建筑工程结构抗震设计探讨

文／高利亚、叶秀斌 张家口市塞洋建筑设计有限公司 河北张家口 075000

引言：

目前，随着国民生活品质的不断提升，对建筑工程结构的要求和标准也在提升。对于现代建筑而言，应当加强对建筑结构稳固性和安全性的重视，采取合理有效的措施，进一步提高建筑结构抗震设计水平，从而降低外界因素对建筑结构的影响。

1.现代建筑结构抗震设计的重要作用

现如今，建筑结构抗震性设计的重要性日益显著。在现代建筑中，尤其是在进行建筑结构设计的过程中，需要加强对建筑抗震性能的重视，提高建筑质量。众所周知，地震灾害的破坏性极强，一旦发生地震，会对建筑造成非常负面的影响。例如，“512”汶川大地震，不仅导致大面积的坍塌，也造成了严重的伤亡，对社会的进步和发展造成了极大的影响，也给成千上万的家庭带来了巨大的悲痛。因此，要确保现代建筑结构抗震性能，并提高建筑结构的稳固性，采取合理有效的措施及手段，降低地震灾害所带来的负面影响。同时，在现代建筑结构设计的过程中，应当从全局的角度出发，加强对建筑工程各类因素的分析和研究，制定出合理有效的设计方案，保证现代建筑结构抗震设计质量符合当前工程建设要求，为人们提供稳定且安全的生活场所。对于建筑工程而言，强化建筑结构抗震性能，提高建筑的稳固性对于社会稳定与进步有着非常重要的作用。在现代建筑设计与建设的过程中，通过专业化的技术和手段，能够在很大程度上提高建筑结构质量，并保证建筑内部结构的稳固与可靠，充分发挥出现代建筑抗震设计的重要作用，促进建筑行业的可持续发展[1]。

2.建筑结构优化设计需要遵循的基本原则

2.1 经济型原则

伴随着我国建筑领域发展进程不断加快，工程结构设计呈现出扩大的发展趋势，表明建筑的投资金额不断增加，引发施工企业金融风险的概率不断加大。现阶段，我国建筑主要是采用招投标的方式筹集资金，因此建筑施工企业的经济成本投入较大，容易造成成本造价失控的风险。因此，在建筑结构优化设计过程中，设计人员要重视这一特点，基于企业以及工程的实际情况，提升施工企业的经济效益，保证建筑的经济价值。施工设计人员在保证工程整体结构设计稳定的基础上适当的简化其他设计，从根本上控制建筑成本支出，为建筑的稳定开展提供经济保障。

2.2 安全性原则

在我国建筑施工中，将安全施工放在首位，保证建筑结构设计的安全性，为施工人员的生命安全提供质量保证。在以往的结构设计中，设计人员没有明确结构设计的重点，在具体的设计过程中过分注重建筑的结构设计的外观的美感度，没有将结构的安全性放在首位，导致建筑的安全性有待提升。针对该种情况，建筑优化设计人员在开展工作的过程中应当充分注重建筑结构的稳定性，从而使得建筑整体的安全性得到有效提升。

2.3 美观性原则

近年来，人们对建筑的外形设计的要求逐渐提升，在保证整体结构质量安全的同时，提升工程的美观性。在建筑结构优化设计工作中，施工设计人员要对建筑业主的需求进行信息采集，包括对建筑外形的要求，结合当前建筑市场的发展趋势，整合信息，构建科学和理性的建筑结构设计方案，保证外形设计以及结构稳定性满足社会以及业主的要求。

3.建筑结构设计中存在的问题

3.1 建筑结构选择问题

建筑结构选择问题主要表现在建筑结构形式比较复杂。由于建筑物结构涉及的内容较多，过于复杂的设计会降低建筑结构的抗震性能。而且，结构的复杂化，使设计人员在设计时需要考虑的抗震因素较多，往往会忽略重要的隔震减震结构。此外，规范也会影响建筑结构的选择，国家和地方标准规定了一系列针对抗震设计的规范，这些规范要求某些类型的建筑应采取特定的抗震措施，但不同规范之间存在差异，并且一些规范对于隔震减震设计并未提供明确的指导，这给建筑结构选择带来一定困难。

