建筑结构设计中的抗震结构设计

2022-02-14杨旭包头铁道职业技术学院内蒙古包头014060

中国房地产业 2022年33期

文／杨旭包头铁道职业技术学院内蒙古包头 014060

引言：

地震灾害不仅破坏性非常强，而且具有突发性的特点，造成的损害也相当严重，因此，人们对于建筑物抗震能力越来越重视。在房屋结构设计活动中，抗震工程有着很大的重要性，不但需要从建筑本身功能全面考虑，同时需要深入考虑建筑物的荷载、内力和变形等各个领域。从当前来看，在房屋结构设计活动中，防震安全性设计尚有很多缺陷存在，要求相关专家继续加强研究，在具体实施中还需要与有效的抗震方法及技术经验进行充分融合，从而进一步提高建筑的抗震性能，进一步提高建筑的安全性、稳定性和持久性。

1、抗震结构设计理念概述与作用

1.1 抗震结构设计理念概述

所谓的抗震结构设计概念，是指把建筑架构设计理论引入抗震工程之中，使建筑结构具备良好的抗震功能。而近年来，随着我国城镇化发展的逐步推进，超高层工程已成为中国新时期工程的重点方向。把抗震理念渗透到建筑架构设计之中，可以全面提高建筑的防震能力，给出现严重水文灾害的住宅建筑带来了合理的安全保护。另外，好的防震结构设计还能够增强建筑结构的稳定性和延展性，在强震后建筑结构仍然能够维持理想的安全性，能够满足使用要求。所以，建筑结构的防震设计是建筑架构设计的主要部分，可以提高房屋的防震水平，增加了建筑的利用功能。

1.2 抗震结构设计的重要作用分析

1.2.1 强化建筑的内部性能

抗震设计概念在建筑中的渗入,还可以进行对建筑布置以及结构质量方面的理论指导,以保证结构的安全和稳定性,在建筑抗震设计时留出的余地有利于结构比较合理,在进行建筑抗震设计方案的设计中,还需要严格按照国家规范的建筑参数标准,或者参考结构上的剪力墙设计,使建筑布置可以比较均衡合理,即便出现对建筑构件核心部位的破坏,仍可保证结构良好的抗震功能。

1.2.2 提升结构设计水平的路径

建筑设计工作者在对房屋构造的建筑设计实践中必须注意各种因素的作用,从整体方面考虑到提高结构设计能力的途径,在倾注较多心血基础上,解决人们提出的抗震结构设计要求。由于进行修改工程涉及的条件相当多,所以在架构设计中需要对地震的构件进行多源分析,同时要在材料性能研究上提高架构设计的科学性。这样可以增强工程架构设计的科学性,根据情况提供针对性的设计方法,通过对原有构件的改造工程来提高其改造能力。以此在建筑材料科学应用的基础上,保证抗地震架构设计的科学化,根据该区域的地质状况和抗震特点开展房屋构造的优化设计,在符合抗震要求的基础上,为民众提供较为安全的住宅条件。

1.2.3 提升建筑抗震应用效果

多年的工程建设经验积淀,使建筑的技术知识体系进一步发展,累积了相当较好的工程建设实践经验,同时通过现代先进理念在建筑上的运用,也能够提高抗震的有效性,部分建筑结构出现了明显的凹凸不规则和超出屋顶高层建筑标准的状况,在建筑物的抗震方案中,通过加入现代建筑的相关概念,就可以较好的解决这些问题,从而提高了其实际刚度。建筑工程中把升降机设置在中央部位,这是一个提高抗震工程效益的主要方法。

2、建筑工程抗震结构设计基本原则

在建筑抗震构造的设计中，对建筑结构材料在各个领域中的特性都提出了更高的要求，比如承载力、强度、稳定性以及延性等。在设计耐震构造体系时，建筑设计人员还应该充分考虑到震后往往会有许多余震。一般利用多线防御设计，利用延性与刚度的联合效应，逐渐消耗震害能力，从而降低震害对建筑的损害，提高建筑构件的防震效能。在震害作用下，能够在损伤主耗能材料后实现弹性适应，防止建筑物构件的二度损伤。耐震结构设计要遵守的准则还有如下几方面。

