分析民用建筑結構的抗震設計問題

生兆中

（南京市市政設計研究院有限責任公司 江蘇南京 210000）

引言

建筑工程項目設計中，需要切實把握好結構設計，促使其建筑結構能夠具備較為理想的可靠性，進而使相應建筑物的使用更為合理安全。在建筑結構設計過程中，抗震性能設計是非常重要的一個方面，為使建筑物能夠具備理想的抗震性能，需要從結構設計入手，對于當前建筑結構設計中比較容易出現(xiàn)問題的各個方面進行嚴格控制，充分提升其相應建筑結構設計的有效性，保障安全。地震產(chǎn)生的破壞程度非常大，因此，做好建筑結構的抗震設計是十分必要的。做好建筑的抗震設計能夠提升建筑的穩(wěn)定性，保證建筑內部人們的生命安全和財產(chǎn)安全。因此，設計人員應當從實際情況出發(fā)，結合建筑物的使用、地質等情況做好建筑結構的抗震設計。

1 民用建筑結構抗震設計的重要性

結構抗震概念設計是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。如能利用合理的結構理論、結構抗震概念設計可使結構設計更趨合理，最大限度地減少或避免建筑物在地震中破壞或倒塌。在建筑結構設計中，抗震設計的主要內容是設計人員通過以往地震中建筑倒塌的數(shù)量、破壞情況等進行總結，并在此基礎上結合當下的設計理念、建筑場地的實際情況來進行趨于完善的抗震結構設計，使建筑能夠抵抗一定烈度等級的地震災害?？拐鹪O計的目標是為了保證人們的財產(chǎn)、生命安全等，為其提供更加穩(wěn)定安全的生活環(huán)境。因此，設計人員應當充分考慮地震的主要破壞機理，以便站在全局的角度完成抗震參數(shù)的設計，使建筑結構的外形、結構、構件質量等都能夠提高建筑的質量，達到設計的抗震設防目標。另外，在方案設計階段，為了給建筑方案提供正確的概念和思路，需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念，選擇使用效果最好、造價最經(jīng)濟的結構方案。

2 抗震概念設計在民用建筑結構設計中的應用

2.1 抗震結構設計

就當前的建筑概況來看，150m以上的建筑中，主要采用了三種類型的結構體系，即框－筒、筒中筒以及框架支撐體系，這三種體系均是在超高層建筑中應用較好的主要體系。我國鋼材生產(chǎn)總量較大，且在鋼結構生產(chǎn)中取得了非常大的進步，故建議在超高層建筑結構設計中，盡可能運用鋼骨混凝土、鋼管混凝土結構以及鋼結構，并在此基礎上，不斷調校柱截面的形式與大小，改善結構中的抗震性能。建筑結構在抗震功能的設計中，設計人員可以將傳統(tǒng)的、以硬性為主的抗震模式逐漸轉向以柔性為主的抗震模式，最終將以柔克剛和剛柔相濟的主要理念落實，能夠將地震發(fā)生時的主要地震力進行釋放。

2.2 隔震技術及發(fā)展

隔震控制技術應用中最重要的就是基層隔震處理。建筑結構設計人員在建筑結構的基礎部分與上部結構之間增加隔震層，將建筑基礎與上部結構進行隔離，降低地震能量的傳播成效，提升建筑工程項目的抗震性能，縮減地震能量對建筑主體結構的破壞作用。隔震技術在建筑結構設計中的應用，可使得建筑工程主體結構在地震災害的影響下，仍保持良好的應用安全性，同時對建筑內部的非結構構件起到保護作用，且地震災害過后，建筑工程無需進行大規(guī)模的修復工作，只需更換建筑隔震裝置即可。隔震控制技術的應用對隔震裝置要求較高，隔震裝置要具備很強的豎向承載能力、初始剛度和強度性能，能夠在地震作用力的影響下對建筑水平位移進行有效控制；隔震裝置自身的水平變形能力以及阻尼能力也是非常關鍵的，在地震自然災害中，隔震裝置的自振周期可以逐漸接近場地振動特征周期，以此吸收和消耗一定的地震能量，減輕地震災害。

