对建筑结构抗震设计中问题的解析

2018-02-17马利桃

建材与装饰 2018年43期

马利桃

（大同市建筑设计研究院山西大同 037008）

引言

我国地大物博、国土辽阔，这也导致我国成为了地震灾害频发的国家之一，为了降低地震灾害的损失，我国也对建筑结构抗震设计提出了相应的标准。建筑结构抗震设计十分的复杂，对设计人员的专业素养要求较高，虽然我国抗震设计在长期发展中取得了一定成效，但是在实际抗震结构设计当中，依然还存在着一些不足，这就需要结合抗震设计的不足掌握设计要点，并采取相应的措施来解决问题。

1 建筑结构抗震设计内涵与目标

1.1 建筑结构抗震设计内涵

通常情况下，建筑结构抗震设计就是通过研究地震对建筑结构造成的破坏程度，并通过长期的抗震设计经验总结，获取更加有效的设计方案，从而应用到建筑结构当中的过程。地震作为一种随机性非常强的剧烈振动，具有复杂性、随机性、不确定性等特点。因此在建筑结构抗震设计当中，需要对建筑结构性质、空间、材料、外界因素进行综合考虑，尽可能消除不确定性因素。建筑结构抗震设计中不能仅凭借计算数据，还需要结合地震易造成的工程破坏部位、破坏原理进行考虑，按照地震动理论，通过对抗震设计进行总结，最终确定设计方案，这也是建筑抗震设计当中的一大突破点，从本质上提升建筑结构的抗震性能。

1.2 建筑抗震设计的设防目标

结合地震的实际强度，可以将设防标准划分为3个等级：①第一水准。如果建筑结构遭受了低于当地地震设防烈度的多遇地震影响时，通常建筑不会受到损坏且不需要修理，建筑工程各项功能可以正常使用，也就是所谓的“小震不坏”；②第二水准。如果建筑结构遭受了相当于本地抗震烈度的地震影响时，可能建筑结构会遭到损坏，但是通过修理或不需要修理即可保证建筑工程各项功能可以正常使用，也就是“中震可修”；③第三水准。如果建筑结构遭受到了高于本地区抗震设防烈度，建筑结构不至于倒塌或危及生命的危险，也就是“大震不倒”。

对于使用功能以及其他方面具有专门要求的建筑工程，在进行抗震性能优化设计当中，需要提出更加具体、抗震等级更高的抗震设防目标。对于抗震设防在VI度以上的地区，建筑工程必须要采取抗震设计。抗震设防烈度的确定必须结合国家规范的要求。

2 建筑工程抗震设计中的关键问题以及实施要点

2.1 抗震场地选择

在相同的设计条件下，场地的地质条件对建筑抗震性能有着极大的影响，并且受到地震破坏程度差异明显，所以做好抗震场地选择工作十分重要。在选择抗震场地时，尽可能避免地质较差的场地，降低地震带来的灾害。通常情况下，微风化与中等风化基岩、密实砂土层、含水量低的黏土都是较为有利的建设场地，而软土、液化土、湿陷性黄土都是不利场地，需要正确辨别场地的影响因素。如果工程建设区域地质不理想，则需要结合土质采取加强措施，同时要对可能出现的不利条件进行估算，并采取预先防护措施进行加固处理。如果发生地震时可能出现断裂的场地，需要重点加强地基，确保基础工程的安全。

2.2 建筑结构抗震体系

合理选择建筑结构抗震体系是保障抗震设计质量的重要因素，建筑体系是否合理直接决定了建筑工程的经济性、安全性。在建筑结构抗震体系设计当中，需要重点从以下三点入手：

（1）确保建筑结构体系合理性，需要避免部分结构遭到破坏对整个工程的影响，同时也包括部分构件遭到破坏造成整体结构瘫痪。所以在建筑结构抗震设计中需要保留一定的冗余度，并具备较好的变形能力。如果发生了地震灾害，即使局部出现了严重损毁，其余部位也要能够承担横向、纵向荷载，提高建筑结构整体的稳固性。

