建筑结构设计中的抗震设计分析

2022-08-12霍健棠

建材与装饰 2022年23期

霍健棠

（广东省建工设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

在建筑抗震设计中，要想提升建筑的安全性，就需增强建筑物的稳定性。建筑的抗震设计与人们的财产、人身安全有着非常密切的联系。为此，只有提升建筑的抗震性能，才能有效达到抗震效果，进而提升建筑质量，保障人身和财产的安全性，促进建筑行业可持续发展。建筑工程结构抗震性是衡量建筑工程安全性的重要标志。在实际建筑设计中，确保建筑结构抗震设计质量和建筑结构安全，是现在建筑设计工作中的重中之重。

1 建筑结构抗震设计的必要性

随着我国社会经济的不断发展，建筑工程也由此得到了飞速的发展，这种大背景下，建筑设计中，要充分考虑到现有的灾害多发情况，对建筑进行安全性、稳定性的加强，以达到抗震功能。地震是现在自然灾害中频发的灾害，其损害程度很强，严重的威胁人们的人生安全和财产损失。由于经济的发展，有效推进了城市的发展，由此大量的人口流入城市，使得建筑在城市的发展中不断地拔地而起。在建筑设计中，应充分的考虑地震灾害中地面运动给建筑结构带来的影响，计算相应地震等级带给建筑结构的主要作用力以完成建筑结构的抗震参数设计工作，使得其外形、结构、构件等都可以提升建筑工程安全性和稳定性，使建筑工程在地震灾害的作用下仍然能够拥有正常使用的功能，或者保证建筑工程在地震灾害的作用下只会受到轻微程度的结构损坏，不会对建筑内部的空间结构和稳定性造成影响[1]。抗震设计步骤如图1所示。

2 建筑结构抗震设计中遵循的基本原则

在建筑设计的过程中，应将承载力和稳定性作为重要内容考虑在内。遵循强柱弱梁、强节点弱构件的基本准则，对建筑物的薄弱位置进行抗震能力设计。在对抗震构件进行设计时，应与构件的延性设计相结合，为实现抗震设计就需要延性较好的构件来进行合作，要多布设抗震防线，以此来预防余震的发生。注意构件间的强弱关系，如果构件出现较强部位的情况下，则必定存在其薄弱的地方，强弱两者间必须正确处理[2]。

3 影响因素

3.1 高度

根据我国相关规定，不仅对钢筋混凝土建筑的高度有一定的要求外，还要将结构地震后损坏情况规定在合理的范围内。当地震灾难发生后，较高层的建筑物就会受到形变，结构受到严重的破坏，变形也是很大的。因为，建筑物的高度，直接影响到一些参数，导致参数超出规范要求，其中就包含可抗震性能、安全等级、结构抗力等选择。在这些因素发生相应的变化后，就使得高层建筑抗震性能大大降低[3]。

3.2 基础

基础是建筑物建成的部分，对建筑物而言是非常重要的。如果在选址的时候，选到了不好的地基，就会直接影响到建筑物的抗震能力。例如，如果将基础选在软弱冲积土层较厚的场地，就会使得地基不稳，导致高层建筑受破坏程度加大。其主要原因就是地基土液化导致基础发生不均匀的沉降，使得建筑物上端结构收到很大的影响，更有甚者会导致建筑物整体倾斜[4]。因此，在选择建筑物基础持力层的时候，应认真了解地勘报告中的土层参数，最好选择在密实均匀的硬土土层上，或者可以选择在开阔坚硬的土地上。值得注意的是，在选址的过程中切记不应选在离河岸较近的位置，不宜跨在两类的土壤上。要避开断层、滑坡等危险地段。地段划分如表1所示。

表1 地段划分情况

3.3 材料及结构

在建筑设计的过程中，建筑的抗震设计也是非常重要的。在设计时，应注重材料的选择和结构体系的合理性，因为，建筑结构的不同，使其抗震设计的重点也不相同。例如，钢筋混凝土框架结构，其结构的特点就是钢筋混凝土框架结构的平面内柱上端会遭到剪切破坏，且窗下墙会对窗洞的位置外墙框架产生约束，出现短柱形、剪切型的破坏。底框结构的建筑如果在设计的过程中，底层的刚度不足就会使得建筑受到严重的影响，房屋结构选择钢筋混凝土框架结构体系，如果底层设计为敞开式框架，并且未砌砖墙，则对底层的破坏也会很严重[5]。钢筋作为材料的混凝土结构如图2所示。

