建筑結構設計中關于抗震設計的探討

徐紅

摘要：地震作為一種自然災害，其帶給人類的危害是巨大的，為了盡量減少地震的危害，本文針對建筑結構設計中的抗震設計加以分析。

關鍵詞：建筑工程；結構設計；抗震設計

前言

地震所具有的破壞性不僅對人類的安全造成極大的威脅，而且會給人們的生產(chǎn)生活造成重大損失，抗震是建筑結構設計中的重點內容，在結構設計中，必須提升建筑結構的整體抗震性能。

1 建筑結構抗震設計的重要性

首先，地震災害具有極大的不可預測性，雖然目前地震監(jiān)控系統(tǒng)能夠對地震災害進行預測，但這僅用于人們有足夠多的逃生時間；對于建筑結構的抗震設計是幾乎是沒有幫助的。這種不可預測性就導致任何數(shù)據(jù)上的分析，在地震災害面前都是缺乏的、幾乎是不可用的。其次，設計人員的抗震結構設計，都是在模擬假設的基礎上完成的，并不能夠與實際的地震災害發(fā)生情況完全符合。因此為了保障人們的生命財產(chǎn)安全，在進行建筑結構設計時提升建筑結構的整體抗震性能就十分有必要。

2 建筑結構抗震設計存在的問題

2.1 明確建筑抗震設計概念的問題

抗震防震的宗旨是大震不倒（指連續(xù)倒塌）、中震可修、小震不裂。我們的建筑抗震設計也是這個目標。地震的能量是巨大的幾乎難于估量，即使設計很厚的鋼筋混凝土墻來抵抗地震，不但勞民傷財，反而吸收的更大地震的能量，地震災害來臨更易破壞。實踐證明硬碰硬是不行的，以柔克剛雖然能消耗地震的能量，但這樣的建筑會產(chǎn)生很大的位移變形，人們生活居住也接受不了。我們通過震害調查，仔細研究建筑結構后，不完全靠計算，在建筑的關鍵部位加強人工干預抗震設計，并有意適當設置地震薄弱部位，消耗地震能量、拖延震害過程。用上述的抗震概念來指導設計，例如：“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點”此類抗震措施（包括抗震構造措施）等等就叫抗震概念設計，是建筑抗震設計的指導思想。

2.2 不夠重視建筑抗震的問題

近些年來，我國連續(xù)發(fā)生了不少大大小小的地震，這些地震所造成的直接影響就是給人們的生命、財產(chǎn)安全帶來了無可彌補的損失，造成該損失的大部分原因是我國已有的建筑物缺乏足夠的抗震性能。另外，還有一些建筑的設計人員不夠重視建筑抗震設計的重要性，在確定設計方案時不夠重視結構設計中的抗震設計的合理性，導致設計方案中的抗震設計內容被忽視，這種情況在一些改建，擴建工程中尤為普遍，在地震災害來臨時就會留下致命的隱患。因此，這就要求結構設計人員在建筑結構設計的時候，要嚴格按照抗震規(guī)范的條款，根據(jù)該地區(qū)的自然條件來選擇恰當?shù)目拐鸺墑e和合理的抗震構造措施；必須考慮怎樣能最大限度的提高建筑物的抗震性能，從而確保人們的生命財產(chǎn)安全。

