建筑結構設計中的抗震設計分析

霍健棠

（廣東省建工設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

在建筑抗震設計中，要想提升建筑的安全性，就需增強建筑物的穩定性。建筑的抗震設計與人們的財產、人身安全有著非常密切的聯系。為此，只有提升建筑的抗震性能，才能有效達到抗震效果，進而提升建筑質量，保障人身和財產的安全性，促進建筑行業可持續發展。建筑工程結構抗震性是衡量建筑工程安全性的重要標志。在實際建筑設計中，確保建筑結構抗震設計質量和建筑結構安全，是現在建筑設計工作中的重中之重。

1 建筑結構抗震設計的必要性

隨著我國社會經濟的不斷發展，建筑工程也由此得到了飛速的發展，這種大背景下，建筑設計中，要充分考慮到現有的災害多發情況，對建筑進行安全性、穩定性的加強，以達到抗震功能。地震是現在自然災害中頻發的災害，其損害程度很強，嚴重的威脅人們的人生安全和財產損失。由于經濟的發展，有效推進了城市的發展，由此大量的人口流入城市，使得建筑在城市的發展中不斷地拔地而起。在建筑設計中，應充分的考慮地震災害中地面運動給建筑結構帶來的影響，計算相應地震等級帶給建筑結構的主要作用力以完成建筑結構的抗震參數設計工作，使得其外形、結構、構件等都可以提升建筑工程安全性和穩定性，使建筑工程在地震災害的作用下仍然能夠擁有正常使用的功能，或者保證建筑工程在地震災害的作用下只會受到輕微程度的結構損壞，不會對建筑內部的空間結構和穩定性造成影響[1]。抗震設計步驟如圖1所示。

2 建筑結構抗震設計中遵循的基本原則

在建筑設計的過程中，應將承載力和穩定性作為重要內容考慮在內。遵循強柱弱梁、強節點弱構件的基本準則，對建筑物的薄弱位置進行抗震能力設計。在對抗震構件進行設計時，應與構件的延性設計相結合，為實現抗震設計就需要延性較好的構件來進行合作，要多布設抗震防線，以此來預防余震的發生。注意構件間的強弱關系，如果構件出現較強部位的情況下，則必定存在其薄弱的地方，強弱兩者間必須正確處理[2]。

3 影響因素

3.1 高度

根據我國相關規定，不僅對鋼筋混凝土建筑的高度有一定的要求外，還要將結構地震后損壞情況規定在合理的范圍內。當地震災難發生后，較高層的建筑物就會受到形變，結構受到嚴重的破壞，變形也是很大的。因為，建筑物的高度，直接影響到一些參數，導致參數超出規范要求，其中就包含可抗震性能、安全等級、結構抗力等選擇。在這些因素發生相應的變化后，就使得高層建筑抗震性能大大降低[3]。

3.2 基礎

基礎是建筑物建成的部分，對建筑物而言是非常重要的。如果在選址的時候，選到了不好的地基，就會直接影響到建筑物的抗震能力。例如，如果將基礎選在軟弱沖積土層較厚的場地，就會使得地基不穩，導致高層建筑受破壞程度加大。其主要原因就是地基土液化導致基礎發生不均勻的沉降，使得建筑物上端結構收到很大的影響，更有甚者會導致建筑物整體傾斜[4]。因此，在選擇建筑物基礎持力層的時候，應認真了解地勘報告中的土層參數，最好選擇在密實均勻的硬土土層上，或者可以選擇在開闊堅硬的土地上。值得注意的是，在選址的過程中切記不應選在離河岸較近的位置，不宜跨在兩類的土壤上。要避開斷層、滑坡等危險地段。地段劃分如表1所示。

表1 地段劃分情況

3.3 材料及結構

在建筑設計的過程中，建筑的抗震設計也是非常重要的。在設計時，應注重材料的選擇和結構體系的合理性，因為，建筑結構的不同，使其抗震設計的重點也不相同。例如，鋼筋混凝土框架結構，其結構的特點就是鋼筋混凝土框架結構的平面內柱上端會遭到剪切破壞，且窗下墻會對窗洞的位置外墻框架產生約束，出現短柱形、剪切型的破壞。底框結構的建筑如果在設計的過程中，底層的剛度不足就會使得建筑受到嚴重的影響，房屋結構選擇鋼筋混凝土框架結構體系，如果底層設計為敞開式框架，并且未砌磚墻，則對底層的破壞也會很嚴重[5]。鋼筋作為材料的混凝土結構如圖2所示。

