建筑结构设计中抗震结构设计问题及策略

方静

摘 要：本文结合具体工程案例，探究建筑结构设计中抗震结构设计问题及策略，分析其中存在的相关问题，如抗震强度、结构方案、抗震防线等方面的问题，明确问题出现的主要原因，提出可行性建议，并设计针对性解决对策。观察抗震结构设计实际应用效果，注重收集反馈、累积经验，如此才能避免给抗震结构设计留下隐患，提升建筑结构整体抗震性能，并为后续的相关研究提供可靠参考。

关键词：建筑结构设计；抗震结构设计；问题；策略

1 前言

电力工业是国民经济和社会发展的基础产业和公用事业。为进一步提升电力建筑安全性，很多电力工程开始考虑如何有效提升建筑结构的抗震性能，完善抗震结构设计方案，以期规避以往的类似问题，提升了电力建筑抗震性能，并取得了初步效果，让电力建筑水平亦得到了有效提升。

2工程概况分析

以某市某变电站工程建筑结构设计为例，探究抗震结构设计及策略。已知工程用地面积1.379hm2，围墙内占地面积0.56hm2，主要建筑占地面积2260m2，建筑面积6652m2，共5层，总高28.7m。本工程抗震分组第一组，抗震设防烈度6度，场地类别Ⅰ1类，基础持力层为可塑状粘土，框架抗震等级四级，甲级基础设计。

3建筑结构设计中抗震结构设计问题

3.1抗震强度问题

在建筑结构设计中，会因各个方面的因素影响，使得建筑本身的抗震强度较弱，如设计阶段的薄弱环节、墙体裂缝等。若干预不及时，会让建筑结构本身的抗震性能直线下降，难以满足应用需求[1]。

3.2结构方案问题

因需满足工艺要求，在进行建筑结构設计时，更多的是关注建筑空间、布局上的便利性，忽略了结构的安全性、合理性，更是忽略了抗震性能，使得初期建筑方案在建筑物水平刚度、侧移上未考虑到位，从而可能面临抗震性能不足的问题。

3.3抗震防线不达标

在进行建筑结构设计时，往往会基于相关规范、标准来设计抗震防线，但在实际抗震时，却未形成多道抗震防线，使得在承受地震作用时，往往会造成建筑整体结构的损害，使得其不具备抵御下次地震灾害的能力。

3.4未进行全面的抗震设计验证

为保障建筑结构的抗震设计能满足建筑抗震需求，需进行抗震性能验证。因建筑结构复杂、机构庞大，要进行实际测试验证不太现实，故而需就其突出部分进行侧重性验证，预估其整体抗震效果。但在实际的建筑验证时，还未形成规范的、标准化的验证路径，使得地震验证结果存在片面性[2]。

4建筑结构设计中抗震结构设计优化策略

4.1提升抗震强度

（1）引入抗震加固技术，包括：增加构件加固法、增加截面加固法、外包钢、预应力加固法、粘钢加固法、绕丝法、高性能钢丝网复合砂浆薄层加固技术、碳纤维加固法、植筋锚固技术、增强自身整体加固法等，以增强自身整体加固法为例，主要包括两种形式：压力灌注水泥浆加固法，可灌注混凝土构件裂缝、砖墙裂缝；压力灌注环氧树脂浆加固法，适用于有裂缝的钢筋混凝土构件，可提升建筑砖墙整体稳定性、强度，提升抗震能力[3]。

（2）其他方法，包括：建筑物平面布置，竖向布置避免抗震不利的不规则形式；建筑构件做到强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件；设法提高建筑物延性破坏能力；采用隔振，消振的各种措施，阻尼垫阻尼棒；避免共振，设法自振周期避开地震周期；对薄弱部位加强构造。

4.2结构方案调整

（1）严格遵守相关规范抗震要求，依据GB55001-2021工程结构通用规范、JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程、GB50011-2010建筑抗震设计规范等选取参数。因防烈度满足要求，可设加速度0.05g、特征周0.35；在满足工艺需求、建筑布局的情况下，调整平面布局，严控不规则结构，避免出现薄弱环节、刚度突变。

（2）分析建筑结构的整体架构，关注建筑薄弱处，确保建筑沿墙体平面外方向截面尺寸≥0.4m；拉通纵向两侧边缘，设置抗侧装置，且保证拉通设置的纵向抗侧结构框架梁高度不应≥0.4m；无框架梁跨内边梁、外边梁间距≤3.6m；内边梁作框架梁使用，与薄弱墙体两侧平面外相交时，要求梁端支座薄弱墙体厚度≥0.25m；在墙体布置时，要求沿薄弱墙体平面外方向截面尺寸≥0.3m，并可结合实际情况随时调整相关参数，使其更具可靠性。

