對建筑結構抗震設計中問題的解析

馬利桃

（大同市建筑設計研究院 山西大同 037008）

引言

我國地大物博、國土遼闊，這也導致我國成為了地震災害頻發(fā)的國家之一，為了降低地震災害的損失，我國也對建筑結構抗震設計提出了相應的標準。建筑結構抗震設計十分的復雜，對設計人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高，雖然我國抗震設計在長期發(fā)展中取得了一定成效，但是在實際抗震結構設計當中，依然還存在著一些不足，這就需要結合抗震設計的不足掌握設計要點，并采取相應的措施來解決問題。

1 建筑結構抗震設計內(nèi)涵與目標

1.1 建筑結構抗震設計內(nèi)涵

通常情況下，建筑結構抗震設計就是通過研究地震對建筑結構造成的破壞程度，并通過長期的抗震設計經(jīng)驗總結，獲取更加有效的設計方案，從而應用到建筑結構當中的過程。地震作為一種隨機性非常強的劇烈振動，具有復雜性、隨機性、不確定性等特點。因此在建筑結構抗震設計當中，需要對建筑結構性質(zhì)、空間、材料、外界因素進行綜合考慮，盡可能消除不確定性因素。建筑結構抗震設計中不能僅憑借計算數(shù)據(jù)，還需要結合地震易造成的工程破壞部位、破壞原理進行考慮，按照地震動理論，通過對抗震設計進行總結，最終確定設計方案，這也是建筑抗震設計當中的一大突破點，從本質(zhì)上提升建筑結構的抗震性能。

1.2 建筑抗震設計的設防目標

結合地震的實際強度，可以將設防標準劃分為3個等級：①第一水準。如果建筑結構遭受了低于當?shù)氐卣鹪O防烈度的多遇地震影響時，通常建筑不會受到損壞且不需要修理，建筑工程各項功能可以正常使用，也就是所謂的“小震不壞”；②第二水準。如果建筑結構遭受了相當于本地抗震烈度的地震影響時，可能建筑結構會遭到損壞，但是通過修理或不需要修理即可保證建筑工程各項功能可以正常使用，也就是“中震可修”；③第三水準。如果建筑結構遭受到了高于本地區(qū)抗震設防烈度，建筑結構不至于倒塌或危及生命的危險，也就是“大震不倒”。

對于使用功能以及其他方面具有專門要求的建筑工程，在進行抗震性能優(yōu)化設計當中，需要提出更加具體、抗震等級更高的抗震設防目標。對于抗震設防在VI度以上的地區(qū)，建筑工程必須要采取抗震設計。抗震設防烈度的確定必須結合國家規(guī)范的要求。

2 建筑工程抗震設計中的關鍵問題以及實施要點

2.1 抗震場地選擇

在相同的設計條件下，場地的地質(zhì)條件對建筑抗震性能有著極大的影響，并且受到地震破壞程度差異明顯，所以做好抗震場地選擇工作十分重要。在選擇抗震場地時，盡可能避免地質(zhì)較差的場地，降低地震帶來的災害。通常情況下，微風化與中等風化基巖、密實砂土層、含水量低的黏土都是較為有利的建設場地，而軟土、液化土、濕陷性黃土都是不利場地，需要正確辨別場地的影響因素。如果工程建設區(qū)域地質(zhì)不理想，則需要結合土質(zhì)采取加強措施，同時要對可能出現(xiàn)的不利條件進行估算，并采取預先防護措施進行加固處理。如果發(fā)生地震時可能出現(xiàn)斷裂的場地，需要重點加強地基，確保基礎工程的安全。

2.2 建筑結構抗震體系

合理選擇建筑結構抗震體系是保障抗震設計質(zhì)量的重要因素，建筑體系是否合理直接決定了建筑工程的經(jīng)濟性、安全性。在建筑結構抗震體系設計當中，需要重點從以下三點入手：

（1）確保建筑結構體系合理性，需要避免部分結構遭到破壞對整個工程的影響，同時也包括部分構件遭到破壞造成整體結構癱瘓。所以在建筑結構抗震設計中需要保留一定的冗余度，并具備較好的變形能力。如果發(fā)生了地震災害，即使局部出現(xiàn)了嚴重損毀，其余部位也要能夠承擔橫向、縱向荷載，提高建筑結構整體的穩(wěn)固性。

