建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念

程麗紅 趙建武

山東省魯商冰輪建筑設(shè)計有限公司 山東濟南 250101

在建筑工程中，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計尤為重要，需要設(shè)計人員結(jié)合工程具體建設(shè)要求，進(jìn)一步優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念。積極借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的建筑工程抗震設(shè)計案例，選擇適宜的抗震結(jié)構(gòu)形式，從根本上提高抗震等級，確保建筑工程能夠在保障建筑用戶人身及財產(chǎn)安全中發(fā)揮出重要作用。

1 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作重要意義

相較于其他自然災(zāi)害而言，地震給社會發(fā)展帶來的沖擊作用極大，對建筑結(jié)構(gòu)會造成直接破壞。因此為最大限度預(yù)防及減輕地震災(zāi)害帶來的毀滅性，還需要做好建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計與安裝工作。

合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方案能夠從根本上保障建筑工程的完整性，確保建筑工程能夠充分發(fā)揮出應(yīng)有使用功能[1]。在地震災(zāi)害發(fā)生的情況下，高抗震等級建筑物結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生整體倒塌或嚴(yán)重?fù)p害，可切實保障人民人身安全。

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作開展期間，應(yīng)當(dāng)充分了解工程所在地區(qū)的地震烈度等級，選擇適宜的抗震結(jié)構(gòu)體系?，F(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計目標(biāo)完成任務(wù)主要分為以下三種：

（1）在發(fā)生小強度地震災(zāi)害的情況下，建筑物不會受到破壞，其正常使用功能不會受到影響。

（2）在發(fā)生中度地震災(zāi)害的情況下，建筑物會遭受不同程度的損傷，但在基本修復(fù)后仍可以繼續(xù)使用。

（3）在發(fā)生較大強度地震災(zāi)害的情況下，應(yīng)當(dāng)最大限度保障建筑物的整體性，避免建筑物出現(xiàn)倒塌情況。

2 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

現(xiàn)階段建筑工程抗震設(shè)計工作需滿足小震不壞、大震不倒的要求。在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合地區(qū)地震發(fā)生烈度，選擇適宜的抗震設(shè)計方案。建筑抗震結(jié)構(gòu)需要保持較大的彈性范圍，使結(jié)構(gòu)在強度較小地震的情況下不會發(fā)生損害問題，也不必進(jìn)行修補[2]。著重關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)受地震荷載率影響的結(jié)構(gòu)破壞模擬分析工作，制定出易破壞構(gòu)件的修補方案，從根本上提升結(jié)構(gòu)整體的承載力、延展性。

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也需要注重考察建筑工程整體使用年限及建筑工程使用功能，最容易發(fā)生倒塌事故的建筑物，進(jìn)行重點抗震設(shè)計。要求在地震頻發(fā)區(qū)域有抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計期間配合使用彈性發(fā)應(yīng)方式，做好中度及重度地震發(fā)生后的設(shè)計預(yù)防演算工作，切實保障建筑物抗震性能。

3 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

現(xiàn)階段國家及有關(guān)部門對建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的關(guān)注度日漸提升，針對抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作頒布了細(xì)致的明文規(guī)定。為從根本上保障建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計工作開展時嚴(yán)格遵守以下原則：

（1）整體性原則。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展期間，需要著重關(guān)注抗震結(jié)構(gòu)整體性的維護工作。從工程整體角度出發(fā)，分析各類因素對建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能造成的不利影響，切實提升建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件協(xié)調(diào)性，使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能得到根本上保障。要求設(shè)計工作開展時，還需要注重分析建筑工程不同部件的力學(xué)特征，結(jié)合工程施工現(xiàn)場地質(zhì)條件以及周邊建筑物分布情況，選擇適宜的建筑工程抗震結(jié)構(gòu)形式，切實提升建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

（2）簡化性原則。為使建筑工程設(shè)計與施工環(huán)節(jié)的經(jīng)濟效益能夠得到根本上保障，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展期間還需要遵循簡化性原則。在豐富實踐經(jīng)驗積累下，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到建筑結(jié)構(gòu)形式越簡單、其自身抗震性能就越強的特征。因此對于復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)而言，需通過簡化其結(jié)構(gòu)形式，切實提升結(jié)構(gòu)力學(xué)性能計算精準(zhǔn)度，從根本上保障結(jié)構(gòu)整體的平衡性。利用簡單的建筑結(jié)構(gòu)還可以有效控制地震災(zāi)害對結(jié)構(gòu)造成的破壞力，確保建筑工程能夠抵御較大等級地震災(zāi)害，增強自身抗震設(shè)計水平。