2.1 整体性原则

从建筑的观点出发，抗震建筑的建筑设计应当贯彻整体性原理，在抗震建筑的建筑设计时，应当保证建筑构件的总体抗震特性。防止因为地震灾害所引起的部分结构损伤而造成整体结构的不稳定，从而产生潜在的重大安全隐患。同时把建筑抗震构件划分成若干级结构，根据需要提高各个次级结构的整体抗震特性，并进行次级结构间的合理衔接，改善房屋的总体抗震特性。

2.2 结构清晰原则

从流体力学的观点出发，为建筑物所设计的防震结构大多通过分散传播能量和消耗地震力的途径来减轻对地震的损害，所以很有必要做好地震传播途径的选择。在这些前提下，了解建筑构件的具体位置就十分关键。利用计算机技术，能够精确测算在抗震期间作用于建筑结构模型上的作用力，从而有效应对和增强在抗震构件中出现的问题，总体上通过提升建筑效率和水平就可以完成抗震结构。

2.3 结构规则原则

侧向刚性也是建筑物结构抗震设计的主要内容。保证侧向强度的统一性，才能提高建筑物结构的稳定能力。建筑物空间结构的布置主要包括了垂直与水平。所以，有必要在建筑物结构抗震工程设计中进一步增强结构布置的科学化与合理化，以保证建筑物结构中各组成部分的侧向强度均相同，以便于提高建筑物空间结构的稳定能力与抗震性。

2.4 结构刚度与抗震能力相匹配原则

建筑刚性与抗震性能是判断建筑物结构是否有效对抗地震灾害的关键因素，所以建筑物设计的抗震方案设计要坚持建筑刚性与抗震性能相匹配的原则。在防震建筑设计活动中，工程设计技术人员要高度重视建筑构件的刚性。近年来，由于建筑高度的增大，对建筑强度的要求也愈来愈大，建筑强度和防震水平的配合原理显得愈来愈关键。

3、建筑结构抗震设计中存在的问题

3.1 工作人员没有充分明确抗震设计概念

加强建筑抗震设计，最终目的是为了有效抵御各类地震灾害造成的不利影响，增强建筑物自身抗震能力，避免人员和财产遭受损失。但是在过去很长一段时间里，即使是在当下，仍然有部分建筑工作者，仅是利用传统的混凝土钢筋的自身强度来抵抗地震所产生的破坏。在实际经验中表明，建筑构造中大量使用混凝土钢筋的最终质量取得的效果并不佳，一旦混凝土钢筋量使用过多，反而会导致建筑材料延性的下降，从而使得建筑构造抗震能力无法保证。由于科学研究工作的不断深入，许多建筑设计人员逐渐发觉，对抗震工程设计仅仅采用理论计算是不够全面的，在建筑设计过程中，还必须对需要加强的地方加以合理设计，对建筑薄弱部位加以合理设计，采用这样的合理设计方法，来最大程度地保证建筑结构安全，这主要是因为容易损坏的薄弱结构会扰乱震动时机，从而提高了建筑物稳定性。由此可见，在建筑物抗震设计过程当中，建立合理的抗震设计理念，十分关键。

3.2 抗震设计在结构设计中不够重视

当前的中国房屋结构往往在抗震中出现了大面积损坏，究其原因，主要是由于抗震工程在建筑结构设计上的效果还不够突出，对工程技术人员缺乏重视而导致，而且这种问题特别容易在建筑的加层或在改造时出现，而这种小问题，甚至小隐患在遭受地震以后也会被进一步扩大，变成了危及人身健康和房屋安全的严重问题，所以工程设计部门就必须根据中国建筑的特点，对抗震等级和建筑的基本结构做出科学的判断。

3.3 结构体系的选择

建筑的构造体系是人类越来越关注的问题，建筑构造系统的合理选择对防震的产生具有重大的意义。由于目前，中国的建筑构件大多以钢筋居多，所以在变化调节的工作过程中要充分考虑钢筋的位移影响。在刚框架系统中工作时很难改变较大的扭曲侧移度。这些情形无益于提高结构抗震作用，同时会增加构件的荷载能力。从整体构造系统中考察，结构过渡层的设置十分关键，加强层和过渡层强度的刚性增加，在一定程度上导致刚性的突出，进而增大了相邻支撑构件之间的剪应力，所以要慎重的选用构造模板，以防止负面效应的产生。

