建筑结构设计中的抗震结构设计理念

2021-11-23程丽红赵建武

商品与质量 2021年41期

程丽红赵建武

山东省鲁商冰轮建筑设计有限公司山东济南 250101

在建筑工程中，结构抗震设计尤为重要，需要设计人员结合工程具体建设要求，进一步优化抗震结构设计理念。积极借鉴国内外先进的建筑工程抗震设计案例，选择适宜的抗震结构形式，从根本上提高抗震等级，确保建筑工程能够在保障建筑用户人身及财产安全中发挥出重要作用。

1 建筑工程抗震结构设计工作重要意义

相较于其他自然灾害而言，地震给社会发展带来的冲击作用极大，对建筑结构会造成直接破坏。因此为最大限度预防及减轻地震灾害带来的毁灭性，还需要做好建筑抗震结构设计与安装工作。

合理的抗震结构设计方案能够从根本上保障建筑工程的完整性，确保建筑工程能够充分发挥出应有使用功能[1]。在地震灾害发生的情况下，高抗震等级建筑物结构不会产生整体倒塌或严重损害，可切实保障人民人身安全。

在建筑结构抗震设计工作开展期间，应当充分了解工程所在地区的地震烈度等级，选择适宜的抗震结构体系。现阶段建筑结构抗震设计目标完成任务主要分为以下三种：

（1）在发生小强度地震灾害的情况下，建筑物不会受到破坏，其正常使用功能不会受到影响。

（2）在发生中度地震灾害的情况下，建筑物会遭受不同程度的损伤，但在基本修复后仍可以继续使用。

（3）在发生较大强度地震灾害的情况下，应当最大限度保障建筑物的整体性，避免建筑物出现倒塌情况。

2 建筑工程抗震结构设计要求

现阶段建筑工程抗震设计工作需满足小震不坏、大震不倒的要求。在抗震结构设计时，应当结合地区地震发生烈度，选择适宜的抗震设计方案。建筑抗震结构需要保持较大的弹性范围，使结构在强度较小地震的情况下不会发生损害问题，也不必进行修补[2]。着重关注建筑结构受地震荷载率影响的结构破坏模拟分析工作，制定出易破坏构件的修补方案，从根本上提升结构整体的承载力、延展性。

在抗震结构设计时，也需要注重考察建筑工程整体使用年限及建筑工程使用功能，最容易发生倒塌事故的建筑物，进行重点抗震设计。要求在地震频发区域有抗震结构设计期间配合使用弹性发应方式，做好中度及重度地震发生后的设计预防演算工作，切实保障建筑物抗震性能。

3 建筑工程抗震结构设计原则

现阶段国家及有关部门对建筑工程抗震结构设计水平的关注度日渐提升，针对抗震结构设计工作颁布了细致的明文规定。为从根本上保障建筑结构中抗震结构设计效果，应当在设计工作开展时严格遵守以下原则：

（1）整体性原则。建筑结构设计工作开展期间，需要着重关注抗震结构整体性的维护工作。从工程整体角度出发，分析各类因素对建筑结构整体抗震性能造成的不利影响，切实提升建筑工程结构构件协调性，使建筑结构的抗震性能得到根本上保障。要求设计工作开展时，还需要注重分析建筑工程不同部件的力学特征，结合工程施工现场地质条件以及周边建筑物分布情况，选择适宜的建筑工程抗震结构形式，切实提升建筑结构整体稳定性。

（2）简化性原则。为使建筑工程设计与施工环节的经济效益能够得到根本上保障，抗震结构设计工作开展期间还需要遵循简化性原则。在丰富实践经验积累下，设计人员应当认识到建筑结构形式越简单、其自身抗震性能就越强的特征。因此对于复杂的建筑结构而言，需通过简化其结构形式，切实提升结构力学性能计算精准度，从根本上保障结构整体的平衡性。利用简单的建筑结构还可以有效控制地震灾害对结构造成的破坏力，确保建筑工程能够抵御较大等级地震灾害，增强自身抗震设计水平。

（3）抵抗性原则。为使建筑结构在受地震作用力的影响下依然能够保持完整度，还需要进一步增强建筑结构抵抗性设计质量。要求在设计时配合使用先进的设计软件模拟出理想结构抗震效果，分析建筑工程不同结构抗震性的要求，确保建筑工程在遭受地震灾害的影响下依然结构完整。通过选择适宜的结构，提升建筑工程整体地震抵抗力，保障建筑结构受力平衡[3]。

4 建筑结构中抗震结构设计理念主要内容

建筑结构中抗震结构设计工作对切实保障结构延性、承载力、稳定性意义重大。为从根本上提升抗震结构设计水平，需要树立起合理的抗震结构设计理念，明确建筑工程抗震设计目标及任务，确保抗震设计方案中的结构受力传输路径清晰合理，使建筑结构抗震性能设计与设计刚度相协调。

4.1 整体设计理念

建筑工程结构的整体性可直接影响到其实际运营期间的抗震性能，因此在结构设计过程中需要选择整体性较强的结构构件，确保此鞋结构能够充分发挥出收集力、传递力的积极作用，使建筑工程垂直结构可在不同等级地震的作用下依然能够保持完整。在整体性抗震设计工作开展时，需要通过选择适宜的材料与结构构件，保障结构整体抗震性能。