2.3 建筑抗震設計驗證問題

為了檢驗建筑抗震結構分析結果的合理性、有效性，目前可采用三種驗證手段：（1）進行建筑抗震模型試驗；（2）對建筑地震反應監(jiān)測；（3）對建筑震害研究。實踐是檢驗真理的唯一標準，試驗是實踐的一種近似體現(xiàn)。與航天工程、機械工程領域相比，由于建筑結構體型龐大，幾乎不可能完成足尺建筑結構的抗震加載試驗，因此通常采用建筑抗震模型結構試驗。近幾年，國際上陸續(xù)舉辦多次不同類型建筑抗震結構的盲測試驗，以檢驗現(xiàn)有的各種抗震設計計算模型的模擬方法。試驗結果表明采用不同軟件甚至采用同一軟件所模擬的建筑抗震設計結果相互都存在一定的差異，這也說明我們目前的結構地震反應分析還有待進一步的完善；另外受到抗震設計模型尺寸效應和加載時間效應的影響，模型結構的抗震試驗結果能否再現(xiàn)實際結構真實的地震反應和抗震性能也是值得商榷的。此外，由于在已有的建筑安裝監(jiān)測設備數(shù)量很少或甚至沒有，而地震災害又具有極大的不可預測性，這也大大降低了利用地震反應監(jiān)測檢驗抗震結構設計的可行性。

2.4 建筑結構設計人員的素質問題

現(xiàn)在不少的建筑結構設計人員不具備扎實的專業(yè)知識，缺乏足夠的專業(yè)設計能力，導致設計出來的建筑物缺乏足夠的抗震性能，留下一定的抗震安全隱患。另有一些建筑結構設計人員抗震安全意識不足，建筑設計時強調、注重建筑的外觀美感，輕視建筑抗震整體協(xié)調問題，也對該建筑留下了一定的抗震安全風險。所以，建筑結構設計人員要繼續(xù)專業(yè)學習，豐富自身的專業(yè)設計能力，要具有建筑抗震的危機意識，一定要站在人民的生命、財產(chǎn)安全的立場上考慮建筑結構設計：并要結合該建筑的具體使用功能，這樣才能設計出抗震安全、外形美觀、經(jīng)濟合理的建筑物。

3 建筑結構設計中的抗震設計

3.1 建筑結構平立面體型的確定

建筑結構平立面布置也是影響建筑物抗震效能的一大重要因素。合理的建筑結構布置，不僅可以保證建筑物的穩(wěn)定，還可以提高建筑物自身的抗震能力。在抗震設計中，如果該建筑的結構平立面布置合理，并且該建筑結構的布置符合建筑抗震規(guī)范要求，那么此建筑物勢必會具備優(yōu)秀的抗震能力。所謂的建筑結構平立面布置合理指的就是在設計建筑結構體型過程中，在保證使用功能的前提下，盡量選擇建筑物平面規(guī)則、對稱布置，這樣才能保證該建筑同一樓層間平面剛度變化一致，其次盡量考慮建筑物豎向凹凸少，使得建筑豎向剛度變化上保持穩(wěn)定，避免不同樓層之間抗震時剛度不穩(wěn)的現(xiàn)象，這樣合理的平立面布置對建筑抗震有利。在建筑抗震設計中，對于結構復雜的建筑物而言，良好的抗震縫的設計也非常重要，抗震縫兩側結構完全分開，中間間隙距離保證在地震作用下兩側結構不發(fā)生碰撞?？拐鹂p一般設置在結構變形的敏感部位。若抗震縫設置不當在地震發(fā)生時就會變成薄弱環(huán)節(jié)，不利該建筑物的抗震。

3.2 設置多道抗震防線

多道抗震防線作為抗震概念設計的重要部分應該貫穿建筑抗震設計的全過程。建筑結構的抗震設計中，設置多道防線的好處是可以緩沖地震的沖擊力，盡可能的降低地震造成的破壞，減輕地震帶來的損失。適當處理好構件的強弱關系，使其形成多道防線，是增加結構抗震能力的重要措施。多道抗震防線指的是：一個抗震結構體系，應有若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協(xié)同工作，如框架一抗震墻體系是由延性框架和抗震墻兩個系統(tǒng)組成；而雙肢或多肢抗震墻體系由若干個單肢墻系統(tǒng)，通過延性連梁聯(lián)系構成協(xié)同工作。第一道防線的抗側移構件框架梁和連梁在強烈地震襲擊下遭到破壞后，即框架梁和連梁的屈服先于框架柱和抗震墻的屈服，就可以利用梁的變形消耗地震能量，使框架柱和剪力墻退居到第二道防線的位置，抵擋住后續(xù)的地震的沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌。地震發(fā)生時，多一道抗震防線，就多增加一份人們逃生的希望，同時極大地提升建筑結構的抗震能力。