圖2 鋼筋作為材料的混凝土結構

3.4 抗震設防烈度

當前，在建筑結構設計中相對較低的就是抗震設防了。建筑抗震設計在延伸的方面所設定的標準是非常嚴格的，比如梁柱的承載力的匹配和配筋率等數據。現在，隨著社會不斷的發展，如果出現結構失效的問題，就會大大加深社會經濟的損失，最后導致整個項目的結構造價降低。因此可以彈性設計設防烈度下的抗震。值得一提的是，在對其進行抗震設計時，應符合相關規定，并且要根據“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則進行設計規劃。抗震措施如表2所示。

表2 抗震措施

4 建筑結構抗震設計

4.1 結構位移抗震設計

在地震災難發生時，建筑物會發生位移，因此在對建筑進行設計時，應根據結構采用多種設計方法，在現代建筑結構的抗震設計中，有3種方法可以使用在內。①能力普法。②按延性系數設計方法。③直接在位移的結構上進行設計方法。現在這3種方式廣泛運用在結構位移的抗震設計中。這中間的直接位移法和控制延性法是根據位移目標進行結構設計的，而另一種能力普法是一種位移的驗算方法[6]。但無論哪一種，只要可以防止地震產生建筑物形變，就是可以積極推廣使用的。

4.2 結構的抗震性能設計

在建筑設計的過程中，考慮結構的抗震性能設計理論是最后發展起來的建筑抗震設計方法，結構的抗震性能設計因為研究的比較晚，所以這種方法在運用的不是很廣泛。結構的抗震性能設計現被運用在建筑的設計中，只有在設計中廣泛使用并研究此種方法才能讓結構的抗震性能設計被大眾接受。

4.3 設計科學合理的結構參數

在建筑抗震設計中，為了使建筑物的每一個構件進行運算，就要使用計算的方法來對地震響應和地震，另外，還要計算出每一個墻柱梁板的承載力和變形，以此來提高抗震效果。

實際情況下，以建筑構造為基礎，將較為確切的計算模型建設在其上面，并且根據本身概念的設計對其進行合理化的處理。當地震災害發生時，一些較為復雜的結構會發生變形，而這時就應對內力及變形進行計算分析，可以使用兩種計算力學，此外計算軟件不同于人為的計算，在計算的過程中使用的理論包含剪摩理論和助拉應力，將這兩準理論而分別應用在磚砌體和磚塊結構兩種情況下使用。除此之外，將這些參數計算出來后進行分析，在確認其數據合理無誤后，才可以將其運用在結構抗震設計中去。剪摩理論如圖3所示。

圖3 剪摩理論

4.4 規劃設計合理的結構

在建筑抗震設計的過程中，合理的規劃建筑結構是尤為重要的。一般而言，主要是針對建筑的體型、空間進行設計規劃，此外，還應考慮到建筑的空間結構及地基的堅固性，根據這些規范進行規劃設計。當地震發生時間，在地震的作用力下，會與建筑物產生一個力，使其產生一個比較，如若中心力較大，就會直接導致建筑物的傾斜或倒塌。相反的，如果中心力較小，就會增加建筑的抗震性。在空間布局的過程中，需要注意的重點有很多。在地震發生時，導致建筑物發生變形情況的推力不僅是地震產生的力，更多情況下及建筑空間多產生力也會導致建筑變形。在對建筑抗震設計的過程中，為了避免在地震發生時產生變形，所以在對建筑物進行設計規劃時就要簡單設計，盡量避免在建筑物的角上設計窗戶，因為建筑角上所受的力是較為復雜的，如果的建筑規劃設計之前就規避這種設計問題，就可以在一定程度上提高建筑的抗震性。有此可見，在對建筑物進行設計時，應盡量把外觀簡單化，以確保建筑的抗震性，從而保障人民的生命財產安全[7]。基礎隔震設計如圖4所示。

圖4 基礎隔震設計

5 結語

總而言之，在對建筑物進行規劃時，應始終將抗震設計作為重中之重。在抗震設計的過程中，要有規劃性的進行設計，必須對此設計報以嚴謹的態度來進行設計。此外，還要遵循設計的科學性，因地制宜選擇較為合理的建設場所，并與建筑的抗震設計相結合，以保障建筑的抗震性能，為建筑行業的發展奠定基礎。