（3）内天井结构平面设置时，必须满足以下标准：连廊有效结构宽度≥2m；在连廊纵向布设框架梁，其中连廊跨度＞5m时，要求宽度≥0.25m；若连廊宽度＞7m，要求宽度≥0.30m。在连廊中部设立保护装置时，需结合连廊整体结构展开；因连廊平面内刚度较小，参考实际受力，补充计算结构各项参数指标，具体布置还可结合实际情况加以调整。

（4）在内天井周边布置抗侧结构，不再选择设置无框架梁跨，保持梁高≥0.4m，其中墙体平面与内天井周边框架梁外相交时，要求墙体厚度≥0.25m；在设置特殊位置墙体时，要求沿墙体平面外方向界面尺寸≥0.3m。

4.3设计多道抗震防线

设计多道抗震防线，遵循的是“小震不坏、中震有修、大震不倒、抗震设防”原则，关注以下要点：

（1）分析建筑结构体系构成。由多种延性体系组成，不同分体系进行延性结构合理连接，可提升抗震效果。以建筑薄弱位置为例，其结合延性框架布置抗震装置，在发生地震时，某分体系受损、破坏，其他分体系可组合构成防震放线；就内力分布层面而言，整体结构能布置多道抗震防线以地域破坏，避免建筑倒塌。

（2）保持建筑结构简单性，结构均匀性、规则性。要求建筑结构在承受地震作用时，能有明确、直接的传力途径，结构内力、计算模型、限制薄弱位置、位移分析等相较容易把握，在结构抗震性能估计上较为可靠。

（3）提升建筑结构刚度、抗震能力。因水平地震是双向的，故而要求结构布置能让建筑抵御来自各个方向的地震，确保结构沿平面上主轴方向有足够的抗震能力、刚度等。选择结构刚度时，结合施工场地特征，尽量减少地震作用效应，严控结构变形增大情况，同时还需结构保持较大的抵抗扭转振动、扭转刚度能力。

（4）保持结构均匀性、规则性。在建筑结构设计时，沿建筑竖向，均匀布置建筑结构、造型，避免出现传力途径、承载能力、刚度突变，起到限制结构在竖向某楼层出现敏感部位，以防这部分出现较大变形、应力集中，提升结构稳固性。均匀布置平面结构，让建筑物分布质量形成的地震惯性力能以直接、较短的途径传递，且能让结构刚度、质量分布协调，限制刚度、质量间的偏心。同时结构平面均匀布置能预防薄弱的子结构直接被破坏、倒塌，在承受地震作用时，让各个子结构重新分布，提升结构自由度数量，提升结构耗散地震能量的能力。

（5）保证结构整体性。楼盖在结构整体性设计上发挥相对重要的作用，等同于水平隔板，可凝聚、传递惯性力到其他竖向抗侧力子结构，并让子结构可协同承受地震力。尤其是当竖向抗侧力子结构布置复杂、不均匀或者机构水平变形呈不同特征时，就需发挥整个结构作用，依靠楼盖整合各抗侧力。在保证楼板体系平面抗力、刚度时，还需连接竖向各子结构，若结构空旷、平面凹凸不平、狭窄或者楼盖上开有较大洞口时，不能削弱楼盖体系，应结合抗震需求进行具体化分析，再提出解决对策。

4.4抗震设计验证

结合抗震设计验证结果，确定建筑抗震结构的适用性、有效性，基于此调整结构设计方案，可沿建筑两个主轴方向计算地震作用，关注以下验算要点：

（1）截面抗震验算。计算截面抗震能力S，主要针对的是建筑的重力载荷SGE、风载SWK、竖向地震SEVk、水平地震SEHk等，效应基本组合以下公式1：

S=rGSGE+rEhSEhk+rEVSEVk+ΨWrWSWK           （1）

上式中各分项系数，rG取值1.0或者1.2；rEh=rEv，取值0.5或者1.3；rW取值1.4，ΨW一般取值0，若是高层建筑取值0.2。

具体抗震表达式以下公式2所示：

S≤R/rEV                    （2）

其中R指的是建筑结构构件承载力设计值，rEv指的是承载力抗震调整系数，一般取值≤1.0。

（2）结构抗震变形验算。主要包括两部分内容：地震频发地带的建筑结构弹性变形验算、地震罕遇的建筑结构弹性变形验算，其中前者主要是为保证建筑非结构构件在面对小型地震时不会出现损害。具体验算公式如下式3所示：

