結構抗震概念設計在房屋建筑中的應用分析

摘 要：建筑結構的設計非常關鍵，特別是對于其抗震性能的影響，應引起足夠的重視。在進行一項建筑項目的結構設計時，通過對建筑的結構抗震概念設計進行科學的使用，既可以提升建筑結構的設計品質，又可以在某種程度上對其進行推廣。因此，要想保證建筑工程的結構設計滿足工程建設的需求，就需要提高建筑物的安全和穩定程度，以保障人們的人身和財產安全。

關鍵詞：結構抗震；概念設計；房屋建筑；應用分析文章編號：2095-4085（2024）04-0126-03

0 引言

在建筑工程施工中，對于結構抗震概念的設計是不可忽視的。為了更好地達到最優的建筑結構設計方案，就需要對建筑物的結構進行抗震設計。建筑物的設計人員應當在確定了關于建筑抗震的特定需求之后，采取相應的施工措施，以保障后續建筑工程的結構設計具有理想的安全性和穩定性。

1 什么是結構設計

其主要包括兩個方面：概念設計和理性設計。概念設計就是在設計的過程中，不要求進行較細致、理性地分析，也不必解決那些在實際中很難定義的問題，只需要以從結構體系的總體與部分間的力學關系、工作經驗、地震災害以及實驗現象得出的設計原理和理念作為依據，進而明確建筑的總體布局以及具體細節設計的施工流程。而理論設計指的是，工程施工人員對設計好的結構模型展開計算，并在應力假定的基礎上，以設計規范和計算原理為主，對其進行理性的設計。

2 概念設計的意義

由于結構抗震概念設計使用的領域很廣，其所涉及的結構方法也很多，因此其在現代社會中的地位日益突出。概念設計的重要意義在于：

（1）目前的計算理論和結構設計理論還不夠完善，它們都存在著各種不足和無法計算的問題。因此，將概念設計運用到工程施工實踐中，不但可以克服計算理論的缺陷，還可以克服在結構設計中出現的大量無法計算的問題，從而可以更好地進行建筑的結構設計。

（2）結構設計涉及許多復雜的數學運算，因此必須使用計算機進行輔助。而在初步的規劃設計中，又無法利用計算機進行計算。這就要求對建筑理論有較深理解的建筑工程技術人員，通過科學地計算與正確地判斷，選擇出效率高、成本低的建筑工程設計方案。

（3）由于在工程結構上進行的許多復雜的計算常常要用到計算機來完成，并且部分結構設計人員也過于依靠計算機，這種做法會導致工作人員對設計數據的靈敏度下降，不能分辨并糾正計算中出現的數據錯誤以及運算方法不合理問題，因此導致了結構設計中出現了許多問題，并給建筑結構帶來了許多的安全隱患。從上述分析可以看出，概念設計在建筑結構中占有舉足輕重的地位，在工程結構中有著無可替代的作用。

3 建筑結構抗震的概念設計

以地震災害造成的嚴重損壞和工程設計經驗為基礎，對建筑結構整體展開設計，并制定出其各個部分結構抗震的工程被稱為抗震概念設計。

建筑結構的抗震概念設計包含以下幾個方面：

（1）建筑物的位置。在多震區，由于其具有很大的危險性，所以必須對建筑物的位置進行選擇。特別是在對場地和基礎設施進行設計時，要盡可能地搜集詳細的地質數據，按照工程需求，并結合當地的地質情況，避免選擇河岸、軟弱土、液化土以及邊坡的邊緣和狀態不均勻的地帶。

（2）平面外表面的合理安排。建筑物的抗震性能取決于其結構形式及布置方式。所以，要想保證建筑物擁有較好的抗震性能，結構設計人員必須將精力放在對其布局的研究上，從而設計出一種更為簡便、合理的建筑布局，以及一種與地震相關的結構布局。

（3）結構的選擇與布局。在進行建筑物的選擇時，要充分考慮建筑物的高度、位置、基礎設施等諸多影響因素，同時還要兼顧本地的經濟和整體技術水平?？拐鹦阅軆灹嫉慕ㄖ锿ǔ邆淙缦绿卣鳎貉有韵禂荡螅Y構均勻；結構中的部件節點具有良好的韌性、完整性和連續性，并且可以充分地利用材料的性能。通常情況下，在布局時應遵循對稱性，各部件所受的作用力應平均化等原則［1］。

4 建筑結構設計中存在的抗震問題

4.1 抗震支座會受到抗震墻的影響

為了使建筑的結構更為穩定，必須在抗震的設計方面盡可能地進行分散。如果將抗震裝置配置在建筑四周，在發生地震時，建筑的傾覆力量將會大幅增加，并且對建筑的支撐張力也會造成較大的影響。按照建筑工程結構設計的實際條件，在受力較大的一面應該安裝抗震支座，兩個支座之間的間距應控制在2cm左右。同時，在這種情況下，抗震支座也會由于拉力的情況而出現變化，這將會對建筑結構的抗震設計造成很大的影響，甚至還會引起建筑結構的橫向變形。

