建筑结构抗震设计浅析

程品

【摘 要】建筑的基本功能是在确保居住安全的前提下，为人们提供生活空间，只有在保障住户自身安全的前提条件下，建筑才能供人使用。建筑的功能结构抗震对整体安全性具有决定性影响作用，当前设计中还存在一些问题，导致建筑结构抗震效果不佳。本文对建筑结构抗震设计中存在的问题进行简单分析，探讨提高建筑功能结构抗震设计的策略。

【关键词】结构抗震；建筑抗震；抗震设计；存在问题；解决措施

一.引言

我国处于环太平洋地震带和欧亚大陆地震带的交汇地段，属于地震多发国家。1976年唐山大地震、2008年汶川地震，一次次大地震灾害的背后，不仅仅是经济损失，同时更是巨大的人身伤亡。地震具有突发性，地震灾害活动越来越频繁，这给建筑结构设计增加了难度。地震结构设计需要充分考虑抗震性能，避免地震作用对建筑结构造成破坏。

二.结构抗震设计中存在的主要问题

在我国，随着建筑设计的发展，对结构抗震设计提出了一系列的抗震规范，要求结构设计人员注意抗震概念設计。合理全面的设计有助于明确设计思想，恰当、灵活地运用抗震设计原则使设计人员不盲目地相信电算的结果，从而做到比较合理的抗震设计。目前，在结构抗震设计中主要存在有以下几个问题：

1.建筑平面布置设计不合理导致结构抗震失效。

建筑平面布置是建筑设计中的重要组成部分，其布置情况直接反映建筑使用功能和相关要求。平面设计布置时，要将内墙的布置、柱子的距离、通道和楼梯的位置、空间活动面积大小、房间数量和布置、电梯井的布置等在建筑平面布置图上进行明确。建筑的使用功能不同，在楼层布置上存在一定的差异。

公寓、写字楼、餐饮娱乐、商场等，在进行建筑布置时，空间和房间划分上的差异较大。建筑平面布置多样化的同时，要考虑结构的抗震要求，其中较为突出的问题是：建筑平面上的内隔墙、外围填充墙、具有相应刚度和强度的非承重内隔墙等墙体的布置不对称；柱子和墙体的分布不协调不对称；建筑结构刚度和质量在平面上分布不均匀等因素导致建筑物在地震发生时，产生扭转地震作用，导致建筑损坏。

2.屋顶设计存在缺陷。

在高层建筑或超高层建筑设计中，对屋顶建筑设计是一个重要部分。通过从对近几年来，高层建筑抗震设计的审查结果分析，屋顶建筑设计存在过高、过重等重大问题。过高、过重的屋顶建筑无疑是加大了建筑的变形，同时也加大了地震的作用。

过高、过重的屋顶建筑对自身，对其下部建筑都非常不利。通常情况下，屋顶建筑和下部建筑的重心都不是在同一条线上，存在不同程度的偏心现象，部分建筑设计屋顶建筑时为偏向一侧，屋顶建筑的抗侧力墙和下部建筑的抗侧力墙上下不连续，在面临地震时，加大了地震的扭转作用，这对建筑非常不利。

3.建筑竖向布置设计问题。

主要是在建筑设计中，反映沿着高度或楼层结构质量、刚度分布问题。无论是何种类型的建筑，无论是多层还是单层，都存在此类问题。尤其是在高层建筑和超高层建筑中，表现的更为突出。

由于建筑适用功能的不同，如果建筑底层是购物中心或商场时，要求大空间和大柱距，而上部的楼层为写字楼或多样化的公寓时，前者要求设置柱，墙少，而后者则是以墙为主。由于建筑使用功能的不同，导致建筑物沿着楼层或高度分布的刚度和质量都不协调、不均匀。其中较为突出的问题是沿着上下相邻的楼层由于质量和刚度相差较大，造成突变。这是建筑设计时必须要重视的问题。