3.2 支座问题

在建筑结构设计中，剪力墙深受隔震减震支座的影响，因此，建筑的剪力墙应秉承分散原则，不可在隔震减震支座附近集中布置剪力墙，避免剪力墙的倾覆力增大。此外，部分建筑的隔震减震支座过于集中，对支座的抗震性能造成很大影响，抗震效果下降。因此，需要对建筑的结构受力数值进行计算，在建筑受力数值较大区域安装隔震减震支座，增强建筑的隔震减震效果。

4.建筑工程结构抗震设计探讨

4.1 合理选材和优化结构设计

在建筑面前，在结构方案设计过程中，选材常常是一个至关重要的因素。唯有确保选材得当，才能使建筑自身抗震能力大大提高。在选材时，应持有适当性原则，在控制造价的同时，使建筑取得最佳抗震能力。选用建筑材料时，材料参数要清楚。确保物料自身具有一定的抗震性能，要针对材料参数进行研究，不能只注重材料自身的承载力，最大限度的保证建筑能够抵御地震灾害的发生。在选材过程中，要与建筑延性的要求相结合，设计与施工时，充分地考虑了施工的各种要素。如选用轻质墙体材料，减轻建筑整体质量，以此减少地震作用，提高抗震能力。如选用高强度混凝土和高强度钢材，在降低钢材用量的同时，可较大提高梁柱节点抗震性能，并且节点更易于施工，对现浇结构有一定的质量保证。故合理选材，优化结构设计，可使建筑抗震设计进一步优化[2]。

4.2 提高抗震结构设计方案的可行性，选择合适的建筑材料

通常情况下，建筑结构设计方案直接关系到了现代建筑工程的抗震性能，也影响到了整个工程建设质量。因此，设计工作人员需要结合实际情况，编制科学化、现代化和标准化的抗震结构设计方案，提高方案的可行性和专业性。在进行设计之前，需要明确建筑工程抗震目标，确保在建筑遭受外力的作用下，能够正常发挥出抗震性能，并保证其稳固性。目前，在建筑工程结构设计的过程中，多是采用分层次设计的方式，针对现代建筑结构的承重力进行有效调整，并加强对荷载效应的优化，在最大程度上提高建筑结构抗震性能。在此过程中，需要及时把握好施工现场的具体情况，并就各类数据进行记录与分析，及时明确现代建筑的抗震点，保证建筑整体的抗震性能。另外，为了能够加强现代建筑结构抗震性能，提高其稳固性，需要对建筑材料进行合理选择和利用。在选择建筑材料的时候，首要考量的内容是其防震性能，保证建筑材料能够有效维护建筑工程的整体稳定性。同时，还要选择承载能力和抗弯能力较强的建筑材料，从而提高建筑综合抗震性能。

4.3 进行适当的选址

建筑周围场地环境状况、地基和其他因素都与建筑物安全密切相关。所以当建筑场地选址时，开展地震灾害与环境的评估工作是至关重要的。特别是对建筑场地有泥石流、滑坡及位于地震断裂带上的环境情况，选址时应重点加以规避。若选址时确实不能避免湿陷性、液化性等特殊的土壤土层，包括软弱下卧层，需要事先根据地基处理技术规程有关要求，合理加固设计地基。此外，就建筑地下土层分布，厚度、种类、性状及其他情况必须勘探清楚，完成不同阶段的建筑地质勘查报告。在出具详细施工设计图纸前，必须有详细地勘报告作为设计依据。有详细、完整、准确的勘察资料作为保障，建筑结构基础选型才能精确合理，才能做到更精确的沉降计算，建筑整体抗变形能力才能从根上有所保障。

4.4 严格控制扭转效应

通常情况下，地震后，建筑水平方向、竖直方向均能触发更强的力，建筑内部同样存在扭转作用力。建筑也正由于经受着来自几个方向上的力，实际破坏程度是极其严重的，比如，倒塌，倾斜。地震的发生是突发性的、偶然性等特征，人很难事先预知，不稳定的因素很多。因此在抗震结构的设计中，设计人员需十分重视扭转效应的影响，严格加以控制。《建筑混凝土结构技术规程》明确规定了在考虑偶然偏心影响地震作用下楼层竖向构件的位移比与周期比要求，并指出不能使用特别不规则的结构类型。在建筑结构方案阶段，结构设计人员应通过计算机建立结构模型，模拟地震工况，进行整体计算分析，严格按规范要求控制单体周期比小于0.9，控制位移比小于1.5 甚至小于1.2。通过调整建筑结构构件布置，避免不规则结构，合理调整周期比与位移比参数，严格控制建筑扭转效应，杜绝不合理结构布置方案，最大程度预防地震破坏。

