建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

衛(wèi)中海

山西華鼎建筑設(shè)計有限公司 山西 運城 044000

我國幅員遼闊，很多地區(qū)都處于地震帶上，地震帶來的損傷與影響非常嚴重，因此建筑工程在建設(shè)設(shè)計的過程中都融入了抗震結(jié)構(gòu)理念。經(jīng)汶川、玉樹等地震考驗后，我國建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求逐步高。建筑工程抗震設(shè)計變得更加專業(yè)與復雜，因此必須對設(shè)計特點進行詳細分析考量，才能夠達到較高的設(shè)計質(zhì)量。然而從當下實際情況上來說，我國建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計還有很多需要完善的內(nèi)容與方面，這嚴重影響了建筑工程的抗震能力及水平。此狀況必須要得到改進才能更好的提升建筑工程抗震能力。

1 建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

首先，建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要針對結(jié)構(gòu)受力情況進行監(jiān)測分析。由于建筑結(jié)構(gòu)無論從整體柔韌性上還是整體承載力方面，都需要綜合考量受力的穩(wěn)定與均衡，而這對建筑在較大震動情況下是否可以保持穩(wěn)定造成了一些影響。因此，在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，必須要對建筑受力狀態(tài)進行綜合考量分析，對結(jié)構(gòu)與連接點的連接情況進行有效監(jiān)督檢測，這樣才能夠保證一旦發(fā)生地震，也不會對建筑造成較大的能量沖擊。這樣一來，就可以保證建筑在地震當中始終維持受力平衡，避免主體結(jié)構(gòu)因此而受損[1]。

其次，建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要考慮到軸向變形問題，高層建筑工程承擔的豎向荷載量比較大，不僅存在一些軸向變形問題，還可能會對連續(xù)梁的彎矩造成一些影響，進而導致在負彎矩值變小的同時增大正彎矩值。因此，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，必須要對軸向變形情況進行準確計算，從而準確調(diào)整下料長度，避免剪力與位移造成較大影響。

最后，建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計還需要考慮到結(jié)構(gòu)的延展性，結(jié)構(gòu)延展屬于建筑設(shè)計期間的一項重要指標，一些中低層建筑延展性比較小，而高層建筑延展性比較大，這導致在地震發(fā)生之后，高層建筑出現(xiàn)變形的幾率也更大。為了降低在地震當中高層建筑出現(xiàn)較大變形導致構(gòu)件損壞，就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上使用一定措施來改善建筑結(jié)構(gòu)延展性，提升建筑結(jié)構(gòu)使用效果[2]。

2 建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

2.1 建筑場地選擇的基本原則

場地條件屬于造成建筑物發(fā)生地震損害的一項主要原因，因此，在選擇建筑物場地的過程中，工程師必須要注意對場地的工程地質(zhì)、地震活動、地震地質(zhì)等可能會對工程造成影響的相關(guān)因素進行把控。在這一過程中，必須要結(jié)合具體工程的實際需求，將對抗震具有良好作用、不利影響、危險因素的相關(guān)地段來進行綜合性的評價分析。對地段的選擇必須要傾向于選擇對建筑抗震具有良好作用的地段，例如該地段平坦、開闊，同時場地堅硬，選擇期間需要避開一些對抗震效果不好的地段，如果無法及時避開，那么就可以使用有效的抗震策略來對地段進行優(yōu)化[3]。

首先，需要結(jié)合地質(zhì)條件選擇合適的區(qū)域，對于大多數(shù)建筑物，選擇一個穩(wěn)定的地基非常重要。設(shè)計師應(yīng)該優(yōu)先選擇地殼穩(wěn)定和不存在潛在地質(zhì)災害的區(qū)域建造建筑物，并且需要根據(jù)當?shù)氐牡匦巍⒌孛埠偷刭|(zhì)條件等因素設(shè)計相關(guān)抗震技術(shù)方案。

其次，則是需要考慮氣候和自然災害的影響，某些自然災害，如洪水、颶風、地震等，會對建筑物產(chǎn)生巨大的破壞，對人身安全存在威脅。因此，在進行建筑抗震設(shè)計時應(yīng)該綜合考慮地理位置、自然災害頻率和氣候條件等因素，并在設(shè)計過程中考慮增加建筑物的防護能力。

再次，則是需要確定地基性質(zhì)。巖石層、土壤以及含水情況等因素會對建筑的抗震性產(chǎn)生重大影響。設(shè)計者需要了解當?shù)匮芯看_保該建筑物所處地區(qū)地質(zhì)特性，并根據(jù)不同類型建筑物的需求，開展適當?shù)牡鼗こ蹋缂庸滩僮骱偷撞考颖督畹取?/p>

