建筑結構抗震設計方法淺析

（福建農業職業技術學院，福建 福州 350001）

1 抗震設計原則

抗震設計理念在建筑設計過程中尤為重要。在抗震結構設計要綜合多方面因素全面考量，相關建筑設計人員要全面掌握基于抗震結構原理與建筑材料性能，在此基礎上利用相關方面的理論知識對建筑結構進行綜合設計,以此確保抗震性能良好。在建筑抗震設計中,需要遵循以下原則:

1.1 規整性原則：

在結構設計初步階段，建筑設計人員需先計算建筑物的力學性能，而其中最重要的就是結構的抗側力。結構抗側力體系合理，可以使建筑結構受力更均勻，完整性更高，從而建筑物的穩定性更良好。另外，在建筑物構件的設計中，強度變化要均勻。在此基礎上，結構設計人員就要保證在設計中盡量實現建筑物造型平面立面對稱。更值得一提的是，建筑物所在地區的震級是抗震性能設計中要遵循的大原則，所以,建筑結構的抗震設計要整體考量，保持建筑物外觀規整，確保建筑物在地震等次生災害面前有較強的抗震性能。

1.2 剛度原則：

地震來臨時，建筑物受到各個方向上面的力的作用，合理的剛度可以確保證建筑結構滿足抗震要求。如果建筑物剛度不符合要求,抗震性能不足以抵擋地震外力作用，建筑會受到嚴重的損壞。但如果剛度特別高，韌性不夠，會造成建筑在受到不均勻外力發生斷裂。這樣，建筑物結構會面臨更大的失穩風險，因而結構設計師在設計工作中要綜合考量，真正做到建筑構件剛柔結合。使得建筑物在地震力的作用下減少脆性破壞從而瞬間坍塌。通過相關設計工作的研究發現，抗側力構件的合理使用也可以提高建筑物的穩定性。因而，需在規范的設計標準之外，提高抗側力結構的選用的優化。

1.3 科學性原則：

建筑物抗震效果很大程度取決于結構抗震設計，建筑物抗震設計必須要遵守科學性和合理性，才能使建筑物抗震性能既經濟又可靠，這樣才能最終實現抗震最終目標：小震不壞，中震可修，大震不倒。建筑物結構宜簡單規整，如果過于復雜，則荷載分布不均勻并且集中荷載相對較大，地震會對建筑結構造成更大破壞。所以，建筑物在進行平面設計時，要盡量剛度、質量分布較均勻，從而提高建筑物的抗震效果。在結構設計時，要考量建筑物的鞭梢效應。建筑物超出屋面的高度不宜過高，要滿足設計規范要求。如果不可避免平面不規則現象，則要著重計算離建筑物剛心較遠處剪力墻的設計計算。

2 建筑結構抗震設計重點

在建筑結構的最初設計階段,要格外注意項目所在地區的工程地質情況，要從施工地區的實際情況出發，正確選擇建筑結構的抗震體系設計，從而確保建筑結構的穩定性和安全性。根據建筑結構所采取的結構類型可以得知,結構設計最初時應注意以下幾點要求:首先，建筑物在抗震結構設計的最初階段，應先考慮整體，從整體出發確保各個構件抗震能力都能滿足設計規范要求,防止因個別構件抗震能力不滿足要求而導致整體建筑物抗震能力不足，從而使建筑物的安全性和穩定性失去保證。從建筑結構抗震設計的重點就是,保證內部構件的承受壓力情況滿足設計規范，使建筑物內部各個部件的功能都滿足設計要求。這樣條件下，當建筑物遭受地震作用時，如果部分構件收到破壞而無法繼續工作,剩余的結構構件仍然可以抵抗地震作用下的超強地震力,從而減少地震對建筑物安全性能的損傷。

2.1 做好建筑抗震場地的選擇

地震災害的過程最直接的影響就是地表位置相對錯動，地質結構、土質不同的工程，所面臨的地震影響大小也不盡相同。相關技術人員在抗震設計最初時，要結合地勘報告謹慎選擇抗震場地，盡量避免選取抗震不利地段，盡量避免軟土地帶。若地震選取不當，會增大建筑物坍塌風險。若別無他法無法避讓，要選取針對性的技術措施提高建筑物剛度和穩定性，并做好地基加固工作，降低地震對建筑物的破壞。

2.2 抗震結構材料的選擇要求

建筑結構抗震設計在材料上的選擇需要綜合考慮選建筑成本、結構剛度、延性、強度等因素。常用建筑結構的抗震設計要求為:（1）為滿足抗震設計的要求，砌體結構需要按照規范規定設置保持結構穩定的圈梁與構造柱;（2）鋼筋混凝土結構要對抗震結構構件的截面尺寸有合理的選擇，并且保證相應的配筋率,不能少筋多筋。使結構發生的剪切破壞與脆性破壞； （3）大跨度結構下選擇預應力混凝土構件應嚴格規范要求進行計算，并按計算結果配置預應力鋼筋。

