建筑结构设计中的抗震结构设计

建筑结构设计中的抗震结构设计

石雷

智汇（天津）工程设计院有限公司  天津 300350

摘要：当前，随着社会经济的不断发展和生活水平的不断提高，人们对建筑的需求持续增长。为进一步保证人们的生命财产安全，建筑行业越来越重视建筑结构的抗震设计。基于此，本文就建筑结构抗震设计的内容、建筑结构抗震设计要点、提高建筑结构抗震性能的有效措施展开研究，以期为相关设计人员提供参考。

关键词：建筑结构设计；抗震结构设计；应用

引言

抗震设计的目的在于增强建筑物稳定性，保证地震作用下建筑物的安全性，减少建筑物损失及人员伤亡。抗震结构设计中，应兼顾地形地质，环境气候、经济技术等多方面的因素，须综合考虑和分析，拟定合理设计方案，确保工程安全和质量。

1抗震结构设计的意义

自古至今地震灾害对人民生命财产和社会财富造成了严重的威胁，尽管随着科技水平的不断进步，人们可以采用科学手段在一点程度上控制地震危害，但还不能准确预测地震何时发生、震级多大，较大震级的地震必然给建筑带来一定的冲击或破坏。所以对建筑结构进行合理的抗震设计非常重要。

建筑结构设计时，对结构进行抗震设计，就是要保证建筑在地震中安全，避免坍塌、损坏和其他严重问题，避免不应有的损失。要综合考虑地基基础抗震安全型、上部结构选型，材料选用、节点处理等多方面因素，作出了合理规划，增强建筑物抗震能力，在地震中减少损失。建筑结构设计还应考虑施工，保证材料选择合理，施工方案可行、经济，使得施工工作能够顺利开展。

2抗震设计的前期工作

2.1考察施工地点、收集抗震设计文件

在建筑工程实施过程中,抗震设计是保证建筑安全性与可靠性的重要手段。因此,在前期准备阶段,首先,设计人员需要根据建筑工程的建设要求,对施工地点进行实地考察,并做好工程数据的收集。其次,专业设计人员需要做好分析、研究等工作,排查建筑工程施工场地周边存在的各种不利因素,并有针对性地加以分析、处理。最后,在实地考察工作结束后,设计人员可向建设相关方收集地质勘察报告、地震安评报告等设计资料，以便后期完成建筑结构抗震设计工作,从而有效减少周边环境存在的安全隐患,保证建筑工程的安全性。

2.2科学选址

地震破坏是由地质活动引起的，破坏性大，危险性高。故在工程设计中，合理地选择适宜的工程地点以减少震害是非常重要的。

选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求;当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。 地震造成建筑的破坏，除地震动直接引起结构破坏外，还有场地条件的原因，诸如:地震引起的地表错动与地裂，地基土的
不均匀沉陷、滑坡和粉、砂土液化等。因此，选择有利于抗震的建筑场地，是减轻场地引起的地震灾害的第一道工序，抗震设防区的建筑工程宜选择有利的地段，应避开不利的地段并不在危险的地段建设。

3.2优化建筑布局

提高建筑布局的专业性、科学性、合理性,能够在地震灾害发生时,有效避免建筑出现倒塌或危害生命财产安全的问题,有利于提高建筑结构的安全性。在一定程度上,建筑设计不科学往往导致建筑之间相互影响。[2]因此,在进行建筑结构抗震设计时,设计人员要保证建筑布局的平衡性以及整体性,例如尽量避免为了建筑的美观性和独特性而采用不规则的建筑造型。建筑的体型要简单，平立面布置宜规则、对称、质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。

3建筑结构抗震设计的要点

3.1设防目标、设计方法

设防目标（三水准）：

1）小震不坏——在遭遇低于本地区设防烈度（基本烈度）的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需要修理仍可继续使用。多遇地震影响时，建筑处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可以视为弹性体系，采用弹性反应谱进行弹性分析。

2）中震可修——在遭遇本地区规定的设防烈度（基本烈度）的地震影响时，建筑物（包括结构构件和非结构构件）可能有一定破坏，但不致危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理或不需修理仍可继续使用。设防地震影响时，结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏程度在可修复的范围。

3）大震不倒——在遭遇高于本地区设防烈度的预估罕遇地震时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。罕遇地震影响时，结构有较大的非弹性变形，但应控制在规定的范围内，以免倒塌。

两阶段设计方法：

1）第一阶段设计是承载力验算，取第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，继续采用《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018规定的分项系数设计表达式进行结构构件的截面承载力抗震验算。这样，既满足了在第一水准下具有必要的承载力可靠度，又满足第二水准的损坏可修的目标。对于大多数结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。

2）第二阶段设计是弹塑性变形验算，对地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构以及有专门要求的建筑，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。