2.2 建筑物體型的確定原則

現(xiàn)如今建筑物類型越發(fā)復雜化，在這一過程中，必須要追求簡單、規(guī)則、對稱、質(zhì)量和剛度變化均勻的建筑物類型，這能夠更好的減少地震而產(chǎn)生的變形、應(yīng)力集中、建筑物扭轉(zhuǎn)等情況。

首先，需要適應(yīng)地震區(qū)域，建筑物的體型必須根據(jù)所處地區(qū)的地震狀況進行確定。比如，在地震頻發(fā)的區(qū)域，宜選擇抗震更為有利的規(guī)則體系建筑。

其次，則是需要結(jié)合建筑性質(zhì)選擇建筑物體型，不同類型的建筑物對于建筑體型的要求是不同的。例如，住宅和辦公樓的建筑體型需要更加注重實用性與美觀性；而醫(yī)院和學校則需要更大空間的休息和儲存設(shè)施等。

再次，則是需要針對建筑形式進行建筑物體型確定，建筑形式是指建筑物在立體空間中的特定配置模式及其具象化表現(xiàn)。對于不同的建筑形式，建筑物的體型必須符合相關(guān)標準和某些規(guī)范。如在平房、夯土等底盤類建筑中，墻體應(yīng)該盡可能加厚加強才能保證抗震性能；而自由曲線造型的建筑體型在保持建筑物美觀的前提下，也需要滿足抗震的基本要求。

最后，則是需要結(jié)合社會經(jīng)濟條件確定建筑物體型，建筑物體型的確定還應(yīng)考慮社會經(jīng)濟條件，包括工程費用、土地使用費用等。在需要控制成本的情況下，應(yīng)該根據(jù)可負擔的預算確定建筑物所處的大致規(guī)模。

2.3 選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)體系

對建筑物結(jié)構(gòu)的布置，需要選擇多道抗震防線，這一步驟的主要作用在于可以有效避免由于連續(xù)性地震而造成的沖擊和影響，這對提升建筑物防震能力具有重要的作用和意義。建筑物結(jié)構(gòu)必須要保證具有充足完善的抗震承載能力，同時也需要具有良好的變形能力以及耗能能力，從而有效避免地震作用對抗震結(jié)構(gòu)體系造成的破壞和影響。除此之外，對建筑物結(jié)構(gòu)的剛度和強度也需要進行合理分配，避免建筑物上出現(xiàn)一些薄弱環(huán)節(jié)。對于這些薄弱環(huán)節(jié)，必須要使用合理的措施進行優(yōu)化與改進，適當進行加強，這具有重要作用和意義。

首先是框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)是一種常用的抗震結(jié)構(gòu)體系，它具有強度高、剛度較好、方便施工等優(yōu)點。框架結(jié)構(gòu)主要由柱、梁和板組成，并通過節(jié)點連接成一個整體。這種結(jié)構(gòu)適用于大型商業(yè)建筑物和公共建筑。

其次，則是剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)是抗震性能較好的結(jié)構(gòu)體系之一。它具有側(cè)向剛度大，水平作用下位移較小，整體性好等優(yōu)點。剪力墻體通常設(shè)置在建筑物兩端和中心，這樣可增加結(jié)構(gòu)體系的水平剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，從而提高建筑抗震能力。這種結(jié)構(gòu)適用于住宅建筑。

再次，則是框架-剪力墻混合結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻混合結(jié)構(gòu)是將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成互補的體系。此種結(jié)構(gòu)集兩類結(jié)構(gòu)優(yōu)點于一身，既能保證建筑物強度和剛度，又可以最大程度上利用混凝土墻體的抗震性能。

最后則是鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)是一種近年來新興的抗震結(jié)構(gòu)體系，通常采用中空矩形或鄰板式造型，通過鋼筋混凝土核心筒使樓房變得非常穩(wěn)固，這種結(jié)構(gòu)適用于超高層數(shù)建筑物和商業(yè)綜合體等項目。

2.4 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理

考慮到一些結(jié)構(gòu)在地震當中可能會出現(xiàn)變形的情況，建筑幕墻必須要保證使用完善可靠的連接方式，從而更好的加強非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預埋件錨固位置，承受來自建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶給建筑主體的震動影響。墻體材料方面必須要優(yōu)先選擇一些輕質(zhì)材料，降低建筑物的整體重量。而剛性護墻則是需要沿著縱向方向來進行均勻布置，與主體之間緊密連接，這樣才能夠適應(yīng)地震作用造成的不同方向上的位移和影響。