4.5 合理的基础设计

建筑的基础设计应该考虑地震作用造成的影响，通过合理的基础设计减小地震对建筑物的破坏。建筑基础设计的目的是通过增强地基的稳定性和承载能力，以保证建筑物在地震作用下的稳定性和安全性。为了实现这一目标，基础设计应根据地震烈度、地基条件、建筑物的结构形式和荷载等因素进行合理的选取和设计。例如在地震烈度较高的地区，应该采用较深的基础，以提高基础的承载能力和稳定性。此外，建筑的基础设计应充分考虑土层的性质和特点，避免基础承载层过软或者过硬的问题。对于土壤较软的地区，可以采用灌注桩等加固措施提高基础的承载能力[3]。

4.6 切实增强建筑结构设计人员的安全意识以及设计水平

对于土木建筑工程项目实际设计质量产生影响的因素丰富多样。在具体设计工作中，需要设计人员结合自身的专业知识和能力，对多方面问题进行精细化的考虑以及分析，统筹分析不同的内容，并且针对其中的设计问题进行精确的判断，做出更加科学合理的解释。要针对建筑结构设计中的问题进行妥善的解决，就需要切实增强设计人员的质量安全意识以及提升设计人员的设计能力，作为建筑结构设计的工作人员，在实际工作中要始终保持学习的习惯，要努力提高自身的技术水平，锻炼自身的能力，增长自身的学识，也需要在实践工作中灵活应用所学知识开展相应的工作，从而与时俱进，不断地创新和优化设计的理念。另外，还需要土木建筑工程项目的设计单位重视对工作人员的培训和教育，努力为他们创造相对来说更多的学习和进修机会，例如可以组织设计人员到国外或者是更高级别的地方开展研究学习活动，让设计人员的视野得到拓宽，经验得到丰富。最后还需要重视建筑结构设计工作人员的思想道德意识培养，使其在实际工作中严格要求自己，规范自己的设计行为，并不断提高职业道德水平，把控好设计质量和效果，防范于未然[4]。

4.7 选择更加先进的土木建筑结构设计方法

在建筑结构设计过程中，可以使用现代化的信息技术方法使设计工作人员实现对信息的交流和共享，让设计工作的整体质量水平得到相应的提升，此外也可以使用计算机设计软件完成土木建筑结构的设计任务。例如可以使用计算机工具对设计人员想象出的一系列问题进行具体化处理，使这些问题的实践性水平得到提升，可以使用离散化有限元的理论，对建筑结构设计中存疑的位置进行具体的处理，使最终呈现出的设计结果的可塑性更高、精准性更强。但当前在土木建筑工程结构设计软件的研发过程中存在研发动力不强的现象，尤其在与国外相比较过程中，其中有较大的差距，因此需要我国在建筑结构设计软件的开发方面投入更多的精力和关注，使相关软件的功能更加完善，呈现出更好的效果。

4.8 设计阶段优化控制

建筑设计阶段控制成本是具有效的方法，在设计之初应从大方案出发，避免出现平面、竖向不规则的建筑。选用适用、经济、美观的建筑方案可以节约较多的成本，同时也是对后期成本控制非常有效。在后期施工图阶段，首先应制定技术措施。例如，在荷载选取时，应从实际出发，不能随意加大规范荷载。例如，有的设计人员理论知识不扎实，在计算基础底面积时，将消防车荷载作为一个工况直接叠加，这显然是不合适的，在计算基础底面积时可以不计入消防车荷载，这样可以节约基础建造成本。另外，也有在构件计算时，经常将裂缝和挠度计算荷载工况应用错误，混凝土现浇构件在裂缝和挠度计算时荷载组合应使用准永久组合，有些错误使用为基本组合和标准组合，导致构件截面增加较多，对建造成本也增加。其次在计算时，也要弄清楚计算参数的正确选择，现在设计大多数都采用电算，前期参数输入非常重要，每个参数都有适合的条件，例如在嵌固层确定时，应选用等效剪切刚度计算；带转换层的高层建筑刚度计算时，对转换层所在位置不同所选用计算方法也不同，转换在一层时应采用剪切刚度；在2 层时应采用地震剪力与层间位移比计算方法；在3 层时应采用剪弯刚度，如果计算方法取错会导致后边计算结果差异很大，不但不经济，还会导致不安全隐患，以上举例只是其中一部分，在设计的全过程都应该严谨，工程技术人员也应加强学习理论知识，这样才能应用好规范和软件为设计服务，才能做到有效地控制成本、优化设计。

