的最终目的是要运用到实践当中，是需要指导项目的实施与推进，因此要求具体、简单与灵活。在考虑整体之后，还必须依靠机构清晰的原则，这样才能在这个庞大的设计体系里面维持各种构件的功能性，对机构之间的功能有一个良好的连接，遇到问题时能够迅速知道问题出在哪里，保证了建筑抗震的便携性和有效性。能够结合实际需要进行及时有效的调整，然后选择相类似且更佳的方案[3]。确定的传递路线，确保各部件在结构的抗震加固中能够高效的衔接与承重。在此基础上，要尽量保证构件在垂直方向上的受力，尽量减少垂直不连续性的发生。

3.2 结构变形的控制

对于高层建筑的总抗震能力，结构变形对抗震能力有直接影响。当地震发生时，建筑物在横向振动的影响下侧向移动，导致建筑物的结构变形和破坏。因此，在结构抗震设计时，要考虑到结构在地震作用下的局部破坏和变形，从而使结构免受到较大的破坏。在研究建筑结构的性质时要做好工作，然后有针对性地采取加固措施，尽量减少建筑结构在地震影响下的变形。需要注意负载的适当值。在设计多层建筑物时，使用独立的基座可以消除通用基础主要承重部分中的弱粘性土层，从而使其成为典型的多层建筑物，高度不超过35m，无须计算基础的抗震性。但是，对于不在地震区或属于低层建筑物的多层建筑物，需要确保输入风荷载。其次，建筑结构周期性折减系数，计算的地震剪切力较小，因此，我们要求要缩短计算过程中的周期。最后，若使用下部剪切法进行计算，要求多层建筑具有更均匀的刚度，要对结构塑性变形的情况予以考量[4]。结构变形如图4 所示。

图4 结构变形

3.3 增强结构强度与刚性设计

经验表明，中间层的横向偏移角是评估多层建筑损坏程度的一个非常重要的指标，这也是为什么国家对这里有明确规定的原因。建筑物的构造系统必须具有足够的刚性和强度，并且具有良好的刚性布局和均匀的布局。在考虑刚性和稳定性问题时，第一就是要思考构成整体建筑的构件之间是否能有效在地震中减缓地震的能量，并且本身的结构不发生破坏和改变。必须采取一定的措施来控制结构的横向移动，通常是通过减少柱间距和框架桁架间距，引入抗弯和剪力双侧向力的系统，安装刚性把手、台阶和更换垂直支撑[5]。将部件转换为三维部件，围栏结构涉及抗震，倾斜立面的使用，机身的扭转，双曲线圆柱体的使用，增加房屋的有效宽度以控制横向运动。在建筑物的结构设计中，应对其进行加固，并采用适当的加固方法，以达到合理的强度与刚性，从而达到整体的刚度均衡，从而增强建筑物的整体地震性能。

3.4 合理选择建筑的材料

我国钢铁工业规模较大，钢结构加工制造能力在世界上也名列前茅。在规划高层建筑的抗震结构时，应慎重考虑建筑材料的选择。为了确保建筑的材料良好，且结构具备合理性，在确定建筑选材时，应该首先考虑到建筑的防震性能，使其能够维持建筑的整体稳定性，为了分析建筑材料的参数，特别是其抗震参数，不能只考虑材料的承载能力而忽略材料的其他参数，抗震设计必须保证建筑材料满足承载能力要求[6]。在进行选材时，要考虑到不同地区的实际需求，选择具有更高承载能力以及抗弯能力的材料类型，在建筑的纵向支撑结构中，通过运用更高承载能力的支撑材料，可以确保建筑物具有更好的抗震效果，在进行结构设计时，可以应用三角结构来替代传统的框架结构，从而提升综合抗震效果。

3.5 建筑结构抗震设计图标记清楚

设计人员在进行图纸设计的过程中，必须要秉承着严格认真的工作态度，不能有丝毫的马虎大意。在设计过程中，工作人员必须进行事先检查，并对项目施工过程中存在的一些细节与信息进行必要的标记与关注，图纸信息标注要清晰有效便于查找，而实际施工过程中，要求严格遵照设计人员的设计图纸来推进项目的实施，因此，如果设计出的图纸当中相关的数据信息含糊不清或者标记不明，会直接影响到整个项目的实施与推进。图纸的设计也需要工作人员进行多次检查与验证。

4 结语

简而言之，受整个社会经济发展的变化与影响，人们的需求也在不断地调整和变化，为了满足社会日益增长的人口需要，建筑物的结构在抗震设计方面也开始进行相应的调整，逐渐呈现出多样化的设计特点，因此，对我们相关的设计人员提出了新的时代要求，设计人员要有高度的责任感，并在实践过程中不断提升自身的工作能力与综合素质，使自己能够在工作过程中改正建筑物抗震结构设计中的不足，确保施工的稳定性与连贯性。