（2）確保建筑結構抗震性設計的清晰性，明確設計當中地震力的傳遞路徑，在對豎向建筑構件進行布置當中，要保證重力荷載均勻，并對樓屋蓋梁體系設計當中，垂直重力荷載需要以最短路徑向豎向構件傳遞。保證建筑整體抗側力結構的剪力墻、支撐系統(tǒng)、框架等相互聯(lián)系，結構體系受力明確。

（3）確保建筑結構體系的剛度、強度滿足要求，避免因為局部剛度、強度產(chǎn)生變化而影響整個結構。在設計框架結構過程中，需要重點考慮節(jié)點問題，避免節(jié)點被破壞，對于抗震性能較為薄弱的部位要采用更加合適的防護、加固措施，這樣即可提高抗震性能。

2.3 建筑結構平面布置的規(guī)則與對稱性

根據(jù)抗震理念，對建筑立面、平面設計時，應確保建筑結構的規(guī)則性。對于不規(guī)則建筑工程通常都是采用空間結構計算模型；對于工程結構中較為薄弱的環(huán)節(jié)，需要提高內(nèi)力系數(shù)，結合相關標準對彈塑性變形進行分析，薄弱部位需要采用針對性抗震設計。

對稱性同樣是抗震設計中的重要一環(huán)，需要建筑結構對稱、質(zhì)量分布對稱、剛度對稱。通常最理想的方案是“三心重合”，三心即平面形心、質(zhì)量中心、剛度中心。結構對稱也就是抗側力主體結構對稱，該種對稱較為容易實現(xiàn)，主要保證主體結構沿著主軸方向進行剛度、強度設計，變形特征差異不大；保證沿抗側力主體結構當中的主軸線強度、剛度分布均勻；結構整體具備一定的協(xié)調(diào)能力，確保剛度、強度能夠滿足扭矩性能，這樣即可在發(fā)生地震災害時，建筑結構不會產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，避免主體結構、構件遭到破壞。

3 解決建筑結構抗震性能的措施

3.1 合理布局地震外力能量傳遞吸收

外力傳遞吸收是保證建筑結構抗震能力的前提條件，采用合理的布局方案，可以確保支柱、梁、墻軸線處于同一平面，這樣可讓構件雙向抗側力體系更加合理。采用此布局方案，如果發(fā)生了地震，即使對柱、墻、梁的彎剪破壞，其塑性屈服也會發(fā)生在底部。再者，連梁塑性屈服要控制在連梁位置，同時還具備一定的變形能力。該種結構設計方案，在地震時會充分發(fā)揮結構抗震作用，結合“墻強梁弱”的理念，可以提高墻肢承載力，確保結構抗震性能。

3.2 抗震構造措施

結合抗震等級對工程進行抗震構造措施（包括梁、柱、墻）的加強，這樣可以在發(fā)生地震時候，梁、柱、墻都達到要求抗震標準。建筑工程多數(shù)都是采用鋼筋混凝土結構，如果鋼筋的承載力、延性較好，則結構抗震性能也更強。所以，為了確保鋼筋混凝土結構承載力、延性，需要在建筑結構設計中按照“強剪弱彎”、“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱（桿）件”原則進行設計，嚴格控制柱截面尺寸，保證柱的軸壓比滿足實際要求，嚴格按照構造配筋要求，從而不斷加強節(jié)點構造，提高節(jié)點的抗震性和牢固性。

3.3 設置多道抗震防線

提高建筑結構的抗震性能，需要設置多道抗震防線。在整個建筑工程抗震體系當中，如果發(fā)生了地震問題，會在地震作用下部分延性較好的構件率先出現(xiàn)塑性屈服，也就是可以承擔起第一道抗震防線作用。之后，其他構件同樣也會起到抗震防護作用，在第一道防線出現(xiàn)了塑性屈服之后，之后的抗震防線會逐次屈服。該方法可以形成多道抗震防線，產(chǎn)生第一道、第二道……第N道抗震防線（取決于塑性屈服構件的數(shù)量），如果第一道防線塑性屈服達到了極限時，則第二道防線即可發(fā)揮作用。該結構在保護建筑結構安全中有著重要意義。

4 結束語

綜上所述，隨著高層建筑工程數(shù)量越來越多，國家對建筑結構抗震性能也提出了更高要求。雖然我國抗震體系經(jīng)歷了多年的研究和發(fā)展，但是依然存在著些許問題，這就需要結合當?shù)氐膶嶋H情況做好抗震方案設計工作，提高建筑工程的抗震性能，保證居民安全，降低地震災害造成的生命財產(chǎn)損失。