3.2抗震体系选取原则

建筑结构体系应当避免因部分结构或构件的破坏而导致整个建筑结构丧失抗震能力和对重力荷载的承载能力。建筑结构抗震设计的一个重要原则就是结构应当具有必要的冗余度、良好的变形能力和内力重分配的能力。地震中，即使一部分构件退出工作，其余部分构件仍能承担起竖向荷载，避免整体建筑结构失稳。

建筑结构体系应当具有清晰明确的计算简图和恰当合理的地震作用传递路径。在这过程中，竖向构件的布置应尽量使其在重力荷载作用下的压应力水平接近均匀；楼屋盖体系的布置应尽量使重力荷载以最短的路径传递到竖向构件上去。建筑的抗侧力结构体系也必须明确，尽量连续贯通[1]。

建筑结构体系应当具有合理适度的强度和刚度。宜具有合理恰当的强度和刚度分布，防止和避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的塑性变形或应力集中。

3.3主要抗震体系特点

按主要建筑材料分钢结构和钢筋混凝土结构。

钢结构具有良好的延性，不仅能减弱地震反应，而且属于较理想的弹塑性结构，具有抵抗强烈地震的变形能力。钢结构设计的最大问题是稳定和节点设计。构件的剪切变形特征明显，并主要通过构件的剪切变形耗散地震能量。结构破坏时，其连接不失效。

钢筋混凝土结构以其良好的抗震性能、成熟的施工技术、较强的经济性等优点在民用建筑中占有相当大的比重。构件的弯曲变形特征明显，并主要通过构件的弯曲变形耗散地震能量。结构破坏时，其连接、剪切不失效，节点不破坏。

常见的钢筋混凝土结构有剪力墙、框架-剪力墙以及框架-核心筒结构。

剪力墙结构：由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。由于剪力墙可结合建筑隔墙灵活布置，结构侧向刚度大，连梁具有很好的耗能性能，因而在民用建筑中广泛采用[2]。

框架-剪力墙结构：由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。由于框架和剪力墙自身的侧向刚度差异很大，需要考虑框架和剪力墙的协同工作。同时剪力墙数量的多少直接决定在规定水平力作用下结构底部的倾覆力矩数值，并以此确定其结构体系及结构的动力特性。

框架-核心筒结构：由核心筒与外围的稀柱框架组成的筒体结构。核心筒为结构的主要抗侧力构件，其底部加强不玩水平和竖向分布钢筋的配筋率、边缘构件设置比一般剪力墙有更高的要求。

4提高建筑结构抗震性能的有效措施

4.1不断更新设计理念

就建筑结构设计与抗震设计而言，如果设计者专业知识不足，抗震设计概念不清楚，很难做出安全、合理的设计。地震发生后，会出现种种问题，危及建筑物及居民安全。所以设计者要不断地提高专业素养与职业素质，关注建筑业发展趋势，不断更新优化设计理念，重视抗震概念设计，以便做出科学、有效、合理、经济的设计，确保建筑的安全性。同时，由于建设项目的规模较大，工期较长、设计精确度较高，设计人员在设计时，要全面地去思考，制定针对性设计方案等，更好的指导施工工作开展[3]。

4.2抗震性能化设计

抗震性能化设计是以现有的科学水平和建筑条件为前提的，需要综合考虑建筑使用功能、抗震设防烈度、结构的类型和不规则程度。结构发挥延性变形的能力、建筑工程造价、震后的各种损失及修复难易程度等因素。面对具体工程的需求，既可针对整个结构体系，也可针对其中某些重要部位或关键构件，灵活运用各种结构措施以达到预期的性能目标。

提高结构（或构件）的抗震承载能力或变形能力，是提高结构抗震性能的有效途径，但提高抗震承载能力是建立在对地震作用的准确判断的基础上的，而限于目前对地震研究的现状，应以主要提高结构（或构件）的变形能力并同时辅以提高抗震承载能力作为抗震性能化设计的首选[4]。

结束语

抗震设计的目的在于增强建筑物可靠性，保证地震作用下建筑物的安全，减少建筑物损失及人员伤亡。抗震设计是建筑设计中的重要组成部分。近年来,地震灾害频发，而建筑行业发展到今天,在科学技术与设计原理的共同促进下,建筑结构的抗震性能明显提高。在建筑建设前,对建筑进行科学、专业的抗震结构设计逐渐成为全面保证建筑安全性的有效措施。

参考文献

[1]刘娜,刘涛.建筑结构抗震设计的主要问题及措施探析[J].城市住宅,2021,28(S1):66-67.

[2]赵善帮.现代建筑结构抗震设计的技术要点分析[J].陶瓷,2021(12):81-82.

[3]马永佳.现代建筑结构抗震设计及加固处理研究[J].产业与科技论坛,2021,20(22):52-53.

[4]王清泓.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策研究[J].中国建筑金属结构,2021(10):66-67.