4.2 建筑結構的選擇所產生的影響

在對建筑結構進行抗震設計時，合理的結構形式選取是一個非常關鍵的問題。由于常規的框架結構具有較大的剪力作用，因此目前通常使用橡膠支座。在工程施工中，采用交叉型橡膠支座，不但能夠改善建筑結構的抗震效果，還能夠顯著地改善建筑結構的整體抗震能力，確保建筑物在強震下的安全性和穩定性。

4.3 建筑物走向對抗震的影響

造成地震出現的最重要的因素就是地殼的運動，所以在進行建筑工程施工的過程中，必須有相應的專業人員來對結構抗震概念設計進行仔細地研究和分析。當地震來臨時，其振動方向對建筑物的破壞作用也是巨大的。地震的走向指的是在地震發生時，建筑物的振動方向。所以在進行建筑結構的設計時，要與當地的地質情況和地震的走向相結合，讓建筑結構的振動方向和地震的走向能夠相互垂直，以防止建筑物與地震的走向呈現相互平行的情況。在建筑工程當中，若建筑物的整體走向與地震的振動方向相一致，當地震發生時，建筑物倒塌的概率將會大幅增加；如果建筑物的走向與地震的走向是垂直狀態，就可以很好地規避這種風險［2］。

4.4 墻體與防震縫設計問題

在進行建筑工程的施工與設計工作中，建筑墻體的位置與墻體的厚度都要加以考量，并對其進行綜合、合理地設計。在進行建筑結構概念設計的時候，應當與特定的施工要求相結合，對墻體的長度和寬度進行全面的考量，進而提高建筑結構整體的抗震性能。由于地震是一種偶發的自然災害，所以在大部分普通的施工區域，防震縫一般都是很少見的；但是在一些地殼運動比較常見的地方，卻是比較常見的。當建筑受到地震造成的影響時，往往會引起建筑結構和地面的變形。所以，對防震縫的長度和寬度進行設計時，仍然有很多技術難題，這就造成了在實際的工程施工過程中，還有很多的施工問題存在［3］。

5 建筑結構抗震概念設計中的抗震措施

5.1 完善抗震策略

5.1.1 特殊材料的合理使用

地基是地震發生時建筑物與地震發生作用的最大受力區，因此，合理的抗震措施可以提高建筑物的結構穩定性。通過對建筑結構進行合理地加固，并在此基礎上設置緩沖墊，能有效降低建筑物在強震下的沖擊力，增強建筑物的安全性能。在制造墊層的過程中，應該多采用泥土和砂石。目前，人們常將瀝青作為主要的抗震材料，并已經獲得了良好的效果，將會在未來的抗震設計中推廣應用。

5.1.2 基礎隔震

基礎隔震主要是在基礎結構與上部結構之間合理地布置隔震設備。由于隔震層的位置上存在著一定的差異，因此，基礎隔震設計可以有效地減少地震振動的范圍，這是目前基礎隔震設計中比較常用的方案。但在實際的施工建設過程中，這種方法多適用于多層或者低層建筑。如果將這種方法應用到高層建筑中，就達不到良好的隔震效果，同時由于結構自重的增加，使得建筑結構的減震性也會受到一定的影響。現在，應用最多的方法是滾軸滑移隔震以及摩擦滑移隔震。在選用隔震形式時，應當緊密結合工程的具體條件和特點，以確保能夠有效提升工程的總體抗震效果（如圖1）。

5.1.3 結構策略與維護

在建筑結構設計中，支座的設置、抗震結構的聯結等都是建筑結構設計的重要內容。在進行高層建筑項目的結構抗震概念設計時，應重視防震縫及橫向分隔縫的設置，特別是對電梯與扶梯間的隔震與阻尼設計。除此之外，在對建筑物的影響方面，還涉及電線、管道等的布置。在建筑工程施工期間，必須加強對抗震設計的維修和管理工作。在確?？拐饘雍涂拐鸾Y構安全性的前提下，應合理規劃建筑結構設計，以保障工程的順利施工，并實現更佳的抗震效果。針對采用結構抗震概念設計的高層建筑結構，需要明確界定其范圍和要求，并不斷完善建筑工作人員的維修和管理職責。此外，還應向設計人員和施工人員提供明確的指導和說明，并向管理者提出相關建議，以確?？拐鹪O計的有效實施和持續優化。

