建筑结构设计中抗震设计研究

2023-01-02王建军

河南建材 2022年2期

王建军

北京世联君汇房地产顾问有限公司（100010）

0 前言

作为城市发展重要建设内容的建筑工程，一定要确保施工质量和结构稳定性，尤其是工程设计早期阶段的结构设计。建筑结构具有极高的复杂性，容易出现很多交叉性问题，在确保结构设计的抗震性和稳定性上有着极大难度。没有抗震性能保证的建筑物是没有使用年限可言的，所以有必要深入研究建筑结构设计中的抗震设计，最大化地确保建筑使用功能与效果。

1 建筑结构抗震的设计理念

建筑结构抗震设计的实质是确保建筑结构的稳定性，具体需要从概念与理论层面明确建筑结构设计的价值与意义，在此基础上探究房屋建筑结构抗震问题。不同的房屋建筑结构体系设计与建筑整体抗震水平紧密相关，要从局部和整体分析建筑力学。不同的房屋建筑结构面对地质灾害时所受的影响是不同的，要从设计思维和工学理论这两种不同的角度分析影响建筑结构的因素，全面分析建筑结构设计要求[1]。根据各方因素明确定位、精准辨别，用可靠性思维对建筑结构设计进行分析，进而确定建筑结构符合抗震设计理念和标准。

2 抗震结构设计中的常见问题

2.1 场地选择不合理

建筑场地选择与建筑抗震功能有着极大的关系，在设计阶段的场地选择环节要尽量选择有利于抗震的场地，这对设计人员的工作经验和专业性有着极高的要求，需要仔细勘察场地土质情况，较软的土地、易液化的场地、不均匀的场地都不符合要求，这些问题会成为影响建筑结构抗震性能的因素。严重情况就是未全面调查地质信息，如若有频繁的地质灾害发生将直接影响建筑结构抗震性。

2.2 建筑材料与结构设计不合理

建筑材料通常以钢筋混凝土为主，对于变形控制的处理方式是增加钢筋混凝土截面，不过在实践应用中该方法的效果并不是很理想。所以需要尝试其他不同的方法来增强混凝土结构强度，但依然会给抗震设计造成一定影响。

2.3 建筑结构平面布置不合理

有关建筑规范规定中就建筑平面与立面的布置提出过明确的要求，即整洁性和规则性，尽量保持结构质量与刚度布置的均匀性。但在现实情况中，建筑结构设计在满足各方面设计美感要求时，容易降低建筑平面布置合理性，让结构的整体受力性能受到影响，这在设计过程中是可以避免的。

2.4 结构参数设计不合理

工程本身的复杂性和场地条件的多样性很容易给设计人员造成影响，尤其是套用规范选取参数环节，设计人员往往作出不合理或错误的参数选择。如山区房屋建设三面地下一面地上的嵌固端计算，最难以确定的是嵌固端所在层数是否包括本层。

3 建筑结构设计中抗震设计优化策略

3.1 合理选择建筑地址

建筑选址的合理性在房屋建筑结构设计中对建筑物的安全性有直接影响。合理的选址能在很大程度上降低建筑物所受的地震的破坏。不同的土地和结构带给建筑结构的影响是有差异性的，设计人员要致力于优化土体性能，以此改造建筑结构性能，避免建筑物出现变形问题[2]。所以建筑选址要尽量选择已释放地震能量区域，要拥有优质的土质和平坦开阔的地势，如无法从客观上规避软土地质，就需要凸显设计人员的专业能力，在房屋建筑工程抗震级别基础上，根据建筑物实际情况采用与之相对应的加固措施，降低建筑结构受到的地震影响。

