结构抗震概念设计在房屋建筑中的应用分析

摘 要：建筑结构的设计非常关键，特别是对于其抗震性能的影响，应引起足够的重视。在进行一项建筑项目的结构设计时，通过对建筑的结构抗震概念设计进行科学的使用，既可以提升建筑结构的设计品质，又可以在某种程度上对其进行推广。因此，要想保证建筑工程的结构设计满足工程建设的需求，就需要提高建筑物的安全和稳定程度，以保障人们的人身和财产安全。

关键词：结构抗震；概念设计；房屋建筑；应用分析文章编号：2095-4085（2024）04-0126-03

0 引言

在建筑工程施工中，对于结构抗震概念的设计是不可忽视的。为了更好地达到最优的建筑结构设计方案，就需要对建筑物的结构进行抗震设计。建筑物的设计人员应当在确定了关于建筑抗震的特定需求之后，采取相应的施工措施，以保障后续建筑工程的结构设计具有理想的安全性和稳定性。

1 什么是结构设计

其主要包括两个方面：概念设计和理性设计。概念设计就是在设计的过程中，不要求进行较细致、理性地分析，也不必解决那些在实际中很难定义的问题，只需要以从结构体系的总体与部分间的力学关系、工作经验、地震灾害以及实验现象得出的设计原理和理念作为依据，进而明确建筑的总体布局以及具体细节设计的施工流程。而理论设计指的是，工程施工人员对设计好的结构模型展开计算，并在应力假定的基础上，以设计规范和计算原理为主，对其进行理性的设计。

2 概念设计的意义

由于结构抗震概念设计使用的领域很广，其所涉及的结构方法也很多，因此其在现代社会中的地位日益突出。概念设计的重要意义在于：

（1）目前的计算理论和结构设计理论还不够完善，它们都存在着各种不足和无法计算的问题。因此，将概念设计运用到工程施工实践中，不但可以克服计算理论的缺陷，还可以克服在结构设计中出现的大量无法计算的问题，从而可以更好地进行建筑的结构设计。

（2）结构设计涉及许多复杂的数学运算，因此必须使用计算机进行辅助。而在初步的规划设计中，又无法利用计算机进行计算。这就要求对建筑理论有较深理解的建筑工程技术人员，通过科学地计算与正确地判断，选择出效率高、成本低的建筑工程设计方案。

（3）由于在工程结构上进行的许多复杂的计算常常要用到计算机来完成，并且部分结构设计人员也过于依靠计算机，这种做法会导致工作人员对设计数据的灵敏度下降，不能分辨并纠正计算中出现的数据错误以及运算方法不合理问题，因此导致了结构设计中出现了许多问题，并给建筑结构带来了许多的安全隐患。从上述分析可以看出，概念设计在建筑结构中占有举足轻重的地位，在工程结构中有着无可替代的作用。

3 建筑结构抗震的概念设计

以地震灾害造成的严重损坏和工程设计经验为基础，对建筑结构整体展开设计，并制定出其各个部分结构抗震的工程被称为抗震概念设计。

建筑结构的抗震概念设计包含以下几个方面：

（1）建筑物的位置。在多震区，由于其具有很大的危险性，所以必须对建筑物的位置进行选择。特别是在对场地和基础设施进行设计时，要尽可能地搜集详细的地质数据，按照工程需求，并结合当地的地质情况，避免选择河岸、软弱土、液化土以及边坡的边缘和状态不均匀的地带。

（2）平面外表面的合理安排。建筑物的抗震性能取决于其结构形式及布置方式。所以，要想保证建筑物拥有较好的抗震性能，结构设计人员必须将精力放在对其布局的研究上，从而设计出一种更为简便、合理的建筑布局，以及一种与地震相关的结构布局。

（3）结构的选择与布局。在进行建筑物的选择时，要充分考虑建筑物的高度、位置、基础设施等诸多影响因素，同时还要兼顾本地的经济和整体技术水平。抗震性能优良的建筑物通常应具备如下特征：延性系数大，结构均匀；结构中的部件节点具有良好的韧性、完整性和连续性，并且可以充分地利用材料的性能。通常情况下，在布局时应遵循对称性，各部件所受的作用力应平均化等原则［1］。

4 建筑结构设计中存在的抗震问题

4.1 抗震支座会受到抗震墙的影响

为了使建筑的结构更为稳定，必须在抗震的设计方面尽可能地进行分散。如果将抗震装置配置在建筑四周，在发生地震时，建筑的倾覆力量将会大幅增加，并且对建筑的支撑张力也会造成较大的影响。按照建筑工程结构设计的实际条件，在受力较大的一面应该安装抗震支座，两个支座之间的间距应控制在2cm左右。同时，在这种情况下，抗震支座也会由于拉力的情况而出现变化，这将会对建筑结构的抗震设计造成很大的影响，甚至还会引起建筑结构的横向变形。

