建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震問題的分析

孟天賜 邯鄲市第一醫(yī)院助理工程師

我國地處太平洋板塊和亞歐大陸板塊交接地帶，板塊運動相對活躍，加之人類生產(chǎn)活動對地球造成了較大程度的破壞，近些年地震的發(fā)生頻率和強度等級都出現(xiàn)了提升的情況，對建筑安全和人員安全造成了較大的威脅。在這樣的背景下，國家對房屋設(shè)計的要求也上升到了一個新的高度，尤其是對抗震性作出了新的要求，以便當災(zāi)難來臨時人們的生命財產(chǎn)安全能夠得到保障。

1 建筑抗震概念設(shè)計概述和意義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一般會從計算設(shè)計和概念設(shè)計兩個方面展開。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要在完善信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)的搭建，但是因為地震的發(fā)生有不可預(yù)測性，在實際的建筑設(shè)計中不能通過準確的計算來設(shè)計建筑的具體抗震等級，所以在設(shè)計的過程中一般會引用模擬地震情況來統(tǒng)計出相關(guān)的參數(shù)，從而實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)計算，得到對應(yīng)的抗震結(jié)構(gòu)，保證建筑的抗震等級。

目前，我國在抗震建筑設(shè)計層面展開了多年的研究，取得了較大的進步，有效地降低了地震的危害，保護了人民的生命和財產(chǎn)安全。但是我們對地震規(guī)律的把握還不是很完善，還需要大力研究建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震效果，各地區(qū)也應(yīng)該結(jié)合自己本地的地質(zhì)情況作出相應(yīng)的建筑抗震標準。人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震的要求越來越高，對于建筑設(shè)計師來說，怎樣提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震級別成為了重要的研究課題。因此加大抗震研究的經(jīng)費投入，讓建筑設(shè)計者有更好的研究環(huán)境，對于促進建筑的抗震能力發(fā)展十分必要。

2 建筑結(jié)構(gòu)類型與抗震性的分析

2.1 建筑框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)承受荷載力的是建筑的柱和梁，也是在地震中能夠支撐房屋的主要結(jié)構(gòu)。因為柱和梁的自重相對較輕，在建設(shè)施工的過程中容易定性，能夠輕松地滿足建筑的基本標準，所以框架結(jié)構(gòu)的建筑普及率較高。這種建筑施工工藝能夠大量節(jié)省建筑材料，在空間布置方面也顯得較為靈活，施工難度系數(shù)低，所以更加受到建筑單位的歡迎。但是框架結(jié)構(gòu)變形形態(tài)一般以剪切型的形式出現(xiàn)，容易出現(xiàn)薄弱層和軟弱層，施工方一般在豎向體型布置的過程中，需要更多地關(guān)注控制層側(cè)向剛度比和承載力比的細節(jié)[1]。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑施工中表現(xiàn)為側(cè)向剛度大、整體性好的特點，這樣的建筑結(jié)構(gòu)在高層建筑中比較適用，但是受到結(jié)構(gòu)延性的影響，空間布置受到剪力墻間距較大的限制。在目前常見的建筑中，剪力墻布置結(jié)構(gòu)規(guī)則，分布得較為均勻。在實際的設(shè)計中盡量避免門窗洞口上下錯開，若是建筑條件不允許的話，就需要對洞口周圍進行精確的受力分析，采用加強建筑強度的措施。

2.3 建筑簡體結(jié)構(gòu)

簡體結(jié)構(gòu)的建筑類型一般應(yīng)用在超高建筑中，因為這種結(jié)構(gòu)類型受力合理、剛度大、整體性強的特點表現(xiàn)得較為明顯。根據(jù)簡體結(jié)構(gòu)外圍結(jié)構(gòu)的不同可以分為筒中筒和核心筒兩種，根據(jù)內(nèi)筒數(shù)量的不同也可以分為多筒、雙筒和單筒。在筒體的結(jié)構(gòu)中內(nèi)筒和外圍框架相互作用構(gòu)成了抗震的防線，保證在地震發(fā)生的時候建筑能夠有較強的穩(wěn)定性。具體來說，核心筒更加關(guān)注偏置位置問題，筒中筒則應(yīng)該選用正多邊形平臺或者圓形平面來減少剪力的滯后問題。