首先，需要去除一些無關(guān)構(gòu)件，對于與建筑主要框架和支撐系統(tǒng)沒有關(guān)系的裝飾構(gòu)件，例如掛畫、玻璃幕墻、落地門窗等，應(yīng)盡可能去除。這些構(gòu)件一般會對建筑的質(zhì)量、穩(wěn)定性和抗震能力都會產(chǎn)生不良影響。

其次，則是需要設(shè)計較為具有柔韌性的構(gòu)件，為了減少非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對建筑物本身的損害程度，可以使用結(jié)實且柔性的替代材料。比如，采用可脫落的防火隔斷和半剛性邊框結(jié)構(gòu)可以減少出現(xiàn)瓦斯管道遭遇地震時容易摔落破裂的情況。

再次，則是需要強化連接方式，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件往往通過各種邊角結(jié)構(gòu)或其他輔助部件與建筑主體連接。因此，在抗震設(shè)計期間應(yīng)該強化這些連接方式，確保非結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠在地震時與主體結(jié)構(gòu)一同參與耐震。例如，可以采用金屬懸掛系統(tǒng)、阻尼器或彈性隔震器進行連通。

最后，需要加強特定區(qū)域，有些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如墻面細節(jié)和突出部位容易成為破壞的焦點，因此需要加強設(shè)計處理。例如，在風險特別高的地方使用增強型外殼或過渡材質(zhì)等技術(shù)，以避免出現(xiàn)非承重構(gòu)件在地震沖擊中倒塌的情況。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計方案

3.1 關(guān)注地質(zhì)偏移帶來的影響

在現(xiàn)如今社會發(fā)展的過程中，建筑工程建設(shè)的高度越來越高，并且建筑物的層數(shù)以及質(zhì)量也越來越大。在眾多影響因素的影響下，建筑物在原有建造基礎(chǔ)上發(fā)生一些偏移屬于非常常見的情況。雖然這屬于常見情況，但是這一問題對建筑抗震效果的影響比較大。因此，設(shè)計人員必須要考慮到后續(xù)使用過程中地質(zhì)偏移可能會帶來的影響。在實際設(shè)計的過程中，建筑設(shè)計人員可以使用深基坑等建筑施工模式，增強地基的穩(wěn)固性，搭配選配樁、靜壓樁等施工方式，避免房屋建筑發(fā)生較為嚴重的偏移影響。

3.2 使用合理的建筑結(jié)構(gòu)抗震機制

首先，科學合理的建筑結(jié)構(gòu)抗震機制必須要保證明確的強度、剛度要求。如果發(fā)生地震，建筑物上下的任何一個部位都可能承受較大的應(yīng)力，導致建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因此而下降，進而導致建筑結(jié)構(gòu)抗震能力和抗震水平被限制。所以，必須要避免某一部位集中受力的情況，對一些薄弱位置進行針對性加強處理。

其次，在建筑結(jié)構(gòu)機制當中，必須要設(shè)計地震能量傳送通道以及準確的核算圖，簡單來說，在對房屋建筑進行設(shè)計的過程中，在垂直重力負荷的影響下，建筑內(nèi)部各個構(gòu)件都將會受力，而此時必須要保證受力處于平均狀態(tài)，這樣才能夠?qū)⒅亓ω摵梢宰钚〉木嚯x傳輸?shù)礁浇闹踊蛘叱兄貕ι稀?/p>

3.3 科學安排建筑平面布置

建筑在實際使用的過程中是否可以保證平面具有較高的規(guī)則性，這對建筑是否穩(wěn)定將會產(chǎn)生極大的影響與限制。因此，在為建筑進行平面布置的過程中，必須要嚴格遵循高抗震性的基本設(shè)計原則，具體來說主要有以下三方面：首先，需要保證建筑主體具有較強的抗壓能力，尤其是需要保證側(cè)面的受力結(jié)構(gòu)不會在剪力影響下而發(fā)生變形，始終保持在均勻受力的狀態(tài)來承擔主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其次，則是對建筑物主體作抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置的過程中，應(yīng)盡量保證建筑物主體在抗側(cè)力結(jié)構(gòu)一側(cè)分布強度處于相同狀態(tài)，進而實現(xiàn)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)所受的力在任何方向上都基本保持一致。最后，建筑物主體在布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的過程中，需要保證該抗側(cè)力結(jié)構(gòu)在高度上與周邊結(jié)構(gòu)體系處于相等狀態(tài)，同時對抗扭強度也有一定的要求。