（2）确保建筑结构抗震性设计的清晰性，明确设计当中地震力的传递路径，在对竖向建筑构件进行布置当中，要保证重力荷载均匀，并对楼屋盖梁体系设计当中，垂直重力荷载需要以最短路径向竖向构件传递。保证建筑整体抗侧力结构的剪力墙、支撑系统、框架等相互联系，结构体系受力明确。

（3）确保建筑结构体系的刚度、强度满足要求，避免因为局部刚度、强度产生变化而影响整个结构。在设计框架结构过程中，需要重点考虑节点问题，避免节点被破坏，对于抗震性能较为薄弱的部位要采用更加合适的防护、加固措施，这样即可提高抗震性能。

2.3 建筑结构平面布置的规则与对称性

根据抗震理念，对建筑立面、平面设计时，应确保建筑结构的规则性。对于不规则建筑工程通常都是采用空间结构计算模型；对于工程结构中较为薄弱的环节，需要提高内力系数，结合相关标准对弹塑性变形进行分析，薄弱部位需要采用针对性抗震设计。

对称性同样是抗震设计中的重要一环，需要建筑结构对称、质量分布对称、刚度对称。通常最理想的方案是“三心重合”，三心即平面形心、质量中心、刚度中心。结构对称也就是抗侧力主体结构对称，该种对称较为容易实现，主要保证主体结构沿着主轴方向进行刚度、强度设计，变形特征差异不大；保证沿抗侧力主体结构当中的主轴线强度、刚度分布均匀；结构整体具备一定的协调能力，确保刚度、强度能够满足扭矩性能，这样即可在发生地震灾害时，建筑结构不会产生较大的扭转变形，避免主体结构、构件遭到破坏。

3 解决建筑结构抗震性能的措施

3.1 合理布局地震外力能量传递吸收

外力传递吸收是保证建筑结构抗震能力的前提条件，采用合理的布局方案，可以确保支柱、梁、墙轴线处于同一平面，这样可让构件双向抗侧力体系更加合理。采用此布局方案，如果发生了地震，即使对柱、墙、梁的弯剪破坏，其塑性屈服也会发生在底部。再者，连梁塑性屈服要控制在连梁位置，同时还具备一定的变形能力。该种结构设计方案，在地震时会充分发挥结构抗震作用，结合“墙强梁弱”的理念，可以提高墙肢承载力，确保结构抗震性能。

3.2 抗震构造措施

结合抗震等级对工程进行抗震构造措施（包括梁、柱、墙）的加强，这样可以在发生地震时候，梁、柱、墙都达到要求抗震标准。建筑工程多数都是采用钢筋混凝土结构，如果钢筋的承载力、延性较好，则结构抗震性能也更强。所以，为了确保钢筋混凝土结构承载力、延性，需要在建筑结构设计中按照“强剪弱弯”、“强柱弱梁”、“强节点弱（杆）件”原则进行设计，严格控制柱截面尺寸，保证柱的轴压比满足实际要求，严格按照构造配筋要求，从而不断加强节点构造，提高节点的抗震性和牢固性。

3.3 设置多道抗震防线

提高建筑结构的抗震性能，需要设置多道抗震防线。在整个建筑工程抗震体系当中，如果发生了地震问题，会在地震作用下部分延性较好的构件率先出现塑性屈服，也就是可以承担起第一道抗震防线作用。之后，其他构件同样也会起到抗震防护作用，在第一道防线出现了塑性屈服之后，之后的抗震防线会逐次屈服。该方法可以形成多道抗震防线，产生第一道、第二道……第N道抗震防线（取决于塑性屈服构件的数量），如果第一道防线塑性屈服达到了极限时，则第二道防线即可发挥作用。该结构在保护建筑结构安全中有着重要意义。