建筑结构抗震优化设计研究

2018-02-17朱术华

建筑与装饰 2018年14期

朱术华

华东建筑设计研究院有限公司安徽分公司安徽合肥 230000

前言

如何加强建筑结构的抗震性能已成为人们广泛关注的焦点，如果地震灾害一旦发生，将造成不可估量的危害，不仅会减缓我国的经济和社会发展，还将会对人们的生命和财产安全造成极大的危害。建筑结构设计人员在进行建筑结构抗震设计时，必须要充分认识到抗震设计的重要性；另外，要严格控制建筑物的抗震设计，提高建筑结构的整体抗震性能，为人民群众生命财产安全提供可靠保障。

1 抗震设计在建筑结构设计中的重要性

随着我国人口日益增长，城市人口密度也越来越大，过多的人和财富集中在一个地区，一旦地震发生，财产的损失和伤亡是不可估量的。地震是最大的自然灾害之一，也是难以避免的自然灾害。目前，由于我国科技现阶段无法准确预测地震灾害，尚无相应的有效措施，所以应该如何利用现有的技术和思路减少建筑物地震造成的损失，是当前为止，世界各国地震工程界都值得深刻反思的问题。为了减少地震发生对建筑物造成的破坏，目前全球有90%以上的国家正在进行建筑抗震设计原则，该原则为：大震建筑不倒、中震建筑可加以牢固、小震不破坏建筑结构。然而，当中、小地震发生时，部分建筑物的结构可能会丧失功能，加上建筑设备的成本和装饰技术的成本高于建筑本身的成本，造成不可预知的经济损失，由此可见加强建筑结构抗震设计的重要性[1]。

2 影响建筑结构抗震能力的主要因素

①结构总体布置。高层建筑结构体形设计情况、结构是否对称、强度刚度变化是否做到连续、均匀，结构的总体布置水平对建筑抗震能力有着较大影响。②结构选型。不同的地质特征要针对性的进行结构类型的选择，超静定次数要保证，以此对地震输入能量进行尽可能的消耗来提升建筑抗震可靠性。③结构整体性。增强建筑物竖向刚度的同时要注意各个构件之间的连接情况，保证建筑物的整体性，以此为基础建立其适应地震时可能发生的大变形的延性要求。④材料选择。建筑材料质量对结构质量起到了决定性作用，保证建筑材料质量是保障后续施工质量和抗震的基础。⑤刚度、延性强度比例。建筑结构抗震能力的体现需要相匹配的刚度、延性、强度进行合适的配比，这是建筑结构抗震的内在需求。⑥建筑场地。建筑施工前要对建筑场地进行细致的勘察勘探，选择有利的施工场地，对存在不利因素的场地要尽量避让。⑦施工质量。施工过程中对材料的使用不当、几何特征的破坏等等都可能会建筑的实际抗震能力造成影响。在进行建筑结构抗震设计过程中，要注意以上建筑抗震能力影响因素，以科学合理地进行抗震设计，保证建筑物抗震能力[2]。

3 建筑结构抗震优化策略

3.1 造型抗震优化策略

建筑的外观设计和建筑的平面布局、建筑体量有密切联系，因此建筑造型设计也是建筑结构设计的重点部分，在开展设计时，不应该仅仅追求建筑外观，忽略建筑性能，导致建筑出现不规则、不对称的情况。当地震发生时，不规则的建筑布局会导致建筑结构出现受力不均的情况，因此，在进行建筑平面布置时应尽量选择矩形、方形等较为规整的平面类型，防止外力拉伸挤压对建筑结构造成影响，在保证建筑结构抗震设计质量的同时使建筑具有一定的艺术性和美观性，实现建筑实用性、坚固性和美观性的相互结合。

3.2 建筑结构平立面布置和体系

设计工作要遵循以下两点：①建筑结构和立面工程的设计要规范建筑物及其防护结构的外观、对称性和整体性，不应使用重度不规则的设计；建筑物的垂直部分应该是统一的，避免其突变和承载力的突变。建筑结构在平面设计时应尽量采用左右对称布置的柱墙梁等结构构件，而设计过程中，调整立面上的立柱不能出现中止或取消的情况，只有充分利用简单、规范的结构形式才能提供更高的稳定性和可靠性。但是，对于一些角度较大的建筑结构，一些问题和缺陷是不可避免的；②从选择建筑结构体系的角度来看，结构体系不仅需要清晰的地震计算和传递图，而且要避免某些结构或构件的承载能力受到破坏，以免给整个结构的抗震性能带来损失或影响重力载荷，还要具备基本的抗震、形变、地震能耗等类型的性能，因此，必须采取有效措施提升建筑整体抗震能力，其结构体系应该不仅仅是一个地震防护线，例如，抗震墙体系由一个框架和两个不同侧面结构的墙体结构组成；双层或多层抗震墙体系由多个肢体组成，宜在两个主轴方向的动力特性相近，宜刚度和承载力分布合理，避免出现局部弱化或变异情况。

3.3 增加抗震防线

通过增加抗震防线，在第一道防线遭到破坏后，还可以通过其他防线降低地震冲击力对建筑结构造成的影响，可以有效提高建筑抗震性能，例如可以选择用多个支节与壁式框架的“框架剪力墙”结构来提高结构抗震性能。在框架剪力墙结构中，以剪力墙作为第一道抗震防线，因此为有效提高抗震性能应设置足够多的剪力墙。减小地震能量的输入和设置消能减震构件。强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌[3]。