基于抗震理念的民用建筑结构设计

2021-03-29姜帅云

建材与装饰 2021年8期

姜帅云

（古风今韵建筑集团有限公司太原分公司，山西太原 030012）

民用建筑结构的抗震设计需要从抗震值和抗震措施等多方面展开分析，在保证民用建筑功能性的基础上，调整建筑结构，以优化建筑抗震性能，抵抗地震灾害带来的威胁，延长民用建筑的使用寿命。

1 民用建筑结构抗震设计的目标

民用建筑结构的抗震设计目标可概括为两方面：①结合建筑所在区域的小震效应进行建筑结构承载力的准确计算，明确结构间的力学关系，做好弹性变形规划，使建筑结构在外力作用下不会存在明显变形现象；②在大震效应下精准计算建筑结构弹性变形，合理规划建筑结构的抗震等级，使其满足第三水准抗震要求。民用建筑结构抗震设计应坚持小震不坏，大震不倒的基本原则，合理设计建筑结构强度、承载力、应力及变形系数，优化民用建筑的使用性能。

2 抗震设计的重要性

民用建筑的主要功能是为人们提供舒适、健康、安全的居住环境，以免人们的生产生活、休闲娱乐和文化交流等受到外界环境的影响。地震是一种波及范围广、破坏力强的自然灾害。当地震达到一定等级，还会引发山体滑坡、泥石流、海啸等次生灾害。一旦发生较大等级的地震，则会造成无法挽回的经济损失和人员伤亡。对于普通民众来说，建筑是至关重要的避难场所。由此，加强民用建筑的抗震设计也显得尤为重要。

此外，随着市场经济的繁荣发展，以及现代化城市建设进程的加快，高层建筑与超高层建筑越来越常见。一旦发生地震灾害，高层住户的生命财产安全就会受到极大的威胁。为此，人们对民用建筑的抗震设计的标准要求也不断提高。总而言之，基于抗震理念对民用建筑结构展开合理设计，能够增强建筑的抗震能力，延长建筑的使用寿命，进而保障公众的生命财产安全，确保社会关系的稳定。

3 民用建筑结构抗震设计的原则和应用

3.1 遵循原则

3.1.1 简单性

建筑结构设计的简单性。在民用建筑结构抗震设计中，简单结构的应用便于准确了解力的传导路径，便于计算力学的参数，从而优化结构抗震性能，避免因传力不均匀产生的变形、位移等问题，影响民用建筑质量。同时简单结构也便于工作人员构建结构模型，分析地震发生时，地震波作用力的传导情况，及时做好预防和控制，规避危险事故的发生。

3.1.2 整体性

民用建筑结构设计中，抗震性的凸显还应从整体性角度展开综合分析和把控。建筑结构抗震性能的控制不是通过单一或局部结构实现的，需要整个结构体系的共同作用。所以在设计过程中，应从全面性角度展开分析，对建筑结构实行科学规划布局，注重设计的合理性、可靠性。尤其是对于可能影响到建筑工程项目稳定性的各个因素，更需加以严格规避，加强各结构部分之间的协调性，对于各个部分直接的力学作用特点，也应进行精确分析，如此才能保障相应的抗震性能得到最理想的体现。

3.1.3 抵抗性

民用建筑结构抗震设计中，抵抗性的提升是为保障建筑结构稳定性，使其在地震波作用下不会存在偏移、变形等问题。抵抗性能越强，相应的建筑稳定性也就越高。所以在设计中，要对建筑结构抵抗性加以综合分析，并做出准确计算，以提高建筑质量及安全系数。在建筑工程结构设计时，先构建较为理想的抵抗力，这样也就能够促使其在发生地震时，发挥相应的抵抗能力，体现较为理想的预防性效果。值得重点关注的是，抵抗性的设置应有上限，以免超出材料承受能力，使结构失去原有平衡。

3.2 抗震理念在民用建筑结构设计中的应用

3.2.1 地质选择

为加强民用建筑结构抗震设计合理性，首要工作是考虑建筑地基结构的抗震性，地基抵抗能力较强、稳定性高，在地震发生后，能够做好力传导的科学处理，降低地震对上层建筑的影响，避免危险的发生。地基结构质量的保障需考虑到所在区域土体土质特征、环境因素及周边人为因素等内容，科学选址，提高民用建筑质量。

