論述建筑結構設計中的抗震設計

曾鐵軍

引言

隨著我國經濟社會的不斷發展，城市人口密度也在不斷的增加，人和財富都集中在一個區域，如果發生地震災害，造成的損失巨大。為了能更好的維持現有的和諧穩定的居住環境，如何做好地震災害的防范成為人們關注的焦點。地震是一種自然災害，現階段的預測結果還不是很準確。為此，人們對于居住房屋的防震性能的要求不斷提高，在進行建筑設計的同時融入抗震設計，才能更好的提高房屋的抗震性能，確保建筑的穩固使用。

1 地震的危害及抗震概述

1.1 地震的危害

地震災害是一種破壞性較大的自然災害之一，威脅著人們的生命財產安全，會使建筑物發生劇烈震動，極大的破壞了建筑結構，甚至會使建筑物倒塌。近些年發生的較為嚴重的地震災害有：唐山大地震、汶川地震等。據統計，我國在20世紀，就有約50萬人死于地震災害，在同期全世界因地震災害死亡人數的50%。面對這些沉痛的歷史教訓，在災難事前規避損失，是全體人民的心聲。

1.2 抗震設計的理論

抗震設計理論按照時間的發展可以分為以下三方面：①擬靜力理論，其是20世紀初發展起來的，其在進行地震估計時，假定結構為剛性，在結構的質量中心上作用地震力，結構的重量乘以地震系數（一個比例常數）為地震力的大小。②反應譜理論，其是20世紀中期發展起來的，隨著對地震規律了解的增多，一些學者通過研究結構動力反應，在其基礎上分析震動加速度記錄。③動力理論，其是20世紀后期發展起來的，隨著試驗技術和電子計算機技術的發展，在地震的研究中引入以上技術，可以深入到地震結構的內部研究，了解地震后地殼的受損結構，將建筑物比作多自由度體系，從而完成抗震設計工作。

1.3 抗震設計的要求

抗震設計遵循的要求是：①選擇“尋常”場地，保證場地的平坦性，不能設置在山丘、滑坡和軟土上，場地立面應勻稱、規則。②為了最大程度上確保建筑的穩固性，利用樓層、相關構建的延展性設置多個防線。③在設計的過程中充分考慮周邊環境對建筑抗震結構的影響。

2 建筑抗震設計中存在的問題

2.1 建筑位置不合理

隨著城市的發展，農村人口陸續涌入城市，城市用地不斷擴張的同時，可用土地面積不斷減少。開發商在選擇建筑位置的時候，更多的是考慮所見建筑物的商業價值。尤其是對于高層建筑的選擇，應該選擇具有平坦性和開闊性的位置，而且應避開軟弱土層，土體應堅實，應避開容易發生滑坡、泥石流、地陷等山體自然災害區段，或者地震活躍段以及變電站、火電廠等危險場所。

2.2 部分建筑物高度超限

針對鋼筋混凝土結構的建筑物，我國有明確的高度限制，但是部分開發商為了追求利潤，并沒有嚴格執行這一規定，超高建筑仍然存在。一旦發生地震，這些不符合規定的建筑就會缺乏抵抗力，強烈地震后會產生變形，大大削減其抗震能力，在之后的使用過程中，剛度等力學特征會發生變化，需要通過重新檢測，確定其力學特征值。

2.3 選材不科學

對于地震頻發區的建筑，其選材應需要合理搭配，當前，我國的建筑結構普遍為鋼筋混凝土核心筒，此類結構發生彎曲變形或側移時，所產生的作用力超過了鋼框架的承受能力，在增加建筑鋼結構荷載負擔的同時，也會使得建筑物的抗震性能減弱。

3 抗震設計方法

3.1 合理選擇的建筑結構形式

當前建筑的主要結構形式有框架剪刀墻結構、整體承載式鋼結構、磚混結構、鋼結構以及框架結構，以上結構都具備抗震性能，建筑物具體的抗震效果要與其結構形式和高度決定。框架結構與磚混結構共同使用，可以提高建筑的抗震性，原因是磚混結構是由容易破碎的建筑材料砌成，抗震性能較差，而框架結構采用鋼結構、框架剪刀墻和承載式輕鋼結構，抗震性能強。據統計，歐美等發達國家65%左右的建筑物采用鋼結構。首選鋼結構的優勢在于，鋼結構易于施工、生產，具有可重復利用和很好的環保性能，關鍵是具有很好的抗震防災功能。鋼結構材質具有很好的抗拉、抗剪、抗壓和延展性，使用壽命長，已經得到了廣泛的應用。目前，臺灣已經明令要求多層住宅建筑要使用鋼結構建筑，北京地區的鋼結構建筑模式也成為建筑潮流，國家大劇院工程就是使用的全鋼結構建筑模式，圖1為建筑鋼結構模式。

圖1 建筑鋼結構示意圖

3.2 合理選擇建筑場地與環境與設計建筑物的抗震等級

建筑物的抗震性會受到建筑的地形和地理位置的影響，在建筑地理位置的選擇上，應避免一些抗震不利的地形，河岸滑坡、斷層錯動、地層陷落的地形堅決不能選。因此，在建筑選址前，首先要對所在地的地形、地質進行勘查，進行全面的掌握。