3.2 优化建筑结构抗震设计

在建筑结构抗震设计中，选用的材料和结构体系不同，表现出来的抗震性能也会有着较大的差异。在当前的建筑工程结构之中，主要以钢筋混凝土结构为主，但是该结构存在的缺点也较为明显，在外力作用下容易出现脆性破坏、连续破坏等缺点。因此在施工中应采用更好的材料和结构设计方式，从整体上优化土木工程结构，以获得更高的抗震性能。以钢结构建筑为例，钢结构材料本身就是良好的弹性体，与工程力学基本假定相符。钢结构材料塑形与较好的弹性在抗震设计中得以充分发挥，在适度范围中可承受一定的动力荷载与变形，稳定的结构能有效抵御地震带来的作用。运用高精度加工制作工艺可实现等强连接，基于强连接弱杆件抗震设计原则强化房屋建筑抗震力和承载力[3]。

3.3 选用抗震性能建筑材料

具备抗震性能的材料在现代建筑行业发展过程中的应用，为优化建筑工程防震设计提供了新思路。在提升建筑工程结构抗震性的设计环节中，合理选用抗震材料不仅能兼顾适用性和经济性，还能保证建筑工程抗震结构设计的协调性。传统建筑工程抗震设计对于地震能力吸收的处理方法是将黏土和砂砾铺设在建筑物底部，再结合沥青材料从根本上改造建筑工程基底，这样一方面能明显提升抗震效果，另一方面还能强化建筑物整体稳定性。另外，最好选择较轻的材质用于墙体或建筑围栏，在消除地震危害的同时通过降低建筑物承载力来提升建筑物抗震性能。在现阶段建筑材料市场中，建筑工程机构抗震设计的一个重要研究内容就是预应力技术的应用。相比普通混凝土梁平均高度，某些建筑预应力宽扁梁减少了将近30 cm，不但能扩大建筑梁底标高及空间，还能提升建筑结构抗震性。

3.4 适当增设抗震防线

一方面，科学合理地设置第一道地震抵御防线。就实质角度来说，不管是设置还是选型，第一道防线要求不是很严格，竖向支撑墙或者偏小的填充墙就能起到承重的作用。可以尝试较小的轴向压缩设计，第一道防线不很适合用轴向压缩力偏高的框架，不过就具体施工限制来说，选用一种框架系统就行了。这一框架支柱最为核心的要素就是结构系统抗侧力，所以应该选择强柱弱梁设计方式[4]。另一方面，以安装冗余组件的方式构成多条抗震防线。通常情况下，建筑物所选用的都是双重抗侧力体系，具体有芯筒-框架、框架-支撑、框架-抗震墙和内墙筒-外框筒这几种。立足于水平地震测力选用墙体或支撑框架是较为适宜的抗震防线选择。

3.5 优化建筑结构垂直与水平设计

当前我国以底框结构、填墙框架这两种建筑结构为主，前者的上层建筑结构容易在强震环境中被破坏，需重视建筑物抗侧力结构的强化，通过提升结构稳定性来强化对振动幅度的承受力。后者的建筑主体以钢筋混凝土为主，容易在强震环境中发生剪切破坏，加之窗下墙的限制，还会出现更为严重的短柱型剪切破坏，所以最好选用一体化的框架结构来避免结构稳定性受地震影响。

3.6 重视对防震缝应用

针对纵向与横向设计的不规则问题，可通过增设防震缝来处理。设置防震缝要全面考虑建筑物设防烈度和外形等诸多因素，确保抗震缝两侧建筑物处于相互分离状态，构成一个有利于抗震的平面单体。具体设计原则有以下几点:一是基于对建筑物高度和抗震宽度关系的考虑，如框架结构抗震缝宽度在高度＜15 m时最低为100 mm，高度＞15 m时要根据设防烈度的不同，6度、7度、8度、9度每增加高度5 m、4 m、3 m和2 m，宜加宽20 mm。二是抗震缝宽度设计要合理把握比例，如框架剪力墙结构最好为框架结构的70%。三是大型框架结构、剪力墙结构及筒体结构抗震缝设计宽度最好为框架结构的一半且不低于100 mm。四是整体验算取保守值，例如两侧结构类型不同或高度不同等，按宽缝结构类型和较低房屋高度计算保守缝宽。