建筑结构设计中的抗震结构设计

陈少杰 方苏婷

1.浙江华洲国际设计工程顾问有限公司 浙江 杭州 310000

2.天尚设计集团有限公司 浙江 杭州 310000

在经济飞速发展的今天，我国对于房屋建筑结构的抗震性能提出了更高的要求，尤其底层墙体为甚，或某边纵向无墙房屋建筑等。如下层是车库或商铺等房屋建筑，这类建筑具有同样的特征，也就是要求底层有更大的利用空间，需大量开孔，造成了纵向抗侧刚度的非均匀分布，与此同时，水平方向的抗侧刚度亦存在这种现象。

1 进行抗震结构设计之目的

建筑结构抗震设计研究，它的目标有三：首先，要保证建筑物受到小地震影响不发生破坏、开裂等现象，且能够维持建筑物正常工作；另一种是中等强度地震时，建筑物略有破损，且修复后不影响建筑物结构；强烈地震后，建筑物一定要稳定，为了保证周边环境及人员安全。所以在进行建筑设计的时候，对建筑物抗震加固要科学对待，并且根据现有数据，开展了区域地震灾害评价工作，测定了它们的抗震性能，进行了结构布置，增强抗震效果，维护结构稳定安全。目前结构设计，结构抗震设计日益受到关注，直接关系到施工质量，关系到工作人员人身安全[1]。尤其在一些地震多发地区，以确保建筑的安全性，提高设计水平势在必行。将围绕结构抗震设计展开深入分析探讨，文中还详尽地说明了它所遵循的原则及设计思想。

2 抗震设计时应遵循哪些基本原则

2.1 将抗震设计与建筑设计完全融合在一起

对建筑项目来说，以建筑设计为基本框架参考。一般情况下，建筑工程还没有动工，就要搞好建筑设计。此外在施工期间，要全面搞好地质工作、环境和其他预测工作，依据预测内容，进行预防。在建筑设计时，尤其应注意设计是否合理，有效，为了确保后期施工工作能够更好地进行，所以，将抗震设计与建筑设计完全结合起来是非常必要的，这是抗震设计中最重要的一环，要把它搞好，才能确保建筑抗震性能的有效改善。假定在建筑物的设计中，未完全融合抗震理念等，仅用固件简单加固一下建筑的外围，地震来临时，建筑物很容易坍塌；并且假定建筑建设前，便充分考虑了建筑在抗震性方面，做好各项应对措施，毫无疑问，它将极大地增加建筑物在地震作用下的性能，还能最大限度地减少地震造成的生命财产损失。

2.2 简化性原则

精简房屋建筑结构，对于增强建筑的抗震性能有很大的帮助。所以当我们把抗震设计纳入房屋建筑结构设计的时候，要尽量使建筑结构简单化，切忌设计太过繁杂。针对本课题所研究的底商房屋建筑，需留出充足活动空间，基于设计技术与性能提升的双重视角，提高建筑抗震性能。

2.3 整体性原则

进行抗震结构设计时，设计人员要从整体性出发，实施全面的分析和考虑，全面考虑建筑要求，对建筑结构的布局进行了合理的规划，并借此改进设计内容，对建筑结构的抗震性能进行优化，降低问题发生率。还要重视前期的实验，查明了地震灾害作用下不同级别结构所引起的变化特点，合理选用材料种类，提高结构抗震性。另外，设计时，力的传导性的特征需要被考虑，防止应力集中于某一点造成局部破损，影响建筑结构的质量，危及建筑安全性。抗震结构设计涉及到很多子结构类型，要加强抗震效果，有必要对组件和细节进行优化和加工，提升建筑安全等级。

3 抗震结构设计在建筑结构设计方面的意义

地震地质灾害对人民生命财产造成了严重的威胁，尽管随着科技水平的不断进步，人们可以合理地预测地震发生，科学地预防与控制地震，但还是给建筑带来了一些冲击。所以在进行建筑结构设计时，要处理好地基基础的结构，材料问题、在结构上作出了合理规划和加工，增强建筑物抗震能力，在地震中减少损失。建筑结构设计在建筑施工中占据着重要地位，其对象为建筑结构，材料、对施工工艺作出了科学规划，确保结构安全可靠等，还提供了施工方案，使得施工工作能够顺利开展[2]。建筑结构设计时，对结构进行抗震设计，就是要保证建筑在地震中安全，避免坍塌、损坏和其他严重问题，增加了居民居住安全性，减少不应有的损失。

