分析民用建筑结构的抗震设计问题

生兆中

（南京市市政设计研究院有限责任公司 江苏南京 210000）

引言

建筑工程项目设计中，需要切实把握好结构设计，促使其建筑结构能够具备较为理想的可靠性，进而使相应建筑物的使用更为合理安全。在建筑结构设计过程中，抗震性能设计是非常重要的一个方面，为使建筑物能够具备理想的抗震性能，需要从结构设计入手，对于当前建筑结构设计中比较容易出现问题的各个方面进行严格控制，充分提升其相应建筑结构设计的有效性，保障安全。地震产生的破坏程度非常大，因此，做好建筑结构的抗震设计是十分必要的。做好建筑的抗震设计能够提升建筑的稳定性，保证建筑内部人们的生命安全和财产安全。因此，设计人员应当从实际情况出发，结合建筑物的使用、地质等情况做好建筑结构的抗震设计。

1 民用建筑结构抗震设计的重要性

结构抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。如能利用合理的结构理论、结构抗震概念设计可使结构设计更趋合理，最大限度地减少或避免建筑物在地震中破坏或倒塌。在建筑结构设计中，抗震设计的主要内容是设计人员通过以往地震中建筑倒塌的数量、破坏情况等进行总结，并在此基础上结合当下的设计理念、建筑场地的实际情况来进行趋于完善的抗震结构设计，使建筑能够抵抗一定烈度等级的地震灾害。抗震设计的目标是为了保证人们的财产、生命安全等，为其提供更加稳定安全的生活环境。因此，设计人员应当充分考虑地震的主要破坏机理，以便站在全局的角度完成抗震参数的设计，使建筑结构的外形、结构、构件质量等都能够提高建筑的质量，达到设计的抗震设防目标。另外，在方案设计阶段，为了给建筑方案提供正确的概念和思路，需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择使用效果最好、造价最经济的结构方案。

2 抗震概念设计在民用建筑结构设计中的应用

2.1 抗震结构设计

就当前的建筑概况来看，150m以上的建筑中，主要采用了三种类型的结构体系，即框－筒、筒中筒以及框架支撑体系，这三种体系均是在超高层建筑中应用较好的主要体系。我国钢材生产总量较大，且在钢结构生产中取得了非常大的进步，故建议在超高层建筑结构设计中，尽可能运用钢骨混凝土、钢管混凝土结构以及钢结构，并在此基础上，不断调校柱截面的形式与大小，改善结构中的抗震性能。建筑结构在抗震功能的设计中，设计人员可以将传统的、以硬性为主的抗震模式逐渐转向以柔性为主的抗震模式，最终将以柔克刚和刚柔相济的主要理念落实，能够将地震发生时的主要地震力进行释放。

2.2 隔震技术及发展

隔震控制技术应用中最重要的就是基层隔震处理。建筑结构设计人员在建筑结构的基础部分与上部结构之间增加隔震层，将建筑基础与上部结构进行隔离，降低地震能量的传播成效，提升建筑工程项目的抗震性能，缩减地震能量对建筑主体结构的破坏作用。隔震技术在建筑结构设计中的应用，可使得建筑工程主体结构在地震灾害的影响下，仍保持良好的应用安全性，同时对建筑内部的非结构构件起到保护作用，且地震灾害过后，建筑工程无需进行大规模的修复工作，只需更换建筑隔震装置即可。隔震控制技术的应用对隔震装置要求较高，隔震装置要具备很强的竖向承载能力、初始刚度和强度性能，能够在地震作用力的影响下对建筑水平位移进行有效控制；隔震装置自身的水平变形能力以及阻尼能力也是非常关键的，在地震自然灾害中，隔震装置的自振周期可以逐渐接近场地振动特征周期，以此吸收和消耗一定的地震能量，减轻地震灾害。

2.3 民用建筑空间布局设计

对建筑空间布局进行合理设计对提高建筑结构的抗震性有着十分重要的促进作用，因此，在对建筑空间布局进行设计的过程中，设计人员可以从以下几方面入手：①考虑空间结构的均衡性。在地震灾害中，建筑不仅会受到来自地面的地震力，还会受到风荷载作用，因此，在其抗震设计中应当考虑到来自各个方向的作用力，从平面主轴出发，使其具有足够的刚度和稳定性，且刚度越好，稳定性就越高，能够承受水平力的性能就越好，但刚度大相应地震作用力越大，需把握好平衡点。②考虑空间结构的规则性。建筑结构越复杂，在设计的过程中就需要考虑更多受力方式，在计算相关参数的取值过程中也会更加繁琐。因此，设计人员在抗震设计时应当尽可能简化设计内容，减少可能会影响建筑抗震能力的因素，同时通过模拟计算全面验算抗震设计，保证建筑的稳定性。③考虑空间结构的整体性。抗震设计是一项整体性较强的工作，并不是对建筑的部分构件加强抗震性能，因此，设计人员应当将楼盖、建筑内部以及相应的底层结构有效结合到一起，使其在地震灾害的冲击下能够以整体的方式抵抗地震产生的作用力，这样能够避免单一结构抗震性能低下而造成建筑整体崩塌的现象，在提高各部分抗震性能的同时，提高了建筑整体的安全性。