2.3 民用建筑空間布局設計

對建筑空間布局進行合理設計對提高建筑結構的抗震性有著十分重要的促進作用，因此，在對建筑空間布局進行設計的過程中，設計人員可以從以下幾方面入手：①考慮空間結構的均衡性。在地震災害中，建筑不僅會受到來自地面的地震力，還會受到風荷載作用，因此，在其抗震設計中應當考慮到來自各個方向的作用力，從平面主軸出發(fā)，使其具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，且剛度越好，穩(wěn)定性就越高，能夠承受水平力的性能就越好，但剛度大相應地震作用力越大，需把握好平衡點。②考慮空間結構的規(guī)則性。建筑結構越復雜，在設計的過程中就需要考慮更多受力方式，在計算相關參數(shù)的取值過程中也會更加繁瑣。因此，設計人員在抗震設計時應當盡可能簡化設計內容，減少可能會影響建筑抗震能力的因素，同時通過模擬計算全面驗算抗震設計，保證建筑的穩(wěn)定性。③考慮空間結構的整體性?？拐鹪O計是一項整體性較強的工作，并不是對建筑的部分構件加強抗震性能，因此，設計人員應當將樓蓋、建筑內部以及相應的底層結構有效結合到一起，使其在地震災害的沖擊下能夠以整體的方式抵抗地震產(chǎn)生的作用力，這樣能夠避免單一結構抗震性能低下而造成建筑整體崩塌的現(xiàn)象，在提高各部分抗震性能的同時，提高了建筑整體的安全性。

3 民用建筑結構抗震設計優(yōu)化措施

3.1 做好民用建筑場地的選擇

建筑場地的選擇對抗震結構設計來說十分重要，且場地選擇是抗震設計的首要工作，設計人員應當從以下幾方面進行建筑場地的選擇，以提高抗震設計效果：①建筑結構設計人員應當盡可能選擇一些較為平坦、開闊的地點作為建筑場所，且要保證建筑地點的土層具有良好的力學性能，能夠承受建筑荷載。②避免在地層復雜、軟弱土場地或飽和粉砂粉土等特殊土場地進行建設，由于上述地點土地的承載能力不能夠達到相關設計標準，或者地震時存在液化現(xiàn)象，進而不能夠很好地抵抗地震帶來的危害，因此，不能將上述地點考慮在建筑抗震結構設計中。③不能將建筑地點選在易發(fā)生泥石流、滑坡等現(xiàn)象的地點，降低自然地質災害對建筑整體的影響，進而降低地震對建筑安全的危害。

3.2 抗震結構體系的選擇

首先結構體系要能概括出計算簡圖和內力傳遞路線，同時為了增加安全裕度，避免因部分構件的地震破壞而引發(fā)建筑整體結構體系失去抗震能力或承載能力，應設置多道抗震防線，比如地震發(fā)生時，在框架結構中，填充墻應先于框架破壞；框架－抗震墻結構中，抗震墻應先受水平地震力破壞。同時，在概念設計中要重視強度、剛度的合理分布，質心和剛心偏心距越小越好，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，在遇到地震破壞時產(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中；對可能出現(xiàn)的薄弱部位，需采取有效措施以提高抗震能力。

3.3 型鋼混凝土結構的抗震設計

型鋼混凝土結構在抗震結構的施工中具有很多優(yōu)點：型鋼的剛度高于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構中鋼筋的剛度，加上混凝土的作用，使得型鋼混凝土結構的強度、剛度、耗能性能都具有明顯優(yōu)勢；由于其結構的延性好、耗能性能高、承載力高的特點，使得這種結構在抗剪承載力方面性能優(yōu)越、震動衰減快、對溫度變化反應小、抗扭轉屈曲性能好，因此具有優(yōu)良的結構抗震性能。型鋼混凝土梁柱節(jié)點中的型鋼腹板參與到工作中，這就增加了節(jié)點抗力能力，同時型鋼的翼緣框能夠很好的約束核心區(qū)中的混凝土，提高了節(jié)點抗裂度和極限承載力。

3.4 設置多道抗震防線

采用冗余構件，增多抗震防線。對于高層建筑而言，一般采用雙重抗側力體系：框架－抗震墻、芯筒－框架、內墻筒－外框筒、框架－支撐，其在水平地震側力的作用之下，通過各層的樓蓋，進行工作的協(xié)同。同時，這種體系會在地震發(fā)生時，依靠支撐或者是墻體等作為主要的抗震防線，為有效保證這一體系的抗震防線，一般采用的方式為：同一軸線位置設置延伸性較好的抗彎梁的方式，利用這些連系梁承擔地震前期脈沖的沖擊，以達到保護主體結構的目的。

4 結語

由上可知，在不可抗力的地震災害面前，雖然無法做到有效的規(guī)避，但是可以通過加強建筑結構設計中的抗震設計來提高建筑的穩(wěn)定性。設計人員應當在做好建筑選址的前提下，對抗震參數(shù)進行精確設計，并在設置多種抗震防線的基礎上，做好建筑空間布局設計，以提高建筑整體的安全穩(wěn)定性能。隨著生活水平的不斷提高，為了順應了社會的發(fā)展出現(xiàn)了很多的高層建筑，為保證建筑使用的合理性，抗震設計要巧妙的融入到建筑方案設計之中，做到有效保證廣大居民的生命財產(chǎn)安全，最大限度的排除一切地震給人們帶來的傷害，維護我們共有的和諧家園。

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