三.提高建筑结构抗震设计的策略

1.提高高层建筑结构细节设计能力，实现结构抗震。

高层建筑在进行结构设计、结构抗震细节设计中最关键的是薄弱环节的处理措施和对多道抗震设防措施的保证。结构抗震体系包含多个具有良好延性的分体组合，具有良好延性的结构构件通过设计连接，实现协同联合工作。建筑面临地震灾害时，通常情况下在主震过后，多次余震往往会造成比主震破坏程度更大的结构损坏。

建筑抗震结构体系只有最大程度的增加外部和内部的冗余度数量，有意识的增加分布屈服区，来实现抵御以耗能为主的抗震性能要求。进行高度建筑结构设计时，不可片面过分强调构件强度，必须要综合处理好结构构件的强弱关系，要保证构件具有较长的有效屈服时间，能有效实现结构延性，增加抗倒塌能力。

2.解决屋顶建筑的抗震设计难题。

在屋顶建筑设计时，要尽量降低屋顶建筑的高度。建筑材料适宜选择轻质的建筑材料，要保持刚度分布均匀。屋顶建筑要创造条件，确保地震作用能沿着建筑结构通畅进行传递，确保屋顶的重心和下部建筑重心都尽可能保持一致。当屋顶建筑高度超高时，要确保结构具有较好的抗震定性，要保证屋顶建筑在面对地震作用时，具有较小的变形，尽量不发生扭转地震作用。

3.解决建筑竖向布置设计的问题。

结构概念抗震设计对结构抗震性能起决定性作用，而结构布置则是概念设计的重要体现，这就要求结构工程师不仅要运用好抗震计算分析，还要重视结构概念设计，使建筑设计与建筑抗震设计有机地结合起来，这样建筑抗震设计水平才能达到一个比较完善的高度。抗震设计的高层建筑，在建筑设计中其立面形状宜规则、简单，可采用矩形、梯形、三角形等沿高度均匀变化的上小下大的简单几何图形，要尽量确保结构沿着竖向刚度均匀分布，特别是不设置刚度较大的刚度转换层时。概念设计中，尽可能使剪力墙布置较为均匀，并沿竖向贯通到建筑的底部，同时避免某一楼层的刚度过小，避免地震时的扭转效应。

4.合理进行建筑平面设计布置设计，提高建筑抗震能力。

建筑平面布置设计对建筑抗震影响很大，进行建筑平面布置设计是，要尽可能确保建筑结构的刚度和质量都均匀分布，结构要对称协调，尽量避免突变，防止在地震时发生扭转效应。墙体布置要均匀；剪力墙或抗震墙布置要和结构抗震要求相结合；刚度较大的电梯井要尽量居中布置，避免偏心。建筑平面布置设计要为结构抗侧力构件的合理分布创造条件，要将建筑施工功能和结构抗震要求融为一体，以此来充分发挥建筑设计在建筑抗震设计中的基础作用。

5.带框架-核心筒结构抗震性能设计注意事项。

在出现地震的情况下，框架-核心筒结构要慎重使用刚度很大的“刚性”。这是因为，该结构虽然能够有效的降低结构位移，但是却会引发结构刚度突变，周围内力增加，导致薄弱层的出现。

在对这一结构的刚度进行设置之后，必须重视上、下外围框架柱的强度和延性设计，要通过劲性钢筋混凝土同时使用复合螺旋箍筋；在楼板处要增加厚度，同时在设计配筋的过程中要考虑楼板的翘曲问题。在出现地震的时候，框架-核心筒结构应该使用“有限刚度”，因为从抗震性能设计观念上最大程度的对原有结构的刚度进行调节，对整体的刚度仅仅需要满足规范最低值就可以，而“有限刚度”能够弥补整体刚度之不足，从而防止构建损坏。

四.结束语

结构抗震概念设计对结构的抗震性能起决定性作用，而高层建筑结构的选型与结构布置在结构抗震概念设计中占有极其重要的地位，它们直接影响着结构的安全性与经济性。建筑结构抗震是尽量减少地震作用对建筑的破坏，同时最大程度确保建筑结构安全。建筑结构设计过程中，要最大限度提高建筑结构安全性和稳定性，确保建筑安全性能基础上，实现实用功能，保障住户人身安全。

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