在確定選址后，根據地形與地質條件，確定建筑物的抗震等級，建筑物的抗震等級受建筑物類型、建筑物抗震強度和所在場地的影響。一般情況下，可將抗震等級分為四類（甲、乙、丙、丁類），其中一般住宅與寫字樓分為丙類，抗震設防烈度為Ⅶ度，在建筑結構設計中，運用相應的計算系數進行計算可得，同時還要相關部門進行審核批準和備案的。

3.3 設置多道抗震防線，注重各種防震措施的使用

在建筑抗震設計中，應多設置幾道抗震防線，在強震當中，第一道抗震防線破壞后，還有第二道、第三道、第四道抗震防線，繼續抵擋發生的地震沖擊力，最大程度保證建筑物的安全性和穩定性，避免建筑物發生坍塌。純框架結構應首選“強柱弱梁”型結構，該結構兩道防線，一道是梁，第二道是柱。

為提升建筑結構的抗震性能，設計人員可采用基礎性防震措施，在不同的位置采用不同的防震措施。基礎隔震技術設計在建筑上部結構及基礎位置接觸處，避免建筑上部受過大的地震能，常見的基礎抗震裝置有基底滑移隔震、夾層橡膠隔震混合隔震裝置等，該技術可再次削減地震所產生的震力，吸收地震產生的沖擊余力，避免建筑結構受到較大的破壞。

3.4 確定抗震結構體系

一個建筑結構設計方案是否合理，決定了建筑的安全性與經濟性，建筑結構體系中明確了合理的地震作用傳遞途徑，設置多道抗震防線，應避免因部分結構出現破壞影響到整個結構的抗震性。建筑結構體系具有必要的承重能力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力。在進行建筑結構體系選擇時，應首先考慮建筑物的場地條件以及建筑物所應達到的剛度要求，為了避免地震時產生共振，還要保持場地的自振周期和建筑物的一致；其次要選擇合理的建筑基礎，建筑基礎深度應足夠，建筑層數較多的住宅需設置地下室，軟弱地基選擇箱形基礎或筏片基礎。

3.5 做好建筑的空間設計

建筑的空間設計與布置就是指建筑的立體空間和結構平面的設計，空間布置設計的合理性和科學性，可以使建筑工程結構更加穩定。在地震出現后，由于地面運動會出現一定的應力，所以在進行建筑工程結構設計時，為確保建筑可承受多方面的作用力，建筑的平面主軸方向應具有較高的強度、剛度和穩定性，確保建筑結構可以抵抗地震災害帶來的沖擊力。在建設結構設計中，盡量的簡化建筑結構，原因是隨著建筑結構的復雜程度的攀升，需要使用更多的維持力量，容易降低建筑物的穩定性。在實際設計中，只有簡化建筑結構，才能避免建筑穩定性受影響。建筑結構設計應注重結構的整體性，設計人員需從建筑工程結構整體抗震角度進行設計，另外還要注重從建筑樓蓋結構、底層結構和內部結構有機結合的展開設計，在處理建筑結構連接時，要使傳導結構更具合理性和有效性，避免單一結構抵抗性力弱的缺點，保證整體建筑結構可以抵抗地震災害所帶來的沖擊力。

3.6 科學配置建筑構件，保證建筑構件以及連接點處質量

隔震構件具有較大的垂直支承能力，在大變形時也能夠確實支承建筑物的質量，采用直徑小的疊層橡膠時，應可以支撐建筑物的質量，一般疊層橡膠最大變形發生時重疊部分不得小于直徑的一半尺寸。在進行建筑結構抗震設計時，除了要科學配置建筑構件，還應確保各個構建之間連接點處的質量要求，確保連接牢固，避免由于連接松動而影響到建筑使用壽命。當前建筑的外墻會使用裝飾材料，例如瓷磚、大理石，雖然表面看起來，這些裝飾材料是與外墻相連，其是否能和建筑主體結構牢固連接對建筑的抗震性能也有影響。近些年在地震事故中的玻璃雨現象，就是在地震作用下玻璃幕墻出現變形導致玻璃破碎而發生的。因此，一定要確保建筑中各構件及連接處質量，防止在地震中玻璃幕墻變形與脫落。另外在對內隔墻、玻璃隔斷等構件展開設計時，也要確保連接點的質量，使其牢固連接，保障建筑結構的抗震性能。

4 結束語

綜上所述，地震嚴重威脅著人們的生命和財產安全。做好建筑結構設計中的抗震設計十分必要。隨著研究得不斷深入，抗震理論的總結不斷全面。在經歷了一次次的地震災害后，研究人員通過分析地震數據，不斷加強對地震設計的總結，成立專門的研究協會，旨在研究出更為安全的抗震設計。在建筑結構抗震設計中，設計師根據建筑的實際情況，采用合理的設計方法，可以有效的提高建筑的抗震性能，保障人們的生命和財產的安全。

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