3 民用建筑结构抗震设计优化措施

3.1 做好民用建筑场地的选择

建筑场地的选择对抗震结构设计来说十分重要，且场地选择是抗震设计的首要工作，设计人员应当从以下几方面进行建筑场地的选择，以提高抗震设计效果：①建筑结构设计人员应当尽可能选择一些较为平坦、开阔的地点作为建筑场所，且要保证建筑地点的土层具有良好的力学性能，能够承受建筑荷载。②避免在地层复杂、软弱土场地或饱和粉砂粉土等特殊土场地进行建设，由于上述地点土地的承载能力不能够达到相关设计标准，或者地震时存在液化现象，进而不能够很好地抵抗地震带来的危害，因此，不能将上述地点考虑在建筑抗震结构设计中。③不能将建筑地点选在易发生泥石流、滑坡等现象的地点，降低自然地质灾害对建筑整体的影响，进而降低地震对建筑安全的危害。

3.2 抗震结构体系的选择

首先结构体系要能概括出计算简图和内力传递路线，同时为了增加安全裕度，避免因部分构件的地震破坏而引发建筑整体结构体系失去抗震能力或承载能力，应设置多道抗震防线，比如地震发生时，在框架结构中，填充墙应先于框架破坏；框架－抗震墙结构中，抗震墙应先受水平地震力破坏。同时，在概念设计中要重视强度、刚度的合理分布，质心和刚心偏心距越小越好，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，在遇到地震破坏时产生过大的应力集中或塑性变形集中；对可能出现的薄弱部位，需采取有效措施以提高抗震能力。

3.3 型钢混凝土结构的抗震设计

型钢混凝土结构在抗震结构的施工中具有很多优点：型钢的刚度高于传统钢筋混凝土结构中钢筋的刚度，加上混凝土的作用，使得型钢混凝土结构的强度、刚度、耗能性能都具有明显优势；由于其结构的延性好、耗能性能高、承载力高的特点，使得这种结构在抗剪承载力方面性能优越、震动衰减快、对温度变化反应小、抗扭转屈曲性能好，因此具有优良的结构抗震性能。型钢混凝土梁柱节点中的型钢腹板参与到工作中，这就增加了节点抗力能力，同时型钢的翼缘框能够很好的约束核心区中的混凝土，提高了节点抗裂度和极限承载力。

3.4 设置多道抗震防线

采用冗余构件，增多抗震防线。对于高层建筑而言，一般采用双重抗侧力体系：框架－抗震墙、芯筒－框架、内墙筒－外框筒、框架－支撑，其在水平地震侧力的作用之下，通过各层的楼盖，进行工作的协同。同时，这种体系会在地震发生时，依靠支撑或者是墙体等作为主要的抗震防线，为有效保证这一体系的抗震防线，一般采用的方式为：同一轴线位置设置延伸性较好的抗弯梁的方式，利用这些连系梁承担地震前期脉冲的冲击，以达到保护主体结构的目的。

4 结语

由上可知，在不可抗力的地震灾害面前，虽然无法做到有效的规避，但是可以通过加强建筑结构设计中的抗震设计来提高建筑的稳定性。设计人员应当在做好建筑选址的前提下，对抗震参数进行精确设计，并在设置多种抗震防线的基础上，做好建筑空间布局设计，以提高建筑整体的安全稳定性能。随着生活水平的不断提高，为了顺应了社会的发展出现了很多的高层建筑，为保证建筑使用的合理性，抗震设计要巧妙的融入到建筑方案设计之中，做到有效保证广大居民的生命财产安全，最大限度的排除一切地震给人们带来的伤害，维护我们共有的和谐家园。

[1]叶列平，缪志伟，程光煜，等．建筑结构基于能量抗震设计方法研究[J]．工程力学，2014，31（6）：1～12．

[2]王蓓蓓，董军．基于抗震概念设计的典型学校建筑钢结构加固设计方法[J]．四川建筑科学研究，2014，40（4）：92～97．

[3]罗春燕，严奉婷，张吾渝．设置少量抗震墙的框架结构抗震设计分析[J]．四川建筑科学研究，2012，38（4）：182～184．