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浅谈建筑结构设计中抗震结构设计马庆耀

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：马庆耀

[导读] 摘要：随着建筑行业的快速发展，在建筑结构设计中，日益重视于抗震结构的设计，对建筑物的抗震能力提出了更高的要求。

        安徽省淠史杭灌区管理总局设计院
        摘要：随着建筑行业的快速发展，在建筑结构设计中，日益重视于抗震结构的设计，对建筑物的抗震能力提出了更高的要求。由于近些年来，我国地震灾害时常发生，而且呈现出较为频繁的状态，所以在建筑结构设计中，必须要重视抗震结构的设计。本文对建筑结构设计中抗震结构设计的原理及结构抗震设计做了简要的分析，以为抛砖引玉之用。
        关键词：建筑结构设计；抗震结构；设计
        1、建筑工程抗震结构设计在结构设计中的意义
        建筑结构设计的时候，结构抗震设计显得十分重要，抗震设计必须要结合数据以及设计理论进行科学、合理的数据计算和分析工作，对于实际施工过程中无法计算的结构构件，必须要严格地根据相关规定和标准对建筑结构数据进行掌握。根据建筑结构的演化才能够制定最为适合的抗震设计方案。在进行结构抗震设计的时候不能一味地依赖于计算机设计软件，必须要结合传统的设计习惯和经验进行不断的优化和创新，建筑结构设计的时候，抗震设计的原则和理念主要针对地震本身的不确定性，建筑工程所遇到的地震和抗震参数必须要结合结构空间的作用以及建筑工程本身的结构，建筑材料的弹性以及建筑结构的阻尼变化等诸多因素。
        2、建筑抗震结构设计分析
        2.1建筑物抗震设计类别
        建筑物的抗震等级通常可以分为以下四类：第一，甲类建筑，即具有高度重要性的建筑，需要在国家的相关规定的批准下进行相应的工作，具有一定的建设限制。第二，乙类建筑，这是城市生命线中的建设工程，一般指需要在城市防震减灾规划的整体设计工作中进行相应的工作和部署的工程以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果的工程。第三，丙类建筑，指大量的常规建筑。第四，丁类建筑，也就是次要性的建筑，指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。
        2.2设置多道抗震防线
        多道抗震防线结构体系需要进行多个延伸性较好的分体系的建设工作，在延伸性较好的结构构件的连接进行协同性的分析工作，多道抗震防线的设置保证了建筑物在抗震下的稳定性。以框剪结构或框架核心筒结构为例，第一道抗震防线的设计工作，应该选择少负担重力载荷的竖向构建、支撑来进行。第二道抗震防线，除了规范规定的一些方法和构造措施，还可以采用增加钢支撑的方法，让钢支撑与原结构协同工作，大大提高变形能力，地震时可以高效进行地震能量的散失与传递，保证建筑物在地震下变形幅度可控。
        3、建筑结构设计中抗震结构设计
        3.1优化结构设计方案
        在开展抗震结构设计工作时，设计人员需要明确认识到不同的结构设计将直接影响到具体的抗震性能及工程造价。因此，抗震结构设计的优化需要从建筑工程项目的规划阶段开展，贯彻整个设计环节，尽量避免施工阶段出现设计变更的情况。首先，设计人员需要充分考虑建筑抗震结构的基本性能，通过合理、科学的定量分析对高层混凝土建筑的抗震体系进行优化设计，且需要考虑到每一个抗震结构的实用性和综合性能。其次，在满足抗震性能的基础上，可以进一步追求抗震结构的美观性，要确保抗震结构整齐、对称，尽量不使建筑物的美观性受到较大的负面影响。同时，需要着重考虑建筑结构的抗震抗倒塌能力的提高，设计人员需要考虑到不同等级地震对于建筑结构所造成的影响，确保各项抗震结构能够保持一定的平衡性，并侧重于建筑结构与纵向重力作用之间的关系。最后，抗震结构的设计需要具有一定的条理性和层次感，防震措施的选择需要结合施工现场的地质条件作出准确的判断，促使建筑整体结构能够满足上下力的受力均衡。实践证明，合理的结构重力设置可以有效降低地震发生时对于建筑物所造成的水平作用力和竖向作用力，确保建筑不会出现裂缝、倒塌的情况。
        3.2建筑结构规则、对称分布
        建筑物的抗震性能受到建筑结构的影响，尤其是高层建筑结构，其结构是否均匀、规则从很大程度上影响着建筑结构抗震性能。当前高层建筑校对，其特点之一就是体型庞大、高度高，和普通低层建筑不同的是其结构对稳定性要求更高，应当合理控制好建筑的平面形状，保证其均匀性和对称性良好。应当合理化设计建筑的纵横比，将建筑扭转进行良好控制。在实际开展建筑结构设计过程中需要加强对建筑刚度和质量的控制，保证建筑能够均匀承载材料，保证建筑物呈对称分布结构。