3.4 優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性

為了更好的保證抗震設(shè)計效果，還需要針對建筑物整體剛度進行有效設(shè)計與優(yōu)化改進。這種整體剛度將會直接影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進而關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)抗震水平。例如，剪力墻布置問題就需要得到優(yōu)化，布置太多的剪力墻會導致建筑物的經(jīng)濟性因此而下降，必須要及時控制剪力墻布置量。在相同結(jié)構(gòu)剛重比的情況下，可以適當考慮加強四周剪力墻布置數(shù)量，減少中間核心剪力墻布置數(shù)量，這樣對建筑物的抗震性與穩(wěn)定性具有更大的意義和作用。

3.5 合理選擇建筑材料

對建筑材料的選擇是否合理，將會直接影響建筑結(jié)構(gòu)抗震能力與抗震水平。在開展抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，對建筑材料的選擇必須要積極結(jié)合工程的實際情況，從而針對當?shù)氐刭|(zhì)地貌、天氣狀況等進行全面考量分析，選擇可以滿足建筑抗震基本要求的建筑材料來進行施工。在這一過程中，除了需要選擇一些剛度較高的材料來提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之外，還需要選擇一些輕量級建筑材料，從而降低建筑整體重量，這對降低地震造成的威脅也具有重要作用和關(guān)鍵意義。

3.6 更新建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念

影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素在于設(shè)計人員，作為專業(yè)的設(shè)計人員，在實際設(shè)計的過程中必須要了解我國現(xiàn)如今建筑行業(yè)的發(fā)展情況，從而及時更新設(shè)計理念，提升自己的設(shè)計水平與職業(yè)素養(yǎng)，這對保證抗震結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)當中的積極作用具有重要意義。建筑工程作為一項龐大的工程類型，工期較長，同時設(shè)計要求精度較高，而抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計僅在其中占據(jù)了一個部分，但是可以發(fā)揮出重要的作用。建筑設(shè)計人員必須要積極將抗震能力作為設(shè)計的主要標準與要求，積極轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，同時，設(shè)計人員也需要充分利用網(wǎng)絡(luò)資源來搜集一些關(guān)于建筑工程設(shè)計方面的內(nèi)容，例如查詢建筑施工點是否處于地震帶，以及當?shù)仄渌拐鸾ㄖ脑O(shè)計理念。

不同抗震結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生不同的抗震作用與抗震效果，這已經(jīng)成為現(xiàn)如今建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的主要共識與關(guān)鍵理念。在全新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念指導下，相關(guān)工作人員必須要積極分析現(xiàn)如今使用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念是否滿足實際使用的基本要求，只有兼顧了多項要求，并且對設(shè)計方式進行及時優(yōu)化與改進，才能夠更好的發(fā)揮出抗震結(jié)構(gòu)的基本作用。設(shè)計人員在對抗震結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，需要在數(shù)據(jù)的支持下完成全面設(shè)計，包括建筑結(jié)構(gòu)的精細化、結(jié)構(gòu)化以及建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，優(yōu)化各個部件之間的互相關(guān)聯(lián)作用，從而起到抗震的效果。

3.7 構(gòu)建抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計體系

建筑物在發(fā)生地震之后，遭受的破壞與影響主要包括地基破壞、結(jié)構(gòu)破壞、剛度破壞、混凝土構(gòu)件破壞等部分內(nèi)容。地震等級和地震強度的不同，對建筑物造成的損壞與影響也有著一些區(qū)別。使用抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)體系，這具有重要意義和關(guān)鍵作用。在建筑物進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員必須要意識到，結(jié)構(gòu)差異化將會導致整個工程抗震性能因此受到影響，任何小環(huán)節(jié)的增添或者刪除，都將會引發(fā)較為嚴重的聯(lián)鎖反應(yīng)。因此，設(shè)計人員必須要針對當?shù)氐膶嶋H情況進行分析考量，結(jié)合建筑物的抗震性能、結(jié)構(gòu)特點來進行綜合分析與區(qū)分設(shè)計，優(yōu)化建筑物抗震水平，提升抗震效果，這對建筑物抗震能力的提升具有重要意義。

4 結(jié)束語

總而言之，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展與進步，現(xiàn)如今我國已經(jīng)進入網(wǎng)絡(luò)時代，建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計工作也更加復雜。而地震作為一種自然災害，帶給建筑物的威脅往往是毀滅性的影響。因此，建筑物設(shè)計人員必須要將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計放在首要的重要地位，積極使用更好的抗震技術(shù)來進行優(yōu)化改進，避免地震帶來的影響。