芻議建筑結構設計中的抗震理念設計

唐華東

（廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

目前我國建筑行業的發展突飛猛進，這要求建筑結構抗震設計要更嚴謹、規范。作為整個項目工程的基礎環節，結構設計也漸漸顯露出一些問題，行業也迎來了新的挑戰。在整個建筑行業，能夠借助解決建筑結構設計與項目實際施工過程中的矛盾來進行一定調和，在一定程度上能夠保證項目的推進進度和質量水平。在設計人員進行抗震設計工作的過程中，必須實現考慮好結構設計程序，嚴格遵照國家相應的規范和科學要求來合理設計執行每個工作步驟。必須嚴格遵照保護環境、經濟發展、安全美觀等基本原則，確保設計階段能夠科學高效的進行。近幾年，自然災害頻繁發生，最嚴重的自然災害就是地震和水災了，這些災難給人們的身體安全和財產安全帶來了極大的威脅，使經濟發展受到了阻礙。因此，建筑工程在設計的過程中，要結合建筑結構做好相關的抗震設計，提升建筑結構的穩定性和安全性，才能有效的達到抗震效果，進而提升建筑質量，保障人身和財產的安全性，實現建筑行業可持續發展目標。建筑結構設計如圖1 所示。

圖1 建筑結構設計

1 建筑結構抗震設計的必要性

地震是現在自然災害中頻發的災害，其損害程度很強，嚴重威脅人們的生命安全和財產安全。正因如此，在高層建筑中，地震構造總是備受關注。確保建筑抗震結構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。由于樓層越高，結構的抗震設計就越是困難，其結構的受力計算也就變得很不穩定，而且在發生地震時，這種不確定因素就會被激發出來。對于建筑物的地震反應有很多方面的需求，例如，建材的組合，材質的特性，以及部件的組合與延伸。對于房屋的脆弱部位，也要采用強度較高的材質和較強的抗震構造。另外，也要考慮到不同的防震建筑，要用更好的材料來加固。正如在框架與剪力墻組合的結構中，必須要有足夠的耐震能力，而且需要更好地調節其剪力墻與框架，或是增加地震作用。從本質上來說，由于對地震產生的年代和破壞機制的認識不夠透徹，而且有些建筑在建造的時候會受到氣候的影響，在進行地震仿真的時候會出現偏差，所以在進行地震仿真的時候，會出現大量的不完整的資料，這就給高層建筑帶來了巨大的危險。最重要的是，在對高層建筑進行抗震結構的設計時，標準和要求是非常高的，建筑設計中，設計師們一定要充分考慮到現有的地震災害多發情況，在結構上嚴格要求進行設計，并且要因地制宜對抗震的設計進行多種多樣的更新，對建筑進行安全性、穩定性加強，以便更加安全和可靠，達到抗震功能，促進經濟的發展，有效推進了城市的發展[1]。汶川地震建筑震害如圖2 所示。

圖2 汶川地震建筑震害

2 抗震結構設計的原則

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，也就是對構件剛性和柔性之間轉化和轉移的考驗。在鋼筋混凝土剪力墻結構中，窗下墻體通常會出現水平或者斜向裂縫；螺旋支架配置在混凝土柱中時，層間位移角較大時，基礎混凝土仍完好，鋼柱抗力強，但當一層有長柱和短柱時，短柱子損壞比較嚴重。采用框架結構時，下層樓板為開放式框架空間，下層磚墻也受到嚴重破壞，采用鋼筋混凝土柱板結構體系時，柱基被穿孔破壞，由于樓板或樓板橫向位移大，導致各樓層樓板倒塌。遵循強柱弱梁、強節點弱構件等結構構架基本準則，對建筑物的薄弱位置進行抗震能力設計。這是一棟高層建筑最基本的設計思路和必要功能。

在高層建筑中，主要采用框架或框架抗震墻結構，鋼筋混凝土框架結構的內柱容易發生剪切破壞。如果高層建筑采用抗震墻結構，破壞程度會比較小；如果采用下框架結構，會嚴重損壞下加強筋。因此，在設計抗震結構時不僅需要考慮建筑整體的構狀，還需要考慮抗震各種結構的清晰明了。在對抗震防線進行設計時，應與設計延性相結合，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。注意構件間的弱強關系。因為高層建筑的基礎與低層建筑相比，其基礎結構有所削弱，所以保證建筑直立要求后，也要滿足這個建筑的防側移要求，使得在設計時考慮更多的規則性和均勻性。在地震時能夠抵抗震動，把剛體與撓性的結構緊密的融合起來，從而達到適度的緩沖地震的能力[2]。框架的破壞形式如圖3 所示。

圖3 框架的破壞形式

3 結構抗震設計

結合結構抗震設計工作發現，存在相當一部分設計人員難以實時掌握新規范、新標準和新要求，自主學習能力差，總習慣使用原有或者已經廢止的規范要求，這顯然也會直接影響他們進行結構抗震設計時的思路，甚至是使設計不合標準，這實際上對于項目的質量也有直接的影響。建筑的抗震設計不僅要求設計者有高水平的理論，還需要豐富的實踐經驗和建筑安全的意識，通過抗震分析，確保高層建筑的安全，符合抗震設計要求。