Λue ≤[θe]h               （3）

△ue指的是多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移；θe指的是层间弹性位移角限值，h指的是层高，单位m。

进行地震罕遇的建筑结构弹性变形验算，主要是为了保障建筑在大震作用下不会倒塌。在验算时，针对建筑结构薄弱区弹塑性变形展开验算，其中结构受剪薄弱楼层，指的是弹塑性变形集中的某一层后者几层，称为薄弱楼层；而薄弱楼层位置处，当结构强度、屈服强度系数等参数沿建筑高度均匀分布时，结构薄弱层在底层，反之，若是屈服强度系数、刚度分布不均时，建筑结构薄弱层在屈服强度系数最小层、相邻层较小层。进行弹塑性变形验算时，薄弱层层间弹塑性位移△up计算方法如下式4所示：

△up=np·△ue                 （4）

其中np指的是放大系数，△ue指的是弹性位移。

（3）按照上述公式计算得出结果，再结合当地地震作用、重力代表值、地震作用效应组合、地震影响系数等，展开重复性的抗震验算，结合设防烈度展开审核，并需检验建筑整体布置是否满足使用功能标准。而针对进行局部改造或者抗震加固的建筑，不需进行抗震变形验算，但若进行了加层改造，则需展开抗震变形验算。

4.5其他抗震结构优化策略

除了上述各项结构优化方法外，因建筑结构设计涉及多方面内容，故而还需关注到其他方面的优化设计，具体包括以下内容：

（1）框架柱箍筋设置优化，将箍筋设计为封闭式，末端设成135°弯钩，保證弯钩末端平直段长度≥10倍箍筋直径，若箍筋直径较小，则末端平直段长度≥75mm。在设置箍筋加密区的箍筋肢距时，要求一级≤200mm，二级≤250mm，三级≤20倍箍筋直径，四级≤300mm；每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束，引入拉筋组合箍，紧靠纵向钢筋布置拉筋，勾住封闭箍。针对柱非加密区的箍筋，要求体积配箍率≥1/2加密区，设计箍筋间距时，要求≤2倍加密区箍筋间距，一级、二级≤10倍纵向钢筋直径，三、四级≤15倍纵向钢筋直径。

（2）消能减震结构设计优化，以此来完善隔震体系，严控地震对建筑本身的破坏性。在相关试验数据中显示，有效的隔震装置能降低60%的结构水平地震加速度的反应，可利用以下效能减震装置。液体减振器：液体减振器主要用于消除建筑物结构在自然灾害或人工振动下的共振效应，常用于大型建筑物和重要的设施建筑；断裂隔震装置：断裂隔震装置是将建筑物地基与上部结构分离，在地震运动过程中将地震动分离到建筑物上部结构上，减轻地震对建筑物的影响；弹性支座：弹性支座是将建筑物与地基连接，减少地震对建筑物的影响，它主要用于中小型建筑物。

（3）框架柱的纵向钢筋配置优化，在进行抗震设计时，可引入对称配筋方法，其中截面尺寸＞400mm的柱，控制纵向钢筋间距≤200mm；在全部纵向钢筋的配筋率设定时，要求≤5%；一级且剪跨比不大于2的柱，单侧纵向受拉钢筋的配筋率＜1.2%；墙体角柱、边柱设计时，要求综合考虑因地震而产生的牵拉作用，发挥各部分合力，调整柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%，提升抗震效果。

5结论

综上，文章就建筑结构设计中抗震结构设计问题及策略展开了具体化分析，并提出抗震结构设计优化策略在实际落实中的优势与不足。应从建筑工程的实际需求出发，进行抗震结构设计方案调整，使其更加适用于当地的环境，提升业主满意度。要做好该项工作，需给予足够重视，综合多方意见，重视新理念、新材料、新技术的引入，不断提升抗震设计能力。

参考文献

[1]何瑞淼，夏力.高层混凝土建筑抗震结构设计要点分析[J].陶瓷，2023（5）：137-139，150.

[2]范韬.浅析高层混凝土建筑抗震结构设计优化方案[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2023（6）：150-153.

[3]孙乐乐，程旭.高层混凝土住宅建筑抗震结构设计的实施策略探究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2022（9）：20-23.