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浅析建筑设计在建筑抗震设计中的重要性

发表时间：2021/6/16 来源：《建筑科技》2021年4月下作者：赵琳曦

[导读] 近年来，地震灾害更加频繁，严重威胁着人们的生命和财产安全,增加了房屋破坏和人员伤亡的数量，建筑结构工程抗震设计的作用愈加凸显。本文首先说明了工业建筑结构工程抗震设计的意义及基本要求，并提出了建筑设计抗震设计的具体方法，旨在推动我国工业建筑设计良好发展。

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摘要：近年来，地震灾害更加频繁，严重威胁着人们的生命和财产安全,增加了房屋破坏和人员伤亡的数量，建筑结构工程抗震设计的作用愈加凸显。本文首先说明了工业建筑结构工程抗震设计的意义及基本要求，并提出了建筑设计抗震设计的具体方法，旨在推动我国工业建筑设计良好发展。
关键词：建筑结构；抗震设计；重要性
        在建筑的设计和施工中，抗震性能十分重要，这部分一直是建筑师设计的重点。抗震设计是在发生地震时保持高层建筑完整性的重要元素，因此，我们有必要充分了解建筑结构工程抗震设计的重要性以及建筑结构工程抗震设计的要点。当然，抗震设计必须符合结构安全、可靠性和高经济效益的基本原则。抗震设计是基于科学合理的技术，必须确保在地震时抗震设计可以发挥作用，保证建筑物遭受地震之后经过短时间的修缮工作就可以继续使用，这大大降低维修成本，实现利益最大化。
        1建筑抗震设计的重要性
        面对着地震灾害所造成的巨大损失，建筑的抗震性为越来越多的人所关注。为减小地震灾害，国家在建筑工程的相关规定中明确要求，建筑设计过程中，务必根据抗震设防烈度进行相关设计。为保证遇到地震灾害时，建筑物不会因为抗震设防不到位，而导致意外损失。因此，建筑设计往往是以最不利设计作为重要考量，而其中抗震设计是建筑安全的决定因素之一，同时决定着建筑的经济性。
        2建筑结构工程抗震设计的基本要求
        地震是目前受关注度较高的自然灾害。因建筑结构工程抗震设计要求必须反映现实性、经济性和安全性，并且在建筑结构工程抗震设计时，必须满足相关基本要求。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）给出了建筑物抗震性的“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。当发生第一设防烈度地震也就是低于本地区地震设防烈度的多遇地震时，其结构在弹性变形阶段，建筑物通常可以正常使用，建筑物大多不受损坏或不需维修就可以继续使用。因此，在多遇地震中建筑物的极限承载力应当满足验算条件，并且建筑物的弹性变形不得超过规定的弹性变形极限。根据地震强度，发生第二设防烈度地震时就是相当于本地区抗震设防烈度的基本设防烈度，结构为屈服状态，进入非弹性变形阶段，可能形成局部损坏。但是，可以在经过一般检查和维修后继续使用。
        3工业建筑结构抗震设计策略
        3.1运用高延性结构消震和隔震
        高延性结构可以有效提高抗震能力，并且有着良好的吸收地震能量的作用，我国当前在建筑的防震设计及后期施工过程中，为增加建筑结构的延性、整体刚度，对结构节点构造进行了科学合理的设计，以减少地震作用带来的不利影响。必要时可采用减震、隔震设计，确保建筑结构的安全、经济、适用。
        3.2科学选择结构体系
        为了确保建筑物的整体协调，必须科学地选择结构体系。通常，建筑结构工程的抗震设计概念要求以下两个条件：①稳定；②合适。通过选择科学合理的结构工程体系来满足结构的变形和抵抗力要求。建筑物必须具有一定的刚度，才能在一定程度上承受自身的载荷，并有效防止变形；当地震发生时，才能对较大的地震力辅以缓冲，以防止对建筑物造成局部损坏。因此，在选择结构体系时，必须要明确建筑物传力的途径和受力的计算，转换层的使用应尽量避免，这样可以降低建筑物倾斜或局部受损的几率，从而保护建筑物。
        3.3合理选择和布置建筑方案
        结构工程师的作用是配合建筑设计师的工作，通过力学计算分析、概念设计等方式尽可能实现其设计意图。