（3）抵抗性原則。為使建筑結(jié)構(gòu)在受地震作用力的影響下依然能夠保持完整度，還需要進(jìn)一步增強建筑結(jié)構(gòu)抵抗性設(shè)計質(zhì)量。要求在設(shè)計時配合使用先進(jìn)的設(shè)計軟件模擬出理想結(jié)構(gòu)抗震效果，分析建筑工程不同結(jié)構(gòu)抗震性的要求，確保建筑工程在遭受地震災(zāi)害的影響下依然結(jié)構(gòu)完整。通過選擇適宜的結(jié)構(gòu)，提升建筑工程整體地震抵抗力，保障建筑結(jié)構(gòu)受力平衡[3]。

4 建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念主要內(nèi)容

建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作對切實保障結(jié)構(gòu)延性、承載力、穩(wěn)定性意義重大。為從根本上提升抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，需要樹立起合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，明確建筑工程抗震設(shè)計目標(biāo)及任務(wù)，確保抗震設(shè)計方案中的結(jié)構(gòu)受力傳輸路徑清晰合理，使建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計與設(shè)計剛度相協(xié)調(diào)。

4.1 整體設(shè)計理念

建筑工程結(jié)構(gòu)的整體性可直接影響到其實際運營期間的抗震性能，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要選擇整體性較強的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，確保此鞋結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮出收集力、傳遞力的積極作用，使建筑工程垂直結(jié)構(gòu)可在不同等級地震的作用下依然能夠保持完整。在整體性抗震設(shè)計工作開展時，需要通過選擇適宜的材料與結(jié)構(gòu)構(gòu)件，保障結(jié)構(gòu)整體抗震性能。

4.2 結(jié)構(gòu)清晰理念

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，應(yīng)當(dāng)確保建筑結(jié)構(gòu)受力傳力路徑的清晰性，地震發(fā)生后建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移情況的建模分析工作，精準(zhǔn)計算出建筑物結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，并以計算結(jié)果為依據(jù)對建筑抗震結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行切實優(yōu)化，從根本上提高建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。

4.3 協(xié)調(diào)設(shè)計理念

要求在建筑結(jié)構(gòu)中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展過程中，還應(yīng)當(dāng)樹立起結(jié)構(gòu)抗震性能與設(shè)計剛度相互協(xié)調(diào)的理念[4]。要求在抗震設(shè)計時充分考慮地震作用下結(jié)構(gòu)剛度及變形力，計算出建筑結(jié)構(gòu)的平衡度與變形量，最大限度減少建筑結(jié)構(gòu)地震作用影響，增強建筑工程結(jié)構(gòu)整體抗震水平。

4.4 均勻規(guī)則結(jié)構(gòu)理念

均勻規(guī)則結(jié)構(gòu)理念也是建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計重要理念之一，對從根本上保障工程整體控制水平具有積極作用。設(shè)計人員在使用均勻規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計方式時，需著重關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)布局的合理性，確保建筑工程結(jié)構(gòu)抗側(cè)高度基本相同，增強結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性與抗震性能。

5 建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

5.1 建筑結(jié)構(gòu)體系選擇

如建筑工程以混凝土材質(zhì)為主，工程結(jié)構(gòu)不僅為受力體系，也為荷載傳遞體系，與建筑工程實際運營期間的安全性及可靠性關(guān)聯(lián)密切。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展時，還需要著重分析建筑物施工材料性能、建筑整體功能、建筑施工場地及環(huán)境要素。由于建筑工程抗震性能會受各類因素影響，因此需要在設(shè)計工作開展期間選擇適宜的建筑結(jié)構(gòu)體系。

就目前來看，建筑工程結(jié)構(gòu)體系種類較多，不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點顯著。如在建筑工程中使用剪力墻結(jié)構(gòu)，能夠從根本上提升工程整體承載力及側(cè)向剛度，但由于其體積較大，無法適應(yīng)大空間布置要求[5]?？蚣芙Y(jié)構(gòu)布置靈活性較強，但在應(yīng)用在剪切變形的柔性建筑結(jié)構(gòu)中，抗震效果無法達(dá)到理想目標(biāo)。因此現(xiàn)階段建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作多采用剪力墻與框架相結(jié)合的方式，通過充分發(fā)揮出此兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，穩(wěn)定提升工程整體抗震水平。

框架-剪力墻建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用時，由于框架及剪力墻結(jié)構(gòu)自身的高度差異性較大，導(dǎo)致建筑工程在地震作用影響下的結(jié)構(gòu)會呈現(xiàn)出不同大小的位移，因此需要在設(shè)計期間著重關(guān)注兩結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)性。

在建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與選擇期間，需要保障結(jié)構(gòu)體系簡單、實用，能夠充分承受來自地震荷載的變形力與沖擊度，使各構(gòu)件相互協(xié)調(diào)配合，保障整體結(jié)構(gòu)共同支撐水平。

著重加固處理建筑工程薄弱之處，提升建筑工程布局合理性。舉例而言，在建筑工程為高層的情況下，可使用純剪力墻結(jié)構(gòu)，最大限度增強建筑工程抗震水平。在建筑工程為綜合體的情況下，可使用簡體結(jié)構(gòu)，滿足工程整體使用性能。