现阶段我国已经提高对地质因素导致的地震灾害问题的重视程度，并结合现有资料数据，完成灾害等级划分，为后续评估工作提供依据。目前将灾害等级划分为甲乙丙丁这四类，甲类建筑可预防大型地震灾害，安全性最高；乙类是存在发生地震的可能性，但是能够及时恢复的建筑地质类型；丙类适用于普通类型的建筑；丁类的安全级别最低，主要用于普通地区或安全级别高的地区的临时性建筑。在建筑结构设计时，需要参考地质的安全级别。

3.2.2 结构延性设计

在达到第三水准抗震设计要求时，建筑结构已经进入弹塑性状态下，这时为保证建筑结构安全性，提高抗震能力，需要对建筑结构的延性加以细致分析和考量。如钢筋混凝土结构，为增强延性拓展能力，需对构件结构状态加以把控，确保其不会在地震能量作用下出现破坏形态，加快地震能量消耗速率。对于竖向构件来说，钢筋混凝土结构的柱轴压比与延性之间成反比关系，柱轴压比越大，相应的延性越低，这时就需要采取增加箍筋的方式，对结构延性加以扩展，满足结构弹塑性要求（如图1 所示）。对于应力分布不均的构件来说，延性无法达到规定要求，这时可通过型钢混凝土作用处理，增强平衡效果，保障延性的平衡性。

图1 结构延性设计

3.2.3 非结构构件设计

非结构构件是依附在主体结构上，用以完善主体结构抗震性能的重要组成部分，在对这类构件设计时，应考虑以下几点内容：女儿墙、雨蓬等结构中的附属构件，做好构件与主体结构之间的连接锚固处理，以此增强结构稳定性，降低地震灾害带来的不良影响；围护、内隔以及填充等结构墙体上的非结构构件，一方面要尽可能缩短自震周期，减少对主体结构的影响，缓解地震作用力。另一方面要改变主体结构的刚度分布，从而改变地震作用下构件之间的内力分布；改变主体结构的受力状态，如局部高度的填充墙，主体结构短柱存在脆性破坏；装饰、贴面、顶棚等结构需要实施柔性连接处理，避免地震中粘贴或悬吊物体掉落。

3.2.4 实效验证

民用建筑结构抗震性合理性与否，可借助计算机系统完成实效验证，以确保设计合理性、可靠性。利用计算机辅助系统，输入性能设计要求和相关参数，可对结构构件、结构体系性能加以优化调整，并在此基础上，结合建筑功能要求及区域出现的不同类型地震危害，开展建筑结构的抗震性能检测，分别记录在不同地震等级下，根据结构及其构件发生的变化特征，判断抗震效果。

在验证过程中，一般会分为小震、中震和大震这三个等级。小震作用下，结构构件的弹性和承载力应满足规定要求，且在最不利荷载组合引导下，调整和优化结构构件；中震下，验证构件的弹性和不屈服性，并按照下表所示，对构件的抗震性能加以判断；大震下，需要做好关键结构部位构件不屈服性的分析，做出科学调整和优化。

3.2.5 平立面体型设计

民用建筑结构抗震设计中，平立面体型的确定是增强民用建筑结构稳定性的关键环节，只有合理规划建筑结构平立面体型，才能在保证建筑结构稳定性的同时，优化建筑整体抗震性能，规避建筑在地震灾害中产生的破损及变形问题，延长建筑使用寿命，提升民用建筑的价值。

在民用建筑结构抗震设计中，建筑结构平立面体型设计一方面要结合建筑具体要求、现场实际情况及功能需求这几方面，展开分析和思考，尽可能以平面规则体型设计增大建筑结构强度和承载力，控制每层结构的刚度。另一方面则是尽可能减少凹凸结构的出现，将建筑结构的平立面设定在同一直线内，保持结构整体性和稳定性。设计过程中，如果遇到复杂性强、施工难度大的建筑，结构抗震设计中，需做好抗震缝的合理规划和处理，借助抗震缝实现建筑结构的划分和隔离，这样在地震灾害发生时，两侧结构不会存在明显碰撞，防止产生变形、位移或倒塌情况。抗震缝位置多在结构变形敏感区域内，设计时要做好对比分析及科学考量。