3 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計的重要性和基本原則

我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程不斷加快，建筑工程的規(guī)模也在這樣的趨勢下逐漸高層化，如此一來人口的密度變得越來越大，一旦出現(xiàn)地震等災(zāi)害就會造成非常巨大的損失?？拐鹪O(shè)計已經(jīng)成為國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中意義重大的一個環(huán)節(jié)，尤其是針對高層建筑的設(shè)計，更需要把抗震的問題擺在所有問題的前面來處理。這不僅能夠在災(zāi)害發(fā)生時減輕人員和財產(chǎn)的損傷，還能夠延長建筑物的使用年限。所以，不管是國家還是建筑方都應(yīng)該從根本上重視抗震設(shè)計在建筑工程結(jié)構(gòu)中的重要性。在具體設(shè)計過程中需要遵從以下原則。

3.1 適用性原則

“小震不壞，中震能修，大震不倒”是我國建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，結(jié)合不同地區(qū)的地質(zhì)特點和建筑物高度類型等基本要素，在盡量降低成本的基礎(chǔ)上強化抗震效果。對于板塊交接、地震頻發(fā)的地區(qū)，在建筑物設(shè)計的過程中應(yīng)該盡可能設(shè)置抗震的多道防線。例如，利用框架剪力墻結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時作為抗震的第一道防線。因為剪力墻的側(cè)向有較強的剛度，能夠?qū)ㄖ鸬阶畲蟮谋Ｗo，框架結(jié)構(gòu)在剪力墻的基礎(chǔ)上能夠削弱地震對建筑結(jié)構(gòu)的影響，起到“卸力”的效果。在目前應(yīng)用的建筑工程抗震體系中，核心結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用得較多，針對中大型地震可以降低房屋坍塌的幾率，是抗震設(shè)計的精髓[2]。

3.2 系統(tǒng)性原則

建筑工程抗震設(shè)計是一個全局性、系統(tǒng)性工程，在設(shè)計之前需要結(jié)合建筑物的承載性能、穩(wěn)定性、剛度、延性等方面進行參數(shù)的準確計算，并按照建筑物整體的標準來統(tǒng)一設(shè)計。例如，在強柱弱梁、強節(jié)弱點的連接處需要結(jié)合建筑工程的結(jié)構(gòu)來進行優(yōu)化，從而提升整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。另外，不同建筑物類型存在較大的差異，所以在抗震設(shè)計時也需要結(jié)合建筑的特點，在滿足施工要求的基礎(chǔ)上開展工作。

3.3 彈性適中原則

建筑彈性適中能夠保證建筑的整體質(zhì)量，若彈性達不到既定的標準，一旦受到外界力量的沖擊就容易出現(xiàn)建筑物倒塌的情況。若是彈性過度，那么建筑物在外力的作用下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)細微的傾斜，時間久了內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形，最終威脅到建筑的使用安全。建筑彈性對于抗震有著重要的意義，能保證在外力的作用下不會受到致命的坍塌風險，這也是建筑設(shè)計者需要嚴格把控的關(guān)鍵點。