在建筑物主體結構設計中，最重要的材料就是鋼筋混凝土。為了滿足質量要求，必須保證這兩種材料在選取上滿足相應的設計規范。

2.2.1 鋼筋

鋼筋混凝土結構中，應該遵循鋼筋自身的性能來選取鋼筋的型號和強度等級，縱向受力鋼筋選擇型號HRB400 或者HRB500；在受力構件比如而梁、柱、斜撐中，縱向受力鋼筋選用HRBF400 或者HRBF500；若需要選取預應力鋼筋，宜選高強度鋼絞線或預應力螺紋鋼筋。HRB 系列中的普通熱軋帶肋鋼筋延性良好、可焊接性強、機械連接性能牢固，可以使鋼筋混凝土結構結構主體的強度增強，所以被廣泛采用。而且，為了滿足建筑物抗倒塌設計規范要求，鋼筋強度標準值的保證率不得低于95%的保證率。不管是普通鋼筋和預應力鋼筋，其抗拉強與抗壓強度設計值均應滿足現行國家規范標準的規定要求。更值得一提的是，如果鋼筋混凝土結構中配置多種多種類型的鋼筋時，不同鋼筋均必須采用各自負荷現行規范的強度設計值。

2.2.2 混凝土

在鋼筋混凝土結構主體設計中，應當用正方體抗壓強度標準值確定混凝土抗壓強度；建筑物結構的混凝土，強度等級不得低于C15，如果建筑結構所選取的鋼筋其強度等級全部≥400MPa 時，那么所選取的混凝土的強度等級不得低于C25。更值得一提的是，鋼筋混凝土結構中如有構件承受重中荷載，則選取的混凝土強度等級不得低于C30。

2.3 耐久性

建筑結構的耐久性非常重要，其直接直接影響建筑物的使用壽命，所以建筑物材料的選擇必須滿足建筑物耐久性設計要求。而耐久性設計也是鋼筋混凝土結構結構主體設計的不可或缺的一個環節，設計要點如下:鋼筋混凝土結構必須嚴格參照建筑物設計使用年限，進行耐久性設計，并將建筑物正常使用年限作為控制指標，這樣可以在一定程度上防止因主體材料隨時間劣化而引起主體性能減弱。而環境類別在耐久性設計中也非常重要，主要其是結構耐久性的核心外在原則。南北方差異顯著，在嚴寒地區凍融循環現象廣泛存在，所以要充分考慮其在耐久性設計中的影響。而結構主體中構件設計時，都要有相應的耐久性技術措施。比如預應力筋，應當適當的增加保護層厚度。如果有外露的錨固端，則必須進行封錨處理。更值得一提的是，嚴寒地區的混凝土結構必須滿足結構抗凍要求，如建筑物處于二類和三類環境當中，裸露的金屬部位必須進行防銹處理。

2.3 抗震結構方案體系的選擇要求

相關設計工作者在建筑物結構的方案體系設計會尤為的謹慎。首先，不能單純的追逐抗震性能的優良而不考慮建筑物的整體功能和全局，也不能因為個別局部的結構構件而影響對建筑物整體性能。其次，要選擇合理的地震波來模擬地震發生時的傳力途徑進行分析，豎直結構的垂直方向重力可以使橫向壓應力穩定。要保證其豎向構件有著清晰的傳力途經，保證其屬相構件的承載力和穩定性。最后，在設計工作中要剛柔結合，控制建筑物相應的剛度強度以保證建筑物整體抗震設計要求。

2.4 抗震設計中建筑結構計算參數的選擇

建筑抗震設計中結構的相關參數的選擇與核對，是深入建筑設計的核心環節，也是最重要的一個環節。在設計過程中要對建筑物有一個基本情況真實的評估，具體問題具體分析，選擇合理的荷載并加以說明，保證軟件計算的科學性。現在通常采用的是PKPM 及ETABS 軟件結合迷你地震波，進行數據收集和模型分析，最終根據計算結果來驗證結構設計抗震性能是否達到規范要求，最終確定模型是否具有安全與穩定性。

3 提升建筑結構抗震性能的新型方法

在地震烈度較高的地區，結構設計師在選擇建筑材料和結構體系上會格外的謹慎。在我國，高層建筑和超高層建筑主要應用三種結構體系，分別是框筒結構、筒中簡結構、框架支撐結構。上個世紀80年代，磚混結構在我國應用非常廣泛，隨著社會經濟的不斷進步，鋼筋混凝土結構逐漸替代了磚混結構，但這兩種結構不適合應用在超高層建筑上，而且在大震作用下，無法抵抗。在我國高層建筑結構中，結構設計師設計多采用框架-核心筒體系，這種結構體系經濟合理，不僅用鋼量相對節省，而且梁柱截面斷相對較小節省材料，所以被建設單位甲方所廣泛采用。

近些年，結構設計師采用延性較高的設計，隨著社會經濟的不斷進步，耗能減震技術逐漸運用在高層建筑中，在設計時采用高延性結構構件，適度結構的剛度，在地震發生時，可以使結構構件進人高延性的塑性狀態，大量的吸收地震能量，從而減少對建筑物有害的地震反應，削弱地震的破壞。延性構件在大震時可以吸收較多的地震能量，并且自身可承受較大的結構變形，因此這種結構體系的應用越來越廣泛。2000年以后，人們對隔震支座（圖3-1）的應用進行了大量廣泛和深入的研究，從而減小地震反應對建筑物重要構件的破壞。隔震體系中最常用的基礎隔震和層間隔震如圖3-2、3-3 所示。所示其中隔震支座以基礎隔震應用最為廣泛。隔震原理示意圖如圖3-4所示。

圖3-1 隔震支座

圖3-2 基礎隔震橫向構造

圖3-3 層間隔震示意圖

圖3-4 隔震原理示意

4 結語

隨著社會經濟不斷進步，土木行業蓬勃發展，我們更要注意的就是地震對建筑物帶來的影響，要不斷降低地震對建筑物的破壞，也就意味著我們要加強建筑物抗震設計，逐步提高建筑物的抗震性能，本文立足于建筑結構的抗震結構設計原則,以期抗震設計方面提供相應理論支持。