4 建筑结构抗震设计中容易存在的问题

4.1 选择结构体系

建筑物的结构体系，是一个逐步开始受到关注的课题，正确地选择结构体系对地震发生具有重要意义。当前我国建筑结构多采用钢筋混凝土，因此，变形控制过程中，应充分考虑钢筋混凝土位移约束。但是刚框架系统在运行过程中同样难以提高大变形侧移度。这样的状况，既不利于抗震效果的改善，并且还增加了结构所受荷载力。从整体结构体系的角度考虑，结构转换层布置很重要，对于加强层及转换层的强度进行刚度强化，从某种程度上说，它将导致刚度凸显，由此增大了相邻柱构件之间剪力，因此，对结构模式应慎重地加以选择，规避负面作用。

4.2 高层建筑越来越多

在社会日益发展的今天，我国高层建筑逐步增加，但也有部分高层建筑高度超过国家要求，我们应该十分重视这类高层建筑的建设。首先，设计人员应切实开展调研，文中还以实际案例为依据，进行了理性论证。第二，还需要做几次模型试验。由于高层建筑高度已超出国家规定，因此，实际地震发生期间，地震作用力破坏力大大增加。随着建筑高度的不断提高，许多技术指标已超过合理限度，因此，地震将使其破坏程度大大加剧。

4.3 短柱与轴压比设定时出现的问题

许多高层建筑的建设过程当中，以确保控制柱轴压比，促使柱体截面变大，这一状况，即使使用高强度混凝土，也无法得到有效缓解。对柱轴压比进行约束的目的，就是要让柱子处于偏压情况，避免了出现屈服情况，继而导致混凝土的碾压，造成结构延性恶化，继而对建筑物抗震能力产生影响。

5 抗震结构设计在建筑结构设计方面的运用

5.1 不断更新设计理念

就建筑结构设计与抗震设计而言，主要以设计者为主，专业知识不足，无明确概念，很难把它和建筑的构造结合起来，地震发生后，出现了种种问题，危及建筑物及居民安全。所以设计者要不断地提高专业素质与职业素质，以及建筑业发展趋势，开展观念更新优化工作，提高重视建筑防震作用，并且采取了科学，有效的手段，为了确保建筑的安全性。由于建设项目的规模较大，工期较长、设计精确度较高，所以，设计人员在设计时，要全面地，全面地去思考，制定针对性设计方案等，为了更好的指导施工工作的开展[3]。

5.2 科学选址

地震发生在地壳板块剧烈运动，强烈碰撞，破坏性大，危险性高。故在工程设计中，合理地选择合适的工程地点减少震害是非常重要的。由于建筑物的地震破坏是由地质活动引起的，因此，可在一些地质条件相对较好的路段上修建。在震址选择中，第一，必须考虑两方面的问题：首先，可在地质条件比较优越的路段建设。该地质构造承载力强，不容易产生地震，滑坡和其他灾害。在建设中，能有效地改善结构刚性，增强承载能力，降低地震损失；此外，还应选择平坦开阔而又比较稳定的地形、地壳运动不是很剧烈、震级小区域，本实用新型能够降低结构设计难度，改善建筑抗震性能，增加建筑物安全系数。

5.3 确定设计指标

进行结构抗震设计时，设计者要实地考察，收集完整资料，制定设计指标，以达到理性，拟定合理抗震设计方案等，增强建筑抗震能力。在结构上设计应具有科学性、合理选取指标、指标合理，充分考虑了可能存在的问题和对结构造成的影响，使得结构承载力大，强度高、有效地增加了刚度。另外，设计指标选择方面，应充分考虑到国家现有规范，全面分析了地震作用下建筑物破坏程度，并用其完善结构抗震设计[4]。此外，从设计上来看，要树立全方面控制意识，从多个角度进行思考，注重设计合理性与可靠性。

5.4 提高抗震等级

进行结构抗震设计时，如果达不到规范的要求，会在后期使用过程中出现损伤，裂缝，位移。所以，设计中，要全面掌握建筑抗震等级，增强其抗震能力是否合理，减少了它出现的可能性。地震活动的主要原因是地壳的竖向移动，所以，抗震结构设计中，要全面把握地震地质构造特点及其活动规律，文中还结合现有数据进行了分析，科学地控制建筑物和周边环境，由此对于地震的频度、对地震等级的变化进行了预报，以期对抗震设计有所帮助。也是基于此，分析该地区地震活动趋势，以确保该区建设工程地质构造总体布局和一定范围内地震活动发展趋势，从而降低了它对区域建设项目初期设计的负面作用。

5.5 抗震防线的设计

合理布局防震防线等，既保证了建筑整体完整性，还可优化建筑物抗震性能，从而确保建筑物安全，稳定运行。没有大地震，要注意有效拓展横向抗震性，从而实现建筑物结构，改善抗震性能。通常有3条防御线，一以二为主，以为主、以控为主。由于在地震中，在主要防震线路损坏时，另两条防御线也有麻烦，所以一定要科学分析思考才能确保安全。

