建筑結(jié)構(gòu)設計中抗震結(jié)構(gòu)設計問題及策略

賈海洋

（中鐵二十二局集團房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，北京 100043）

在建筑工程項目中，結(jié)構(gòu)抗震性能是評價其結(jié)構(gòu)安全性的重要指標，在實際設計中應堅持以“大震不倒，中震可修，小震不裂”為設計目標，加強建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，降低地震災害對建筑結(jié)構(gòu)造成的損傷，從而達到降低地震災害引起損失的目的。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的方法及要點

為有效提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在抗震設計的過程中，應注意有效把握設計中的關鍵要點，從要點入手展開設計。

（1）考慮構(gòu)件的性能要求。在抗震設計中，設計人員應考慮到各構(gòu)件的承載能力、穩(wěn)定、剛度等性能，保證各構(gòu)件達到對應的防震等級要求。如在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻構(gòu)件為建筑物主要的抗側(cè)力構(gòu)件，在對之進行設計時應綜合各方面性能要求來展開設計，確保剪力墻構(gòu)件穩(wěn)定可靠，具有較強的承載能力和抗側(cè)拉能力。

（2）重點部位抗震設計。針對重點部位進行抗震設計，是提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的有效方式。在實際設計過程中，設計人員可堅持“整體性，分層優(yōu)化設計”的方式，針對各個樓層受力狀況做仔細分析，考慮各個重點結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的強弱關系，針對各重點結(jié)構(gòu)構(gòu)件做優(yōu)化處理，從而使整體抗震性能得到提升。但在局部優(yōu)化的過程中，應注意考慮對建筑結(jié)構(gòu)整體的影響[1]。

（3）科學應用抗震裝置。隨著人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震研究的逐漸深入，出現(xiàn)了較多的抗震裝置，將這些抗震裝置科學應用到建筑結(jié)構(gòu)之中，對建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能有較為明顯的增強效果。例如，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器應用到建筑結(jié)構(gòu)之中，能夠有效削減地震力對建筑結(jié)構(gòu)的破壞性作用，從而達到勘正的效果。

2 建筑結(jié)構(gòu)設計中抗震結(jié)構(gòu)設計問題

從現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)設計的實際現(xiàn)狀來看，在抗震結(jié)構(gòu)設計上仍表現(xiàn)出較多的問題，如建筑結(jié)構(gòu)抗震設計概念模糊、抗震設計未進行全面的驗證、結(jié)構(gòu)合理性有待優(yōu)化等，下面對之進行具體分析。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設計概念模糊

鋼筋混凝土屬于現(xiàn)階段主要的建筑結(jié)構(gòu)材料，但是該建筑材料由于自身重量較大、強度高等特點，使得其在面對地震災害時較容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)的現(xiàn)象，尤其是鋼筋混凝土的連接部位，在地震作用力下較容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)錯位從而引起開裂的現(xiàn)象。因此在進行設計的過程中應對鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以達到提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的目的[2]。但是，當前許多設計人員在抗震設計概念上卻顯得較為模糊，不能有效把握建筑中的關鍵結(jié)構(gòu)，以致對建筑的抗震性能無法有效把控，降低了建筑物的實際抗震能力。

2.2 抗震設計未進行全面的驗證

為有效保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計達到對應的抗震性能要求，當前應充分利用現(xiàn)代信息技術對之進行全面的驗證，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。由于建筑結(jié)構(gòu)自身構(gòu)成復雜，且結(jié)構(gòu)較為龐大，要想通過實際測試驗證顯得不切實際，因此在對之進行抗震設計驗證時，主要可通過構(gòu)建抗震模型對其進行動態(tài)化的模擬試驗，通過這種試驗方式發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的問題，從而達到提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的目的[3]。但是，在當前此類模型試驗并沒有得到全面的應用，且在實際應用中對地震發(fā)生情況的模擬存在片面性，以致建筑抗震設計優(yōu)化顯得不足。

2.3 結(jié)構(gòu)合理性有待優(yōu)化

在對建筑結(jié)構(gòu)設計的過程中，每個細小的環(huán)節(jié)都可能影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使得建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能降低。雖然在實際設計中，許多設計人員對建筑結(jié)構(gòu)設計予以較高的重視度，但是在具體的把控上卻顯得較為不足，以致結(jié)構(gòu)設計存在缺陷。例如，在框架剪力墻建筑結(jié)構(gòu)中，樓層不同所設計的沉降縫寬度也存在著差異，按照抗震設計標準，樓層為2～3層時，設計沉降縫寬度在50～80mm；樓層為4～5層時，設計沉降縫寬度在80～120mm；樓層5層以上時，設計沉降縫寬度應在120mm以上[4]。但是在實際施工中卻常常未嚴格按照標準進行施工，以致建筑結(jié)構(gòu)的實際抗震性能受到影響。

3 案例概況

某工程項目為小區(qū)住宅樓，項目總占地面積為81234m2，總建筑面積為248256m2。工程項目整體設計高度為59.35m，地下設計為2層，地上設計為22層，整體采用混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑工程抗震設防烈度為6度，對應的框架結(jié)構(gòu)抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為三級。為有效保證建筑結(jié)構(gòu)設計達到規(guī)定的抗震標準，在進行抗震結(jié)構(gòu)設計時主要應采用一系列科學的策略對工程項目的抗震性能作出優(yōu)化。

4 建筑結(jié)構(gòu)設計中抗震結(jié)構(gòu)設計策略

在該次建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，主要基于上述問題，對之采取針對性的完善措施，如科學選擇建筑物建設地址、構(gòu)建多道抗震防線、優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)性能，從而在整體上提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，使之抗震能力得到提升。