4.2 建筑结构的选择所产生的影响

在对建筑结构进行抗震设计时，合理的结构形式选取是一个非常关键的问题。由于常规的框架结构具有较大的剪力作用，因此目前通常使用橡胶支座。在工程施工中，采用交叉型橡胶支座，不但能够改善建筑结构的抗震效果，还能够显著地改善建筑结构的整体抗震能力，确保建筑物在强震下的安全性和稳定性。

4.3 建筑物走向对抗震的影响

造成地震出现的最重要的因素就是地壳的运动，所以在进行建筑工程施工的过程中，必须有相应的专业人员来对结构抗震概念设计进行仔细地研究和分析。当地震来临时，其振动方向对建筑物的破坏作用也是巨大的。地震的走向指的是在地震发生时，建筑物的振动方向。所以在进行建筑结构的设计时，要与当地的地质情况和地震的走向相结合，让建筑结构的振动方向和地震的走向能够相互垂直，以防止建筑物与地震的走向呈现相互平行的情况。在建筑工程当中，若建筑物的整体走向与地震的振动方向相一致，当地震发生时，建筑物倒塌的概率将会大幅增加；如果建筑物的走向与地震的走向是垂直状态，就可以很好地规避这种风险［2］。

4.4 墙体与防震缝设计问题

在进行建筑工程的施工与设计工作中，建筑墙体的位置与墙体的厚度都要加以考量，并对其进行综合、合理地设计。在进行建筑结构概念设计的时候，应当与特定的施工要求相结合，对墙体的长度和宽度进行全面的考量，进而提高建筑结构整体的抗震性能。由于地震是一种偶发的自然灾害，所以在大部分普通的施工区域，防震缝一般都是很少见的；但是在一些地壳运动比较常见的地方，却是比较常见的。当建筑受到地震造成的影响时，往往会引起建筑结构和地面的变形。所以，对防震缝的长度和宽度进行设计时，仍然有很多技术难题，这就造成了在实际的工程施工过程中，还有很多的施工问题存在［3］。

5 建筑结构抗震概念设计中的抗震措施

5.1 完善抗震策略

5.1.1 特殊材料的合理使用

地基是地震发生时建筑物与地震发生作用的最大受力区，因此，合理的抗震措施可以提高建筑物的结构稳定性。通过对建筑结构进行合理地加固，并在此基础上设置缓冲垫，能有效降低建筑物在强震下的冲击力，增强建筑物的安全性能。在制造垫层的过程中，应该多采用泥土和砂石。目前，人们常将沥青作为主要的抗震材料，并已经获得了良好的效果，将会在未来的抗震设计中推广应用。

5.1.2 基础隔震

基础隔震主要是在基础结构与上部结构之间合理地布置隔震设备。由于隔震层的位置上存在着一定的差异，因此，基础隔震设计可以有效地减少地震振动的范围，这是目前基础隔震设计中比较常用的方案。但在实际的施工建设过程中，这种方法多适用于多层或者低层建筑。如果将这种方法应用到高层建筑中，就达不到良好的隔震效果，同时由于结构自重的增加，使得建筑结构的减震性也会受到一定的影响。现在，应用最多的方法是滚轴滑移隔震以及摩擦滑移隔震。在选用隔震形式时，应当紧密结合工程的具体条件和特点，以确保能够有效提升工程的总体抗震效果（如图1）。

5.1.3 结构策略与维护

在建筑结构设计中，支座的设置、抗震结构的联结等都是建筑结构设计的重要内容。在进行高层建筑项目的结构抗震概念设计时，应重视防震缝及横向分隔缝的设置，特别是对电梯与扶梯间的隔震与阻尼设计。除此之外，在对建筑物的影响方面，还涉及电线、管道等的布置。在建筑工程施工期间，必须加强对抗震设计的维修和管理工作。在确保抗震层和抗震结构安全性的前提下，应合理规划建筑结构设计，以保障工程的顺利施工，并实现更佳的抗震效果。针对采用结构抗震概念设计的高层建筑结构，需要明确界定其范围和要求，并不断完善建筑工作人员的维修和管理职责。此外，还应向设计人员和施工人员提供明确的指导和说明，并向管理者提出相关建议，以确保抗震设计的有效实施和持续优化。

