淺析建筑結構抗震優化設計

【摘要】本文概述了建筑結構抗震設計的內容、目標及現狀，闡述了高層建筑抗震設計的必要性，對建筑結構抗震優化設計的方法進行了詳細分析，以供參考。

【關鍵詞】建筑工程；結構設計；抗震優化設計

隨著科學技術的發展，以及人們對建筑物審美、功能性要求的逐漸提高都促使建筑物在高度、安全性、功能性方面有著顯著提升。其中，建筑結構抗震性設計對工程建設安全性提升起到了關鍵性作用。

1、建筑結構抗震設計的概述

在建筑結構設計中，抗震設計的主要內容是設計人員通過以往地震中建筑倒塌的數量、情況等進行總結，并在此基礎上結合當下的設計理念、建筑地的實際情況來進行趨于完善的抗震結構設計，使建筑能夠抵抗一定等級的地震災害。

抗震設計的目標是為了保證人們的財產、生命安全等，為其提供更加穩定安全的生活環境。因此，設計人員在應當充分考慮地震的主要作用力，以便站在全局的角度完成抗震參數的設計，使建筑結構的外形、結構、構件質量等都能夠提高建筑的質量，以完成抗震目標。

目前，建筑結構設計中抗震設計發展的較為迅速，但是其中也存在著一定的問題影響著抗震設計的發展。如：①抗震觀念不強。部分設計人員在對建筑設計的過程中忽略了抗震性能的重要性，而只注重建筑的使用性能，在發生地震災害的時候，建筑的問題才會暴露出來，但是卻為時已晚，對人們的安全造成嚴重威脅。②結構設計不合理。在很多外力因素的影響下，導致抗震結構設計的不合理現象發生，不僅浪費了人力，同時也延長了工期。從上述情況來看，雖然很多建筑結構設計人員意識到了建筑抗震設計的重要性，但是并沒有站在實際角度進行綜合考慮，因此，需要從多方面加強建筑結構的抗震設計。

2、高層建筑抗震設計的必要性

高層建筑抗震設計對建筑安全有著重要的影響，因此抗震設計如何使建筑物更加穩固是目前必須要加強的研究工作。隨著近些年地震災害的危害，結構工程師逐漸對建筑抗震設計更加重視，其中工程結構宏觀的“概念設計”遠比“數值設計”抗震效果明顯的多。建筑結構概念設計的提出是以建筑物宏觀整體為基礎，并根據其內部結構系統整體進行方案的實施，同時對細部構造以及材料進行合理使用，以此來達到建筑結構設計應有的效果。

建筑結構設計過程中對于結構體系、構件延性、剛度分布要在宏觀上進行鑒別、選擇和處理，對高層建筑抗震設計中的薄弱環節要通過適當計算及構造進行消除。建筑結構設計工程師要充分運用自身敏捷的思維能力和判斷能力對建筑結構設計基本問題進行確定，并延伸至設計的各個環節中。對建筑結構抗震特點、振動中的結構受力特性等進行充分的理解和分析，對關鍵問題重點對待，科學合理地進行結構設計。

3、建筑結構抗震優化設計的方法

3.1能力設計法

受到地震作用的超靜定性結構會出現延性破壞，基于此進行建筑結構抗震能力設計法的應用可以在保證滿足抗震要求的同時實現經濟性。能力設計法的本質是將控制理念與結構抗震設計相結合，加強應對結構破壞機制的能力。能力設計法對結構抗震性能與能力有著較好的控制力，使建筑抗震設計難度大大降低。

3.2基于損傷與能量設計方法

建筑結構抗震優化設計中，從能量角度出發進行抗震設計的進行，主要是考慮到建筑結構承受地震影響時能夠更好地承受其破壞能量，并將能量以有效的形式傳導入建筑結構內部以進行分化消散。在發生地震時，建筑結構非彈性變形超過自身非彈性變形時，其建筑結構會受到一定程度的損傷，在建筑結構抗震設計過程中要將能量理念與非彈性變形相結合研究，對結構構件損傷納入研究范圍以最終提高建筑結構抗震能力。

3.3基于位移設計方法，降低地震影響力輸入

地震過程中，由于地震強度的不同建筑物會進行不同程度的位移，以結構位移為參照基礎的結構設計方法能夠在滿足結構設計要求的同時有效控制建筑物位移情況。建筑抗震結構位移設計方法的應用，能夠有效滿足各種預定性能的目標要求。基于位移的設計方法應用能夠使地震強度與結構自身形成關聯性，并在地震時做出相應的反應，降低地震影響力輸入。

基于位移的結構抗震方法，設計時要對設計方案進行綜合定量分析，首先要保證建筑結構在收到地震影響時產生的形變在接受范圍內。設計時要針對地震影響力情況確定位移限值和變形值，要研究透徹建筑構件變形與位移的關聯。同時，在確定建筑構件構造時要考慮建筑界面應變分布情況的影響。根據位移設計方法，有效降低地震影響力輸入，保證建筑結構安全性。

3.4加強抗震結構設計

建筑建設選擇的結構一般包括三種，即框-筒、筒-中筒以及框架-支撐體系，現在逐漸有更多的鋼鐵結構被應用到建筑工程中。基于現狀盡量選擇鋼骨混凝土結構、鋼結構以及鋼管混凝土結構等，可以有效減小柱斷面尺寸，對提高結構抗震性能具有重要意義。對于建筑結構抗震設計，需要從傳統硬性為主的抗震模式逐漸向柔性為主的抗震模式轉變，降低地震產生的影響力。另外，在確定抗震結構后，還需要做好對建筑材料的選擇，應根據施工需要對建筑材料性能進行全面分析，綜合考慮承載力、延性以及強度等方面要求。

3.5增加抗震防線

通過增加抗震防線，在第一道防線遭到破壞后，還可以通過其他防線降低地震沖擊力對建筑結構造成的影響，可以有效提高建筑抗震性能，例如可以選擇用多個肢節與壁式框架的“框架剪力墻”結構來提高結構抗震性能。在框架剪力墻結構中，以剪力墻作為第一道抗震防線，因此為有效提高抗震性能應設置足夠多的剪力墻。減小地震能量的輸入和設置消能減震構件。強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。

結語：

綜上所述，在不可抗力的地震災害面前，雖然無法做到有效的規避，但是可以通過加強建筑結構設計中的抗震設計來提高建筑的穩定性。設計人員應當重視高層住宅建筑結構的抗震優化設計，保證建筑具有良好的抗震性能以及安全性。

參考文獻：

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[2]李小華.建筑結構設計中的抗震設計分析[J].城市建設理論研究（電子版），2016（19）：35～36.

作者簡介：

梁如，江蘇中意達建筑設計有限公司，江蘇連云港。