4.1 科學選址

在該工程實際施工設計之前，設計人員結(jié)合地質(zhì)勘查資料到現(xiàn)場對施工區(qū)域周邊的地質(zhì)情況、地形條件等進行調(diào)查分析，選擇最佳的施工區(qū)域以及建筑物結(jié)構(gòu)朝向。例如，在地震發(fā)生的過程中，會使得地層發(fā)生一定的錯動，如果建筑物所處區(qū)域土層相對較為松軟或者地下水含量較高，建筑結(jié)構(gòu)不僅會受到來自地震災害的直接性影響，而且還會在地震災害后產(chǎn)生較多不同程度的地質(zhì)災害，對建筑結(jié)構(gòu)的安全性造成較大的影響[5]。因此，在該工程項目中著重加強初期的建筑物選址工作，選擇一些本身土質(zhì)較硬的區(qū)域開展施工，并對之進行一定的加固處理，使得土層性能達到建筑結(jié)構(gòu)施工要求。密度和硬度較高的土層，在面對地震災害時，將會對產(chǎn)生的地震波起到削弱作用，從而在一定程度上形成對建筑結(jié)構(gòu)的保護，同時也能夠有效降低地震災害后的一些地質(zhì)災害事故發(fā)生概率。

4.2 構(gòu)建多道抗震防線

在該工程項目設計中，為確保其最終整體抗震能力達到規(guī)定標準，在設計時對之建立了多道抗震防線。

（1）對建筑結(jié)構(gòu)的平面與立面布置作出優(yōu)化。平立面設計對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能有著較大的影響，在設計中從結(jié)構(gòu)承載力、結(jié)構(gòu)對稱度等方面展開分析，盡可能降低建筑各層受到的地震扭轉(zhuǎn)效能，使得建筑結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心重合。

（2）對建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件布置展開分析?？箓?cè)力構(gòu)件在建筑結(jié)構(gòu)抗震性能發(fā)揮中起著十分關鍵的作用，在進行抗震設計時，結(jié)合各個結(jié)構(gòu)區(qū)域的抗震需求，對其進行有效連續(xù)布置，以達到提升建筑結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)力性能的目的。例如，該工程項目采用的是框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其中剪力墻構(gòu)件屬于最為重要的抗側(cè)力構(gòu)件，因此在設計時重點從此構(gòu)件位置開始布設，合理規(guī)劃各個剪力墻構(gòu)件的間隔距離，同時兼顧樓梯間、主體結(jié)構(gòu)、電梯間等結(jié)構(gòu)。此外，在設計剪力墻構(gòu)件時，優(yōu)先將其設計為L型或T型，在結(jié)構(gòu)條件不允許的情況下再考慮其它結(jié)構(gòu)類型，L型或T型相對而言能夠讓結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提升。

（3）科學設計樓蓋結(jié)構(gòu)。樓蓋結(jié)構(gòu)對建筑物水平作用力的傳遞有著較大的影響，保證樓蓋結(jié)構(gòu)與豎向構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)性，能夠使之在面對地震作用時產(chǎn)生側(cè)向應力形成更好的傳遞效果，從而達到提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。

（4）加強建筑結(jié)構(gòu)基礎處理。該工程項目設計中，考慮建筑結(jié)構(gòu)的高度和抗震等級較高，在設計時對建筑結(jié)構(gòu)基礎做出專門的加固處理，提升建筑結(jié)構(gòu)所在區(qū)域土層的密實度，使之能夠?qū)Φ卣馂暮ψ饔昧Ξa(chǎn)生削弱作用。

4.3 優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)性能

在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能時，該建筑結(jié)構(gòu)設計主要從兩個方面入手：分析地震災害具體表現(xiàn)和建筑結(jié)構(gòu)抗震模擬。

（1）在對建筑結(jié)構(gòu)進行抗震設計的過程中，加強對地震災害的具體表現(xiàn)展開分析，加大對地震發(fā)生時的能量輸入狀況研究，然后在建筑結(jié)構(gòu)設計中做出優(yōu)化調(diào)整，能夠更好地降低地震能量的輸入，從而有效降低地震災害對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞。從具體設計來看，設計人員可采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設計法，對建筑結(jié)構(gòu)設計方案做定量分析，研究建筑結(jié)構(gòu)中的各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震力作用下可能產(chǎn)生的變形，然后對可能產(chǎn)生的變形做定量計算，通過此種方式能夠清楚知道建筑結(jié)構(gòu)能夠承受的地震能量，以此形成反向推導優(yōu)化設計，降低建筑結(jié)構(gòu)各層之間的位移量。

（2）應用BIM技術構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)模型，對建筑結(jié)構(gòu)受地震影響做動態(tài)模擬。應用BIM技術基于建筑結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境，依照已經(jīng)完成的設計方案，構(gòu)建出對應的建筑結(jié)構(gòu)模型，然后通過軟件模擬地震能量輸入，觀察對建筑結(jié)構(gòu)模型造成的影響，分析各關鍵構(gòu)件在地震能量作用下受到的側(cè)向拉力，當超出其承受范圍時，對相應的結(jié)構(gòu)做出優(yōu)化處理，同時考慮到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過此種方式來不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的性能，使之達到對應的抗震等級能力。此外，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，對于一些細節(jié)上的處理，在設計中應做出明確標注，以確保后期實際施工能夠按照相應的標準來進行，使得建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能與設計之間的差異降低，使施工完成的建筑結(jié)構(gòu)能夠切實達到對應的抗震等級要求。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)抗震設計是一個綜合性較強的過程，需要設計人員考慮的因素較多，既需要綜合分析地質(zhì)勘查信息，又需要考慮后期實際施工因素等，然后在設計過程中對整體建筑結(jié)構(gòu)作出優(yōu)化，以此才能有效提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。