3.4 高层建筑的不断增多

随着经济社会的进一步发展，高层建筑在中国逐渐的扩大，但是一些高层建筑的高度已经超出了国家规定的范围，我们要高度重视这种高层建筑。首先设计人员要进行实际的调查，并在实际案例的基础上进行合理的论证。其次还要多次进行模型试验。因为高层建筑的高度都达到了一定的要求，那么在实际的地震活动中，对动作用力的破坏力将会大幅度的提升。由于建筑物楼层的上升，许多技术指标都超过了正常的范围，所以地震对它的损害范围也大大的上升。

4、做好建筑结构抗震设计的策略

4.1 选择适宜的场地

选取适宜的场所，是建筑设计工作者做好防震工程设计的第一步，也是最关键的步骤，因为适宜的场所有利于对抗地动力，而相对平整宽阔的土壤空间则有助于提高房屋的防震水平。相对平整的土壤空间可以传导相同波速的地震波，防止在相同的地方发生不同的重力，相对密实和承载性能较高的土壤可以较好地分担从房屋结构传下来的重力作用，还可以增强房屋和地面结构的稳定性。在挑选施工地点的同时应该尽可能规避完全液化粘土、湿陷性黄土、采空带和河堤边沿等地区，防止混凝土体的密实性不均匀、硬度与凝结性差异对施工结构设计产生干扰，对某些易出现水文自然灾害如塌方、泥石流的地区则应该适当回避，同时避免地震断裂带，减少施工建筑对震害的抵抗力。

4.2 在建筑设计时做好住宅空间的结构设计

合理布置建筑的结构指的是进行建筑的形体设计和结构设计，并且要充分考虑建筑构件的立体设计，其中包括地基基础的埋深度。由于整个建筑物结构都可认为是一个锚固于地面当中的柱形物体，在地震来临时主要考虑重心是否会造成整体建筑物倾斜，这也便是由地震引起的水平力所产生的力矩大小和锚长度作用所产生的力矩之大小的比较，如果重心所产生的正力矩很大，那么整体建筑结构就会倾斜，而如果较小则比较平稳。做好房屋空间结构的选择和布局对增强房屋结构的抗震功能具有不言而喻的意义，在布局结构的同时还必须重视一些问题。首先，在地震灾难出现的地方，建筑结构承受的外力不仅是一种水平的推力影响，其结构在空间上也可能遭受其他的外力影响，包括地震破坏事件中不同方式的房屋构件的外力。所以在进行房屋结构建设的同时必须充分考虑到构造可以对抗各个方位的应力，确保房屋构造具有适当的刚性、硬度和安全性，可以对抗自然灾害引起的应力。所以，房屋构件在空中的刚性和强度越高，越能够对抗地震。其次，必须注意使建筑尽量简洁，避免设计成异形构造的住宅。因为对称的房屋结构是最能够抵消地震的影响。此外，在建筑抗震设计规范中详尽阐述了何为异形构造，在地震发生过程中异型构造的抗震性远超过单纯的方形构造，但同时在建筑设计中也要注意尽量避免在房子的四角部分设有门窗，这会削弱房子四角对地震的抗性，从而使得房屋结构的抗震性大大地增加。工程设计时技术人员必须在保证将建筑构件的体型尽可能简化的情况下，对一些主要的结构加以重新设计，确保建筑物的承载能力、所进行的功能都可以达到相关工程的设计要求。最后，就是要保持房屋结构的完整性，这就是说设计工作者必须在建筑设计时保持主要承重结构、次要承重结构及其围护结构相互连接的完整。

4.3 做好结构参数的选择与计算

在从事钢结构的设计工作时，特别是在抗震设计时必须对结构的工程参数加以优化，因为一旦工程参数的选定有误，将对的抗震能力产生较大的危害，所以在工程设计以前，所有建筑设计工作者都必须对工程参数进行反复的计算，对于不可以设定的工程参数必须通过鉴定，勘察设计部门必须对现场情况加以确认。从模拟地震灾害而形成的模型当中研究，也可根据比例构造房屋的模型，并在振动台上将抗震现象加以测量，找出房屋构造抗震的薄弱点，加以分析和加强，以此确定房屋构造在抗震时的受力合理和科学性。