3.1 建筑結構抗震體系的合理選擇

在建筑物的結構設計中，如何正確地選取結構的地震系統，是進行地震反應時必須認真研究的問題。另外，房屋的抗震設計方案的選取也是影響其安全、經濟的一個關鍵問題。在建筑物的結構系統里面，必須有清晰的、精確的震動路線。建筑抗震結構設計的最終目的是要運用到實踐當中，是需要指導項目的實施與推進，因此要求具體、簡單與靈活。在考慮整體之后，還必須依靠機構清晰的原則，這樣才能在這個龐大的設計體系里面維持各種構件的功能性，對機構之間的功能有一個良好的連接，遇到問題時能夠迅速知道問題出在哪里，保證了建筑抗震的便攜性和有效性。能夠結合實際需要進行及時有效的調整，然后選擇相類似且更佳的方案[3]。確定的傳遞路線，確保各部件在結構的抗震加固中能夠高效的銜接與承重。在此基礎上，要盡量保證構件在垂直方向上的受力，盡量減少垂直不連續性的發生。

3.2 結構變形的控制

對于高層建筑的總抗震能力，結構變形對抗震能力有直接影響。當地震發生時，建筑物在橫向振動的影響下側向移動，導致建筑物的結構變形和破壞。因此，在結構抗震設計時，要考慮到結構在地震作用下的局部破壞和變形，從而使結構免受到較大的破壞。在研究建筑結構的性質時要做好工作，然后有針對性地采取加固措施，盡量減少建筑結構在地震影響下的變形。需要注意負載的適當值。在設計多層建筑物時，使用獨立的基座可以消除通用基礎主要承重部分中的弱粘性土層，從而使其成為典型的多層建筑物，高度不超過35m，無須計算基礎的抗震性。但是，對于不在地震區或屬于低層建筑物的多層建筑物，需要確保輸入風荷載。其次，建筑結構周期性折減系數，計算的地震剪切力較小，因此，我們要求要縮短計算過程中的周期。最后，若使用下部剪切法進行計算，要求多層建筑具有更均勻的剛度，要對結構塑性變形的情況予以考量[4]。結構變形如圖4 所示。

圖4 結構變形

3.3 增強結構強度與剛性設計

經驗表明，中間層的橫向偏移角是評估多層建筑損壞程度的一個非常重要的指標，這也是為什么國家對這里有明確規定的原因。建筑物的構造系統必須具有足夠的剛性和強度，并且具有良好的剛性布局和均勻的布局。在考慮剛性和穩定性問題時，第一就是要思考構成整體建筑的構件之間是否能有效在地震中減緩地震的能量，并且本身的結構不發生破壞和改變。必須采取一定的措施來控制結構的橫向移動，通常是通過減少柱間距和框架桁架間距，引入抗彎和剪力雙側向力的系統，安裝剛性把手、臺階和更換垂直支撐[5]。將部件轉換為三維部件，圍欄結構涉及抗震，傾斜立面的使用，機身的扭轉，雙曲線圓柱體的使用，增加房屋的有效寬度以控制橫向運動。在建筑物的結構設計中，應對其進行加固，并采用適當的加固方法，以達到合理的強度與剛性，從而達到整體的剛度均衡，從而增強建筑物的整體地震性能。

3.4 合理選擇建筑的材料

我國鋼鐵工業規模較大，鋼結構加工制造能力在世界上也名列前茅。在規劃高層建筑的抗震結構時，應慎重考慮建筑材料的選擇。為了確保建筑的材料良好，且結構具備合理性，在確定建筑選材時，應該首先考慮到建筑的防震性能，使其能夠維持建筑的整體穩定性，為了分析建筑材料的參數，特別是其抗震參數，不能只考慮材料的承載能力而忽略材料的其他參數，抗震設計必須保證建筑材料滿足承載能力要求[6]。在進行選材時，要考慮到不同地區的實際需求，選擇具有更高承載能力以及抗彎能力的材料類型，在建筑的縱向支撐結構中，通過運用更高承載能力的支撐材料，可以確保建筑物具有更好的抗震效果，在進行結構設計時，可以應用三角結構來替代傳統的框架結構，從而提升綜合抗震效果。

3.5 建筑結構抗震設計圖標記清楚

設計人員在進行圖紙設計的過程中，必須要秉承著嚴格認真的工作態度，不能有絲毫的馬虎大意。在設計過程中，工作人員必須進行事先檢查，并對項目施工過程中存在的一些細節與信息進行必要的標記與關注，圖紙信息標注要清晰有效便于查找，而實際施工過程中，要求嚴格遵照設計人員的設計圖紙來推進項目的實施，因此，如果設計出的圖紙當中相關的數據信息含糊不清或者標記不明，會直接影響到整個項目的實施與推進。圖紙的設計也需要工作人員進行多次檢查與驗證。

4 結語

簡而言之，受整個社會經濟發展的變化與影響，人們的需求也在不斷地調整和變化，為了滿足社會日益增長的人口需要，建筑物的結構在抗震設計方面也開始進行相應的調整，逐漸呈現出多樣化的設計特點，因此，對我們相關的設計人員提出了新的時代要求，設計人員要有高度的責任感，并在實踐過程中不斷提升自身的工作能力與綜合素質，使自己能夠在工作過程中改正建筑物抗震結構設計中的不足，確保施工的穩定性與連貫性。