4.9 精细图纸设计，提高设计经济性

在具体结构设计流程中，务必需进一步精细化处理图纸，而且不论是任何一个设计细节，都要做到详细说明，这样相关施工人员才能更好地理解相关设计内容。若在设计过程中，没有做好细化处理工作，那么就会导致施工人员未能充分理解，导致一些错误认识的情况，进而引发后续施工问题。所以，结构设计人员必须要详细说明每一项设计内容。在具体结构设计过程中，相关设计人员还要将经济性考虑在内，虽然在现实中标准图可以让设计速度进一步加快，但是整体的计算缺乏精确性，导致设计准确性大打折扣，在后续施工过程中，就会增加成本，不利于企业长效持久发展。

4.10 提高结构设计的安全性

顾名思义，一个土木工程能否实现可靠运行，根本性取决因素就是具体结构设计的安全性，而要想提高安全性，就要在设计方面加大力度。在施工前期阶段，相关设计人员要以土木工程的实际情况为依据，开展科学全面的设计，在具体设计工作进展的过程中，如果发现了具体设计问题，或者是某一处设计未能贴合实际，应采取切实有效的方法，解决具体问题。在对土木工程结构图纸进行设计的过程中，设计人员应与施工人员进行密切的沟通和交流，这样才能全方位地了解整体施工情况，针对一些施工人员的建议和提议，进行及时的采纳，站在多个角度上，来考虑结构设计安全问题，根本性保证设计安全性。

4.11 隔震建筑中设备专业需采取的措施

隔震建筑不仅需从结构设计角度合理布置隔震支座，满足结构位移、偏心率等要求，同时应与设备专业紧密配合，采取合理的构造措施保证隔震建筑在地震中确保设备管线等不被破坏。在2022 年泸定6.8 级地震中，甘孜州燕子沟镇某学校的行政楼，虽然采用了减隔震组合技术，但由于设备专业在设计时未充分考虑隔震措施，在地震时隔震的主楼产生了较大的水平位移，导致与非隔震的配楼之间连接的大量设备管线被拉断、水管破裂，影响了震后的正常使用功能。在确保主体结构在地震时应安全的同时，需保证震后建筑正常使用功能不受影响，对穿越隔震层的管线应采用相应处理措施：电线在隔震层处留足多余的长度。上下水管、消防管穿越隔震层处应设置柔性段，采用立管的方式，应能保证发生规定的位移。当管道穿越隔震支座标高时，应保证管道及附件与结构的最小距离不小于300mm，当管道有法兰、阀件、支吊架等附属物时，间距按附属物外边缘计算。供回水管道、防排烟风管穿越隔震层时，采用柔性连接或其他有效措施适应隔震层在罕遇地震作用下对水平位移的要求。当利用结构钢筋作避雷线时，应在隔震支座的上下连接板之间用铜丝联接，当专设避雷线时，应在隔震层处留足多余的长度。

结语：

总之，随着我国城市建设的迅速发展和人民生活水平的提高，住房是人类社会生活的重要组成部分，的质量直接关系到人民的生命和财产的安全。一位优秀的建筑师，应加强对建筑结构抗震技术的研究，不断地思考、总结、创新，并对其进行深入、系统的理论研究。为了使建筑师在建筑抗震设计中更好地发挥其应有的作用，必须建立起合理、可靠的抗震设计理论与方法，同时保障成本的控制，做好工程造价的预算编制，提升建筑企业的效益，保障建筑结构的安全。