5.2 优化建筑结构设计中的减震措施

在建筑结构的减震措施方面，与隔震措施相比，通常是在建筑物的外侧添加一个构件来增强其本身的抗震力，并将其吸收掉，进而减少振动对建筑物的损伤。建筑工程结构的设计具有多种形式，而以效应和阻尼为核心的建筑构件，一般可以分为粘滞器和迟滞器。

（1）在对新的建筑进行抗震设计时，应该考虑减震措施。在建筑结构设计中，地基部位应该采取相应的措施，以提高建筑的减震效果。大部分的减震设备都是为了完成工程的后续工作而预备的，也是对后期抗震性能的有效补充。

（2）要强化对建筑物的防震设计，改善建筑物的抗震性能，使建筑物的整体防震性能得到改善。在工程实践中，如果不能在施工之前完成这一环节，则达不到理想的抗震效果。此外，在对已完工的建筑结构进行加固时，还必须减弱其防震作用。所以，就需要采取消能减震的方法来实现建筑的减震设计，但是这种方法会提高建筑工程的整体造价，也会使建筑工程的施工过程变得复杂［4］。

5.3 建筑走向设计

在进行建筑工程施工之前，需要对其所处的地理位置进行详细的评估，并对岩石和地质进行勘测。工作人员要从各个角度，对施工区域展开全面的风险评估，并对其中的一些危险因素展开分析，然后，根据实际的建筑需求、建筑结构和评估的结果，设计出一套更加科学和完整的建筑结构抗震概念设计。同时，还要不断地改进建筑工程结构的抗震设计，以确保建筑结构的抗震性能维持较高的稳定性。在进行建筑工程的地质勘查工作时，首先必须对地震的大概方向有一个清晰的认知，以保证建筑的走向与地震的走向是一致的。其次，在进行地质勘查的过程中，要对部分软粘土及临近强震地带的地段进行细致的勘察，应尽量避开此类地段，同时要对周边地貌及周边环境有充分的认识，尽量降低可能出现的其他危险因素对建筑物造成的影响。在现代化的建设中，钢筋混凝土与砖混两种形式被广泛应用于各种类型的建筑设计，它们具有较高的承载力，不仅能够确保建筑结构的稳定性，而且能够提高建筑物的抗震性能。因此，设计人员应当结合当地的实际情况，选择最为适宜的建筑材料。这不仅能够为建筑企业有效降低建设成本，还能全面保证建设质量，从而为项目的长期稳定运行奠定坚实的基础［5］。

5.4 做好建筑物的体型设计

建筑工程的体型设计包含平面形状和立体形状两部分，并与建筑物在地震后可能受到的破坏情况紧密相连。如果建筑的平面形状是不规则的，例如有显著的凹陷或者隆起，就有可能在地震后发生损坏。对于建筑结构较为简单、架构较为规整的建筑，在地震后受损的概率极小，并且如果地震等级较低，基本不会受损。因此，在对建筑的体型进行设计时，应以简约的体型作为首要的设计目标。比如采用圆形、长方形和正方形等形状来进行设计，从而防止因为建筑存在不规则的隆起部分或凹陷部分而导致建筑的抗震能力下降。其次，在保持结构平衡性的前提下，还要考虑到结构的侧向长度，尽量降低对结构的破坏程度。所以，设计时一定要兼顾建筑物的美感和安全性，以保证建筑的整体结构符合相关需要。

5.5 强化实验研究力度，完善检测

在进行建筑结构设计时，抗震功能未被测试或者测试的结果不够理想，都会直接影响到建筑结构概念设计的抗震能力。因此，需要不断的改进和加强与其相关的实验研究。可利用现代科技或是网络技术，通过三维建模来对地震的发生机理进行模拟，然后进行多次、反复的实验，从而选择出最合适的抗震措施。

6 总语

在建筑结构抗震概念设计的过程中，对于抗震措施的选取非常重要，这与建筑工程施工的抗震性能具有直接联系。因此，建筑结构的设计人员应结合建筑工程的实际需要，选择适宜的抗震措施，以保证建筑结构的整体安全。

参考文献：

［1］段媛.结构抗震概念设计在房屋建筑中的应用分析［J］.山西建筑，2014，40（5）：42-43.

［2］吴剑林.试论结构抗震概念设计在房屋建筑中的应用［J］.四川建材，2015，41（5）：60，62.

［3］王艳红.抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用分析［J］.居舍，2019（13）：74.

［4］张艳林.房屋建筑中结构抗震概念设计的应用探讨［J］.山东工业技术，2015（15）：63.

［5］姚毅.房屋建筑中结构抗震概念设计的应用探讨［J］.山西建筑，2014，40（16）：50-51.