3.3 建筑結構抗震材料的選擇

在建筑結構設計中，材料是主要的承重原料，材料的剛度和塑性對建筑結構抗震的影響較大，為了確保建筑物的整體抗震性、穩(wěn)定性，在選用材料時，要結合本地的地震歷史資料，選擇合適的建筑材料。從抗震角度考慮，作為建筑材料應輕質、高強；構件間的連接應有良好的整體性、延性，且能發(fā)揮材料的全強度。按照此原則，鋼結構是最符合抗震材料要求的，多次地震災害實例表明鋼結構的抗震性能好，但鋼材的造價及維護費用較高。現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構整體性好，造價低廉，有較大的抗側移剛度，經(jīng)設計可保證結構具有一定的延性。但該材料也存在難以克服的弱點：當?shù)卣鸪掷m(xù)較長時間時，在反復的地震荷載作用下，構件剛度因裂縫的開展而遞減，將混凝土擠碎。裝配式鋼筋混凝土結構施工方便，但它的抗震弱點在于框架節(jié)點等構件接頭強度及變形能力均低于構件本身強度而形成薄弱環(huán)節(jié)；同時預制構件裝配時會產(chǎn)生次應力，整個結構缺乏連續(xù)性和整體性；故這類結構不宜在高烈度地區(qū)采用。因此在建筑結構設計中，為了達到提高建筑抗震性能的目的，必須科學合理選擇適合該建筑的建材。

3.4 建筑場地的選擇

選擇合適的建筑場地也是能提升建筑結構抗震性能的。盡量選擇土地成分及土地結構具有良好密度和硬性的場地，并且該場地土質成分均勻性良好，這樣的場地作為建筑工程的建設場地，才能保證建筑場地范圍內的土地能更好地、均勻地承受上部建筑結構的荷載。設計人員在建筑場地選擇中應該避開軟土、液化土、采空區(qū)以及河岸邊緣等相關地段，避免因為上述地質范圍中土體的密實度、堅硬度以及凝結度等相關性能的低劣而導致建筑物在應對地震災害的過程中出現(xiàn)土體承重荷載能力不夠的現(xiàn)象；對于一些容易發(fā)生滑坡、地陷以及泥石流等山體事故的危險地段，也應盡量避開選擇其作為建筑結構的設計場地；同時盡量避免建筑場地選擇在地震斷裂帶上，這樣才能避免降低上部建筑結構對地震災害作用力的抵抗性能。

3.5 建筑結構參數(shù)計算

建筑結構的抗震參數(shù)選擇和抗震模型計算工作，對于完成建筑結構的抗震設計，保證建筑結構的抗震性能有著非常重要的影響。設計人員應該在建筑結構的抗震設計過程中，根據(jù)該地區(qū)的自然條件選擇該建筑恰當?shù)目拐鸺墑e和合理的抗震措施；根據(jù)不同建筑結構類型在面對地震沖擊力時所具有的荷載作用力完成抗震設計參數(shù)的選擇；使用先進的計算機技術，建立相應的建筑結構抗震計算模型對該建筑的抗震作用力進行清晰明確的計算，保證所選的抗震級別、抗震措施、抗震設計參數(shù)、抗震計算模型能夠符合該建筑結構的抗震性能，保證該建筑抗震結構設計過程中受力的合理性及科學性。

4 結語

地震對于建筑物具有較強的破壞力，抗震設計是建筑結構設計中保證建筑物安全性、穩(wěn)定性的最重要因素，提高建筑結構抗震能力是非常具有現(xiàn)實意義。在建筑結構抗震設計中，必須以建筑結構的實際情況為主，以強化建筑的抗震特性。