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        3.3墙体设计
        建筑结构中的墙体在发生地震灾害过程中十分容易出现裂缝问题，甚至可能出现坍塌的情况。在建筑结构设计中，墙体设计占据着十分重要的地位。设计者可以通过单独设计墙体的方式将设计效果优化。为了保证墙体能够满足抗震设计要求，可以采用纵向设计和横向设计的方式，保证两方向都能够具有足够的抗震性能。设计者在设计建筑墙体结果过程中应当加强对细节设计的重视。不仅如此，还应当确保墙体结构具有足够的承载力。墙体的数量从一定程度上决定着建筑的刚度，如果没有按照设计规范要求进行墙体数量的设计，那么必然会影响到建筑结构的安全性和稳定性，建筑墙体结构的刚度也很难满足要求，在地震发生时可能会发生严重的安全事故。
        4、抗震设计的基本方法
        现行《建筑抗震设计规范》延续89规范提出的搞震设防三个水准目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”的。与三个地震烈度水准相应的抗震设防目标是一般情况下，第一水准烈度地震作用影响时，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，按弹性反应谱进行弹性分析；第二水准烈度地震作用影响时，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控制在可修复的范围内；第三水准烈度即罕遇地震影响时，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。
        在具体的设计方法上，规范规定，采用二阶段设计实现三个水准的设防目标：第一阶段设计是承载力验算，采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《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068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，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。对大多数的结构，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。
        根据规范的要求，笔者整理二阶段设计方法的程序如下：
        （1）确定设计烈度、场地类别、设计地震分组
        （2）确定结构方案，初步选取构件截面，计算重力荷载代表值
        （3）计算结构自振周期
        （4）确定计算结构地震作用方法（底部剪力法和振型分解反应谱法）
        （5）计算荷载与地震作用的组合
        （6）进行结构构件的截面设计及配筋，满足抗震验算S≤R/γRE
        （7）按现行规范采取抗震措施
        （8）进行弹性变形验算
        （9）进行弹塑性变形验算，满足规范要求则结束
        （10）（变形不满足规范要求时）计算楼层屈服强度系数ξv，确定楼层薄弱层
        （11）计算层间弹性位移（简化法：Δup=ηpΔue；时程分析法）
        （12）满足Δup≤[θp]h，结束。
        （13）不满足Δup≤[θp]h，则需
        ①按规范采取延性措施后满足要求结束；②改变配筋，返回第6步骤重新计算；③改变截面，返回第2步骤重新计算；直至完全满足规范要求方告结束。
        5、结语
        在当前技术背景下，地震仍旧是不能快速准确预测的地质灾害，但是为了降低地震对人们的生命财产安全产生的恶性影响，在建筑工程中需要强化工程的抗震性能。设计人员要立足于整体观念，综合考虑安全性、经济性、功能性均满足要求的高质量的建筑。
        参考文献：
        [1]谢光颖.探析高层混凝土建筑抗震结构设计[J].建筑发展，2019，3（4）.
        [2]《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010（2016年版）.