4.4 对结构的自重进行弱化

在地基要求一致的情形下，工程设计技术人员对建筑物实施抗震构件的设计显得极为重要。如果在设计过程中可以减少建筑结构的墙体自重，那么便能够更合理的提高建筑物的结构层数，从而进一步的控制建筑成本，这样效果在软地基的状况下就会比较突出。另外，建筑物的结构质量也会直接影响抗震的效果，因为一旦建筑的结构层数过多，地震作用越明显，地震作用可能带来的损伤越严重。尽量减少这一现象，可以用轻质材料来减轻控制结构本身的重量，优化结构质量分布。在进行设计的过程中，要合理优化结构自重与层数之间的关系，既保证建筑经济性，又要保证良好的抗震能力和结构安全性。

4.5 砌体结构与抗震系统的设计合理选用

在建筑物的结构设计过程中必须要对构造抗震体系做出合理的选择，这也是在建筑物构造与抗震方案设计过程中，必须慎重考虑的问题。另外，建筑物构件的抗震方法的选用能否具备相当的合理性也是判断建筑物构件的安全与经济效益的关键因素。

（1）首先，在地震的灾害之中，要避免因为结构或者构件的破坏导致的整体建筑结构失去抗震的能力。建筑结构设计过程中，一个重要的设计原则是当建筑结构具有良好的承载能力和变形协调能力，且无明显的薄弱部位，在地震发生的过程之中，可以良好的发挥抗震的性能。即使有部分的构件退出了工作，剩下的构件也可以承受荷载作用，防止整体结构失去平衡、发生破坏。

（2）在建筑的结构内部，也就必须具有完整而具体的建筑结构的简图，它也包括着正确和适当的地震的产生和传递的途径。明确的传力路径，保证了地震作用下，构件的有效连接和承载。同时，还应使构件的传力尽可能往竖向方向发展，减少竖向不连续情况的出现。

（3）建筑的结构体系要有合理的刚度和强度，同时，刚度布置合理，分布均匀。在抗震设计过程中，为了防止地震作用过程中局部的削弱和变形，对建筑物产生过大的影响。因此在建筑结构设计中，要对结构薄弱部位进行加强，采取一定的加强措施使该部位强度和刚度合理，使建筑整体刚度分布均匀，提高整体的抗震能力。

4.6 合理布局，控制地震能量

采取减少地震作用的方法可有效减轻地震灾害对建筑结构造成的负面影响。为严格控制地震灾害产生的能量，在建设土木工程结构的过程中，还需认真分析建筑物位移动作的影响因素，且在结构设计的过程中注重因素的合理预测与定量分析，以期在结构设计的过程中减弱地震震动产生的能量。同样重要的是，发生地震时，为严格控制建筑物可能出现的破损和变形问题，需认真分析和设计建筑底部位置的塑性变形，这种方法在地质硬度较高的土木工程建设中具有十分显著的优势。在设计过程中，工作人员应将结构间的关系及力传导方向等进行思考和分析，合理利用结构间的协作关系，实现对地震能量的消减和把控，降低地震能量波集中传导对局部建筑结构带来的影响和威胁，保证建筑的质量。在力传导分析中，要做好应力均衡划分的思考，避免局部应力过大带来的威胁，保证建筑结构的质量。

4.7 建筑材料的科学选择

就所有的城市建筑物结构来说,其主体的主要承载建筑材料一般都是建材,而建筑物本身的可塑性与强度又在整体建筑的抗震特性上发挥着重要的影响作用。正是基于此原因,在对整个城市建筑结构实施抗震设计的过程中,建筑设计人员就必须充分考虑建材的正确选用。在具体选材时,还需要根据城市建筑所在地具体的地理特点、地形地貌、板块活动中的各种情况等加以充分认识,并以此为基础来选用抗震性能符合城市实际建筑要求的建材,如此才能够使整个城市建筑物结构的抗震特性获得有效保证。通常情况下,在城市中房屋结构的建筑材料选用上,通常以低质量、高强度的建材居多,并且还要保证建筑稳定性和延展性都足够好。