图2 钢筋作为材料的混凝土结构

3.4 抗震设防烈度

当前，在建筑结构设计中相对较低的就是抗震设防了。建筑抗震设计在延伸的方面所设定的标准是非常严格的，比如梁柱的承载力的匹配和配筋率等数据。现在，随着社会不断的发展，如果出现结构失效的问题，就会大大加深社会经济的损失，最后导致整个项目的结构造价降低。因此可以弹性设计设防烈度下的抗震。值得一提的是，在对其进行抗震设计时，应符合相关规定，并且要根据“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则进行设计规划。抗震措施如表2所示。

表2 抗震措施

4 建筑结构抗震设计

4.1 结构位移抗震设计

在地震灾难发生时，建筑物会发生位移，因此在对建筑进行设计时，应根据结构采用多种设计方法，在现代建筑结构的抗震设计中，有3种方法可以使用在内。①能力普法。②按延性系数设计方法。③直接在位移的结构上进行设计方法。现在这3种方式广泛运用在结构位移的抗震设计中。这中间的直接位移法和控制延性法是根据位移目标进行结构设计的，而另一种能力普法是一种位移的验算方法[6]。但无论哪一种，只要可以防止地震产生建筑物形变，就是可以积极推广使用的。

4.2 结构的抗震性能设计

在建筑设计的过程中，考虑结构的抗震性能设计理论是最后发展起来的建筑抗震设计方法，结构的抗震性能设计因为研究的比较晚，所以这种方法在运用的不是很广泛。结构的抗震性能设计现被运用在建筑的设计中，只有在设计中广泛使用并研究此种方法才能让结构的抗震性能设计被大众接受。

4.3 设计科学合理的结构参数

在建筑抗震设计中，为了使建筑物的每一个构件进行运算，就要使用计算的方法来对地震响应和地震，另外，还要计算出每一个墙柱梁板的承载力和变形，以此来提高抗震效果。

实际情况下，以建筑构造为基础，将较为确切的计算模型建设在其上面，并且根据本身概念的设计对其进行合理化的处理。当地震灾害发生时，一些较为复杂的结构会发生变形，而这时就应对内力及变形进行计算分析，可以使用两种计算力学，此外计算软件不同于人为的计算，在计算的过程中使用的理论包含剪摩理论和助拉应力，将这两准理论而分别应用在砖砌体和砖块结构两种情况下使用。除此之外，将这些参数计算出来后进行分析，在确认其数据合理无误后，才可以将其运用在结构抗震设计中去。剪摩理论如图3所示。

图3 剪摩理论

4.4 规划设计合理的结构

在建筑抗震设计的过程中，合理的规划建筑结构是尤为重要的。一般而言，主要是针对建筑的体型、空间进行设计规划，此外，还应考虑到建筑的空间结构及地基的坚固性，根据这些规范进行规划设计。当地震发生时间，在地震的作用力下，会与建筑物产生一个力，使其产生一个比较，如若中心力较大，就会直接导致建筑物的倾斜或倒塌。相反的，如果中心力较小，就会增加建筑的抗震性。在空间布局的过程中，需要注意的重点有很多。在地震发生时，导致建筑物发生变形情况的推力不仅是地震产生的力，更多情况下及建筑空间多产生力也会导致建筑变形。在对建筑抗震设计的过程中，为了避免在地震发生时产生变形，所以在对建筑物进行设计规划时就要简单设计，尽量避免在建筑物的角上设计窗户，因为建筑角上所受的力是较为复杂的，如果的建筑规划设计之前就规避这种设计问题，就可以在一定程度上提高建筑的抗震性。有此可见，在对建筑物进行设计时，应尽量把外观简单化，以确保建筑的抗震性，从而保障人民的生命财产安全[7]。基础隔震设计如图4所示。