5.2 建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，結(jié)構(gòu)布局的科學(xué)性與合理性也可直接影響到建筑整體抗震性能，如建筑結(jié)構(gòu)布局平面，豎直面規(guī)則度、剛性等設(shè)置水平會使建筑工程整體抗震性發(fā)生變化。為從根本上保障建筑工程抗震結(jié)構(gòu)整體設(shè)計效果，需要著重關(guān)注以下要點：

（1）建筑結(jié)構(gòu)布局中的各構(gòu)件分布應(yīng)當(dāng)保障規(guī)則且對稱，要求建筑中心及剛度中心始終處于重合狀態(tài)。

（2）豎直建筑結(jié)構(gòu)布局需采用合理方式降低建筑重點，避免建筑工程出現(xiàn)錯落問題，對工程后續(xù)抗震性能造成嚴(yán)重不利影響。

（3）建筑結(jié)構(gòu)墻體、支撐柱等強度及剛度需要滿足實際設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保此些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的抗震等級符合現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范。

（4）做好抗震等級設(shè)定工作，確保建筑工程能夠在不同地震情況下就能夠保障完整安全。與地質(zhì)勘查部門進(jìn)行密切溝通，結(jié)合地區(qū)歷史地震發(fā)生資料，確定建筑結(jié)構(gòu)抗震等級。

5.3 設(shè)置多道抗震防線

建筑工程體系為多種延性分體系，不同分體系需要使用有效的延性連接方式，以從根本上保障結(jié)構(gòu)整體抗震效果。以建筑工程中的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)為例，該結(jié)構(gòu)主要就是將框架與剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。在地震等級較大的情況下，如單一分體系受到破壞，其他分體系依然可以保障建筑結(jié)構(gòu)整體完整性，形成多道抗震防線。

建筑結(jié)構(gòu)可借助設(shè)置多道抗震防線來抵御地震破壞力，避免建筑在較強地震作用下出現(xiàn)倒塌問題。通過將多個分體系連接在一起，如使用剪力墻連梁結(jié)構(gòu)，降低地震破壞作用下的建筑物整體塑性變形度，從根本上保障建筑主體結(jié)構(gòu)的完整性。

5.4 結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計算

在建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作實施過程中，還需要做好結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計算工作。具體而言，建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)與建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性密切相關(guān)，并可直接影響到建筑工程整體抗震性能。因此在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要配合使用先進(jìn)設(shè)計軟件，精準(zhǔn)計算出建筑體所需承受的地震作用力、在地震災(zāi)害發(fā)生時建筑物應(yīng)當(dāng)具備的荷載作用力。構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)三維模型，模擬不同地震等級下建筑結(jié)構(gòu)反應(yīng)，使設(shè)計出的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方案更加科學(xué)可行，能夠在保障建筑工程運營全壽命周期中發(fā)揮出重要作用。

在建筑結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計算過程中，還需要計算出結(jié)構(gòu)變形率以及低循環(huán)疲勞效應(yīng)，明確建筑工程損傷性能參數(shù)以及受力彈性范圍。依據(jù)建筑工程允許最大損傷值，對建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，增強建筑工程整體抗震等級。

5.5 加固抗震構(gòu)件

在建筑結(jié)構(gòu)中，部分構(gòu)件極易受到地震作用破壞，需要設(shè)計師重點關(guān)注此類構(gòu)件的加固工作，從根本上提高構(gòu)件抗震等級。具體而言，建筑工程中的突出屋面縱向天窗架、具有支撐主體結(jié)構(gòu)節(jié)點的支撐壓屈、互撞墻，硬山墻與窗間墻等均容易受到地震作用影響，需要在設(shè)計過程中使用粘貼鋼板、纖維等技術(shù)方式，保障工程整體建設(shè)水平。

要求使用延性較強的建筑材料，確保建筑構(gòu)件具備良好的抗震效果。抗震構(gòu)件材料的選擇工作還需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)本身設(shè)計高度、地基情況等要素，根據(jù)材料質(zhì)量情況檢驗建筑工程結(jié)構(gòu)整體抗震性能，使建筑工程抗震效果與設(shè)計要求相符。

6 結(jié)語

總而言之，為從根本上保障建筑工程設(shè)計水平，需要著重關(guān)注結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計環(huán)節(jié)。要求設(shè)計人員認(rèn)識到抗震設(shè)計的重要意義，選擇適宜的抗震結(jié)構(gòu)形式。結(jié)合建筑工程具體建設(shè)要求，不斷完善建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，確保建筑工程抗震等級能夠滿足現(xiàn)行國家規(guī)定，為保障建筑工程高質(zhì)高效建設(shè)奠定堅實基礎(chǔ)。