5.6 结构选型等

抗震设计时，合理地进行结构选择对增强抗震效果具有重要意义，所以，设计中一定要提高结构设计重视程度，为了提高设计整体效益。就建筑结构抗震设计和使用而言，应特别注意对结构进行合理抗震类型设计和选择。根据建筑特殊的功能需求及主体结构特征，进行了详细地设计和分析，主要表现为：立面的主体构造与建筑平面的主体构造。还要按现行规范与要求进行，确保结构安全，稳定，才能达到最佳抗震性能，切实提高建筑的品质，延长了它的使用寿命。

5.7 在设计中做好建筑空间的结构布置

合理布置建筑物的空间结构指的是做好建筑物的体型设计以及空间结构的设计，同时要兼顾建筑结构的立体设计，其中包括地基基础的埋深。因为整个建筑结构可以看做是一根锚固在地基当中的长棍，地震作用下主要考虑重心的偏心是否会导致整个建筑物倾倒，这就是地震的水平力所产生的力矩与锚固作用产生的反力矩之间大小的比较，如果重心产生的力矩较大，则建筑物就会倾倒，如果较小则相对稳定。做好建筑空间的设计与布置对于提高建筑结构的抗震能力有着不言而喻的作用，在布置空间结构的时候也需要注意一些问题。首先，在地震灾害发生的时候，建筑结构承担的力并不仅仅是一个水平的推力作用，建筑结构在空间中还会受到其他的力作用，比如地震冲击过程中各个方向针对建筑结构的作用力。所以在进行建筑结构设计的时候应当考虑到结构能够抵抗不同方向的力，保证建筑结构有足够的刚度、硬度与稳定性，能够抵抗地震产生的力[5]。所以，建筑结构在空间的刚度和强度越高，就越有利于抵抗地震力。其次，设计结构的时候应当注意使体型尽可能简单，避免设计异形结构的房屋。因为对称的房屋结构是最有利于抵抗地震作用的，这也通过很多案例进行了证实。在地震设计规范中详细说明了何为异形结构，在地震中异形结构扭转的可能性远远大于简单的方形建筑，而且在设计中也要注意尽量避免在房屋的四个转角部分设置窗户，这样会降低房屋四角对地震的抵抗力，使房屋结构的扭转可能性大大提高。设计人员应当在保證建筑结构的体型尽量简单的条件下，对重要构件进行计算，保证构件的承载能力、抗震能力能够满足相关设计的要求。最后，是要保证房屋结构的整体性，这就是说设计人员要在设计中保证房屋承重构件、次要承重构件以及围护结构彼此连接成一个整体。目前我国抗震能力较强的结构如框架结构、剪力墙结构都是采用梁板柱一体现浇，用钢筋连接，这样房屋的整体性大大提高，传统的结构采用预制板等搭接，在地震作用下容易开裂破坏[6]。当然地震设计还需要增加二次结构来保证建筑的安全，如框架结构和砌体结构中的构造柱，圈梁，墙体拉筋等等措施，都能有效的减少地震作用下的墙体开裂、倒塌，增强结构的整体性，增大整个结构的安全系数。因此设计人员必须熟悉抗震设计规范中基本的抗震构造措施，对于不同的抗震设防烈度，采用不同的抗震构造措施，以保证大震不倒中震可修小震不坏的设计理念。

5.8 做好结构参数的选择与计算

要做好建筑结构的设计工作，尤其是抗震设计工作，需要对建筑结构的参数进行选择，如果参数的选择错误，会对建筑结构的抗震性能造成很大的影响，因此在设计之前，设计人员就应当对建筑结构的设计参数进行科学选择，不能够确定的参数通过鉴定勘测机构对现场进行确定。在模拟地震灾害所建立的模型当中进行计算与分析，甚至可以按照比例建造建筑物的模型，并在振动台上模拟地震作用进行试验，找到建筑结构抗震的薄弱点，进行计算与加强，从而保证建筑结构在地震中的受力合理与科学性。

6 结论

以加强结构安全和稳定性，对结构加强抗震设计势在必行，根据现行规范及建筑的特点，对结构抗震性进行了科学规划与加工，增强结构刚度，强度和承载能力，实现科学选型和选址，确保结构安全，降低地震带来的损失与威胁等，在提升建筑质量的前提下，为人民群众打造一个安全、舒适居住环境。与此同时，优化结构抗震设计是推动整个建筑业可持续发展不可忽视的要素，这一点应引起有关方面的重视和探讨。