5.2 優化建筑結構設計中的減震措施

在建筑結構的減震措施方面，與隔震措施相比，通常是在建筑物的外側添加一個構件來增強其本身的抗震力，并將其吸收掉，進而減少振動對建筑物的損傷。建筑工程結構的設計具有多種形式，而以效應和阻尼為核心的建筑構件，一般可以分為粘滯器和遲滯器。

（1）在對新的建筑進行抗震設計時，應該考慮減震措施。在建筑結構設計中，地基部位應該采取相應的措施，以提高建筑的減震效果。大部分的減震設備都是為了完成工程的后續工作而預備的，也是對后期抗震性能的有效補充。

（2）要強化對建筑物的防震設計，改善建筑物的抗震性能，使建筑物的整體防震性能得到改善。在工程實踐中，如果不能在施工之前完成這一環節，則達不到理想的抗震效果。此外，在對已完工的建筑結構進行加固時，還必須減弱其防震作用。所以，就需要采取消能減震的方法來實現建筑的減震設計，但是這種方法會提高建筑工程的整體造價，也會使建筑工程的施工過程變得復雜［4］。

5.3 建筑走向設計

在進行建筑工程施工之前，需要對其所處的地理位置進行詳細的評估，并對巖石和地質進行勘測。工作人員要從各個角度，對施工區域展開全面的風險評估，并對其中的一些危險因素展開分析，然后，根據實際的建筑需求、建筑結構和評估的結果，設計出一套更加科學和完整的建筑結構抗震概念設計。同時，還要不斷地改進建筑工程結構的抗震設計，以確保建筑結構的抗震性能維持較高的穩定性。在進行建筑工程的地質勘查工作時，首先必須對地震的大概方向有一個清晰的認知，以保證建筑的走向與地震的走向是一致的。其次，在進行地質勘查的過程中，要對部分軟粘土及臨近強震地帶的地段進行細致的勘察，應盡量避開此類地段，同時要對周邊地貌及周邊環境有充分的認識，盡量降低可能出現的其他危險因素對建筑物造成的影響。在現代化的建設中，鋼筋混凝土與磚混兩種形式被廣泛應用于各種類型的建筑設計，它們具有較高的承載力，不僅能夠確保建筑結構的穩定性，而且能夠提高建筑物的抗震性能。因此，設計人員應當結合當地的實際情況，選擇最為適宜的建筑材料。這不僅能夠為建筑企業有效降低建設成本，還能全面保證建設質量，從而為項目的長期穩定運行奠定堅實的基礎［5］。

5.4 做好建筑物的體型設計

建筑工程的體型設計包含平面形狀和立體形狀兩部分，并與建筑物在地震后可能受到的破壞情況緊密相連。如果建筑的平面形狀是不規則的，例如有顯著的凹陷或者隆起，就有可能在地震后發生損壞。對于建筑結構較為簡單、架構較為規整的建筑，在地震后受損的概率極小，并且如果地震等級較低，基本不會受損。因此，在對建筑的體型進行設計時，應以簡約的體型作為首要的設計目標。比如采用圓形、長方形和正方形等形狀來進行設計，從而防止因為建筑存在不規則的隆起部分或凹陷部分而導致建筑的抗震能力下降。其次，在保持結構平衡性的前提下，還要考慮到結構的側向長度，盡量降低對結構的破壞程度。所以，設計時一定要兼顧建筑物的美感和安全性，以保證建筑的整體結構符合相關需要。

5.5 強化實驗研究力度，完善檢測

在進行建筑結構設計時，抗震功能未被測試或者測試的結果不夠理想，都會直接影響到建筑結構概念設計的抗震能力。因此，需要不斷的改進和加強與其相關的實驗研究。可利用現代科技或是網絡技術，通過三維建模來對地震的發生機理進行模擬，然后進行多次、反復的實驗，從而選擇出最合適的抗震措施。

6 總語

在建筑結構抗震概念設計的過程中，對于抗震措施的選取非常重要，這與建筑工程施工的抗震性能具有直接聯系。因此，建筑結構的設計人員應結合建筑工程的實際需要，選擇適宜的抗震措施，以保證建筑結構的整體安全。

參考文獻：

［1］段媛.結構抗震概念設計在房屋建筑中的應用分析［J］.山西建筑，2014，40（5）：42-43.

［2］吳劍林.試論結構抗震概念設計在房屋建筑中的應用［J］.四川建材，2015，41（5）：60，62.

［3］王艷紅.抗震設計在房屋建筑結構設計中的應用分析［J］.居舍，2019（13）：74.

［4］張艷林.房屋建筑中結構抗震概念設計的應用探討［J］.山東工業技術，2015（15）：63.

［5］姚毅.房屋建筑中結構抗震概念設計的應用探討［J］.山西建筑，2014，40（16）：50-51.