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然而在方案设计时，结构工程师往往参与较少，待建筑方案确定后往往出现结构布置不合理、不满足抗震设计要求的情况。因此，为确保后期结构抗震方案的可实施性，结构工程师应尽可能早地参与到建筑方案的确定过程中来，并要求建筑方案遵循“平面对称、立面均匀”的布置原则。
        2.4提升结构延性
        如果建筑物的抗震性低于地震等级，则由于脆性破坏很容易倒塌。因此，建筑工程结构的抗震设计应提高结构的延性并增加其强度。可以改进以下内容：①延性材料。如果使用延性材料在发生弹性变形或重复弹性变形时，延性不会有明显下降。②杆件的延性。为了改善结构的延性，应检查结构部件的杆件的延性，例如塑性变形、能量耗散等。③构件的延性。某一个构件发生塑性变形和消耗能量的能力，可以通过提高墙体或框架的延性来改善建筑结构的整体延性。通常，建筑结构的延性与其抵抗塌陷或塑性变形的能力有关。可以在设计中使用以下方法：①在平面上，增强突变处和转角处之类的延性；②对于竖向，可以增强薄弱楼板延性；③增加首道抗震防线部分的构件延性。
        3.5强化建筑底层的抗震能力
        根据与地震有关的数据，不难验证大部分建筑物倒塌是由于抗震性差所致。通过对底层建筑结构的基本设计中存在问题分析和讨论，可以集中在两个方面：第一，底层框架可能无法满足国家的抗震设计要求，而是扩充空间以满足投资者的利益，通过中空设计增加销售空间和收益，减少了底层设计中柱的应用数量，降低了整个建筑物的抗震等级。第二，建筑物临街问题。一些建筑物经常建设在街道旁边。临街部分主要旨在提高商业街使用的整体效率，大多数只有承重柱，没有承重墙，因此建筑物承重能力大大下降。发生强烈地震，建筑物可能会因为支撑应力过大导致断裂，使建筑物向临街方向倾斜或倒塌，发生较大事故。为了解决上述问题，最佳解决方案是加固环建筑粱圈以及构造柱的方式，以提高建筑抗震性能。
        3.6提升结构的整体性
        ①选用钢作为支撑结构。钢结构是建筑行业中的一项新技术，但已在许多项目中使用。如贵州钢结构发展中心楼，占地 26,000 平方米，高 24 层，建筑承板使用港静线桁架，可以改善建筑物的完整性。通常来说，工业建筑主要采用钢结构支撑系统，对建筑框架结构的侧面刚度产生积极的影响，可以提高整个建筑的强度，提高水平荷载。与纯框架结构相比，钢结构支撑体系的稳定性极佳，适合结构支撑要求。使用环向密封同一平面，可以增加侧向刚度，尤其是在地震负荷较高的地方效果更好。②抗侧力结构。如果建筑结构为框架结构形式，则可以使用钢结构来支撑建筑物的竖向负载和部分横向负载。如果建筑物的结构是多种框架结构的形式，可以通过交错桁结构调节上下楼层，从而提供单元设置灵活性。该结构在钢结构的平面中，梁柱的弯矩较小，侧向位移较小。
        3.7对于其他非结构部件的处理
        除了主要受力构件，建筑物还包含填充墙体、外围装饰墙板、屋面广告牌、附属机电设备等非结构构件。当地震发生时，这些构件也会在不同程度上受到地震作用，对建筑结构的整体抗震性能产生一定影响，因此对其进行合理的处理，能更好地提高建筑物的抗震能力，减少地震造成的次生灾害。
        4结束语
        综上，随着科学技术的进步、建筑材料的高性能发展、计算机技术水平不断提高、BIM 以及装配式的应用，我国建筑行业正在飞速发展。但是在发展的过程中，社会对于建筑结构的抗震需求也变得越高。因此，需要对建筑物进行全方位的安全考虑，保证建筑物都有着良好的形态、合理的功能布局、安全的建筑构造，才能使得整个居住环境更加和谐美好、安全可靠。
参考文献：
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