4 提升建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的關(guān)鍵點應(yīng)用路徑

4.1 建筑材料的選擇

建筑材料的選擇對抗震效果有著決定性的影響。一些位于地震帶附近的國家為了保證建筑的抗震效果會選擇更加優(yōu)質(zhì)的建筑材料，并且會鼓勵建筑設(shè)計者創(chuàng)新和研發(fā)新的建筑材料來對抗地震災(zāi)害，從而保護居民。通過對建筑抗震效果的調(diào)查可以看出，磚瓦類型的建筑抗震效果較差，所以采用磚瓦結(jié)構(gòu)的建筑越來越少，而采用箱體式結(jié)構(gòu)類型能夠提升建筑的抗震效果，其應(yīng)用范圍在不斷擴大。結(jié)合目前建筑行業(yè)的發(fā)展，防震材料的應(yīng)用已經(jīng)有了較好的思路，既能夠滿足建筑抗震的數(shù)據(jù)需求，還能夠兼顧建筑方的適用性和經(jīng)濟性。在傳統(tǒng)的防震設(shè)計中，在建筑物的底部鋪設(shè)粘土和砂石用來吸收地震發(fā)生時所產(chǎn)生的能量?，F(xiàn)代防震設(shè)計的理念在原有的基礎(chǔ)上進行了較大程度的升級，借助瀝青材料對建筑的基底加以改造，既能夠保證抗震效果，也能夠增強建筑物日常使用的穩(wěn)定性。另外，在墻體建筑材料的使用上，可以選擇材質(zhì)較輕的材料，這樣就能夠減輕建筑自身的重量，在地震發(fā)生時減少建筑的承載力，從而保證抗震效果[3]。

4.2 結(jié)合實際條件優(yōu)化抗震方案

建筑抗震方案是抗震設(shè)計的核心，也是施工準備的前提條件?？茖W(xué)的抗震方案在項目建設(shè)的過程中能夠起到指導(dǎo)性的作用，對建筑的安全有一定的保證。在方案設(shè)計時首先需要考慮的就是建筑的整體結(jié)構(gòu)，這也是提升抗震系數(shù)的重要手段。在混凝土建筑施工的過程中還需要充分考察施工現(xiàn)場，尤其是對當?shù)氐牡刭|(zhì)情況和地質(zhì)外貌，要做到充分了解，避免在建設(shè)的過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差。一定要經(jīng)過嚴格的分析和計算，不斷優(yōu)化建筑的抗震能力。總體來說，抗震方案的設(shè)計是在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上展開，在執(zhí)行過程中不斷改良和完善，最終對建筑的抗震性提供最佳的保障。

4.3 建立科學(xué)且完善的抗震設(shè)計標準

我國幅員遼闊，不同區(qū)域地震發(fā)生頻率和強度也不盡相同，所以不同地區(qū)建筑的抗震標準也應(yīng)該結(jié)合本地的實際情況來設(shè)定。另外，針對不同的建筑結(jié)構(gòu)也應(yīng)該有不同的要求，如框架結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)就應(yīng)該采用不同的抗震標準，這樣才能體現(xiàn)建筑的科學(xué)性和合理性。對于一些地震頻率較高的地區(qū)，可以采用消震和隔震相結(jié)合的方式來保證整個建筑的抗震性能。

4.4 完善建筑垂直和水平設(shè)計

建筑垂直和水平的程度對整體的穩(wěn)定性有著較大的影響。首先，建筑承重墻的水平面需要保證穩(wěn)定和平整，在建筑設(shè)計標準的基礎(chǔ)上確保墻體的質(zhì)量和剛度。其次，建筑垂直面應(yīng)該處在中心偏下的位置，這樣建筑的穩(wěn)定性才能達到最佳。另外，也應(yīng)該設(shè)置多重防震線來應(yīng)對大型災(zāi)害的影響，在合理剛度和非結(jié)構(gòu)強度建筑結(jié)構(gòu)中形成安全風險的防控體系，從而保障建筑抗震設(shè)計的安全性和整體性。

5 結(jié)語

綜上所述，在城市化飛速發(fā)展的今天，國家對建筑行業(yè)的發(fā)展極為重視，建筑類型存在較大的差異，具備的性能也存在不同，所以從抗震的角度出發(fā)應(yīng)該結(jié)合不同的類型和地質(zhì)條件來設(shè)定不同的標準?；诓煌瑓^(qū)域的地震頻率和等級，在建筑設(shè)計的過程中有效地開展抗震設(shè)計的工作，不僅需要考慮建筑所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，還需要考慮建筑材料的選擇和因地制宜的優(yōu)化抗震方案。