4.2 结构清晰理念

在抗震结构设计期间，应当确保建筑结构受力传力路径的清晰性，地震发生后建筑结构内力、位移情况的建模分析工作，精准计算出建筑物结构中的薄弱环节，并以计算结果为依据对建筑抗震结构方案进行切实优化，从根本上提高建筑工程抗震结构设计水平。

4.3 协调设计理念

要求在建筑结构中的抗震结构设计工作开展过程中，还应当树立起结构抗震性能与设计刚度相互协调的理念[4]。要求在抗震设计时充分考虑地震作用下结构刚度及变形力，计算出建筑结构的平衡度与变形量，最大限度减少建筑结构地震作用影响，增强建筑工程结构整体抗震水平。

4.4 均匀规则结构理念

均匀规则结构理念也是建筑工程抗震结构设计重要理念之一，对从根本上保障工程整体控制水平具有积极作用。设计人员在使用均匀规则结构设计方式时，需着重关注建筑结构布局的合理性，确保建筑工程结构抗侧高度基本相同，增强结构整体的稳定性与抗震性能。

5 建筑结构中抗震结构设计要点

5.1 建筑结构体系选择

如建筑工程以混凝土材质为主，工程结构不仅为受力体系，也为荷载传递体系，与建筑工程实际运营期间的安全性及可靠性关联密切。在建筑结构设计工作开展时，还需要着重分析建筑物施工材料性能、建筑整体功能、建筑施工场地及环境要素。由于建筑工程抗震性能会受各类因素影响，因此需要在设计工作开展期间选择适宜的建筑结构体系。

就目前来看，建筑工程结构体系种类较多，不同结构的优缺点显著。如在建筑工程中使用剪力墙结构，能够从根本上提升工程整体承载力及侧向刚度，但由于其体积较大，无法适应大空间布置要求[5]。框架结构布置灵活性较强，但在应用在剪切变形的柔性建筑结构中，抗震效果无法达到理想目标。因此现阶段建筑工程抗震结构设计工作多采用剪力墙与框架相结合的方式，通过充分发挥出此两种结构优势，稳定提升工程整体抗震水平。

框架-剪力墙建筑结构体系应用时，由于框架及剪力墙结构自身的高度差异性较大，导致建筑工程在地震作用影响下的结构会呈现出不同大小的位移，因此需要在设计期间着重关注两结构的变形协调性。

在建筑工程混凝土结构设计与选择期间，需要保障结构体系简单、实用，能够充分承受来自地震荷载的变形力与冲击度，使各构件相互协调配合，保障整体结构共同支撑水平。

着重加固处理建筑工程薄弱之处，提升建筑工程布局合理性。举例而言，在建筑工程为高层的情况下，可使用纯剪力墙结构，最大限度增强建筑工程抗震水平。在建筑工程为综合体的情况下，可使用简体结构，满足工程整体使用性能。

5.2 建筑结构布局设计

在建筑工程结构设计期间，结构布局的科学性与合理性也可直接影响到建筑整体抗震性能，如建筑结构布局平面，竖直面规则度、刚性等设置水平会使建筑工程整体抗震性发生变化。为从根本上保障建筑工程抗震结构整体设计效果，需要着重关注以下要点：

（1）建筑结构布局中的各构件分布应当保障规则且对称，要求建筑中心及刚度中心始终处于重合状态。

（2）竖直建筑结构布局需采用合理方式降低建筑重点，避免建筑工程出现错落问题，对工程后续抗震性能造成严重不利影响。

（3）建筑结构墙体、支撑柱等强度及刚度需要满足实际设计标准，确保此些关键结构的抗震等级符合现行技术规范。

（4）做好抗震等级设定工作，确保建筑工程能够在不同地震情况下就能够保障完整安全。与地质勘查部门进行密切沟通，结合地区历史地震发生资料，确定建筑结构抗震等级。

5.3 设置多道抗震防线

建筑工程体系为多种延性分体系，不同分体系需要使用有效的延性连接方式，以从根本上保障结构整体抗震效果。以建筑工程中的框架-剪力墙结构为例，该结构主要就是将框架与剪力墙结构结合在一起。在地震等级较大的情况下，如单一分体系受到破坏，其他分体系依然可以保障建筑结构整体完整性，形成多道抗震防线。

建筑结构可借助设置多道抗震防线来抵御地震破坏力，避免建筑在较强地震作用下出现倒塌问题。通过将多个分体系连接在一起，如使用剪力墙连梁结构，降低地震破坏作用下的建筑物整体塑性变形度，从根本上保障建筑主体结构的完整性。

5.4 结构性能参数计算

在建筑工程抗震结构设计工作实施过程中，还需要做好结构性能参数计算工作。具体而言，建筑结构参数与建筑工程抗震结构设计合理性密切相关，并可直接影响到建筑工程整体抗震性能。因此在抗震结构设计时，需要配合使用先进设计软件，精准计算出建筑体所需承受的地震作用力、在地震灾害发生时建筑物应当具备的荷载作用力。构建建筑结构三维模型，模拟不同地震等级下建筑结构反应，使设计出的抗震结构设计方案更加科学可行，能够在保障建筑工程运营全寿命周期中发挥出重要作用。

在建筑结构性能参数计算过程中，还需要计算出结构变形率以及低循环疲劳效应，明确建筑工程损伤性能参数以及受力弹性范围。依据建筑工程允许最大损伤值，对建筑抗震结构进行进一步优化，增强建筑工程整体抗震等级。