劉夢瑤 袁東勝

（1.菏澤市規(guī)劃建筑設計研究院有限公司，山東 菏澤 274000；2.菏澤市建設工程勘察院，山東 菏澤 274000）

0 引言

隨著科技的不斷進步和經(jīng)驗的積累，人們對于建筑結構抗震設計的認知和技術手段也在不斷提升。作為設計單位，全面了解建筑抗震設計的要點及難點問題，制定切實可行的抗震設計方案，對于提升建筑結構的抗震能力，確保建筑結構的安全性和穩(wěn)定性至關重要。本文就建筑結構抗震設計原則及設計要點進行分析，僅供交流。

1 建筑結構抗震設計的基本原則

建筑結構的抗震設計要遵循整體性、簡化性和抵抗性三大原則（如圖1 所示），這是確保建筑物在地震中具備良好的抗震性能的基礎。

圖1 建筑結構抗震設計的基本原則

1.1 整體性原則

抗震設計的整體性原則是指在抗震設計過程中，將建筑結構作為一個整體進行考慮和設計，以確保其整體的穩(wěn)定性和抗震性能。

（1）將整個建筑結構作為一個系統(tǒng)來考慮，而不是把它看作是由獨立部件組成的集合。這意味著在抗震設計中，需要綜合考慮建筑結構的各個部分之間的相互作用和協(xié)同工作，而不是單獨對每個部分進行設計。通過在整體考慮的基礎上進行設計，可以提高建筑結構的整體剛度和強度，從而增強其抵抗地震力的能力。

（2）抗震設計中注重結構的韌性和能量耗散能力。地震作用通常會引起結構內(nèi)部的應力和變形集中，如果結構不能承受這些應力和變形而發(fā)生破壞，將導致建筑整體倒塌。為了增強結構的韌性，可以采用一些措施，如提高材料的延性和減震器的安裝等。這些措施可以使結構在地震作用下發(fā)生一定的變形，從而起到地震能量的耗散和減緩破壞的效果，保護整體結構的穩(wěn)定性[1]。

（3）抗震設計中注重結構的連續(xù)性和完整性。地震作用會引起結構的局部破壞和失穩(wěn)，因此，通過增強結構的連續(xù)性和完整性，可以將地震作用傳遞到整個結構，減小局部破壞的風險。這可以通過采用適當?shù)慕Y構連接方式和加強結構節(jié)點的措施來實現(xiàn)。通過保持結構的連續(xù)性和完整性，可以增加結構的整體穩(wěn)定性和抗震性能。

1.2 簡化性原則

抗震設計的簡化性原則是指在抗震設計過程中，通過簡化結構的形式和計算方法，使其更加易于分析和理解。

（1）結構形式設計中盡量減少復雜性。復雜的結構形式往往意味著更多的構件、更復雜的連接和更高的制造成本。而抗震設計要求結構具備足夠的剛度和強度來抵抗地震作用，但并不意味著結構越復雜就能夠提高抗震性能。相反，簡化結構的形式可以降低結構的自重和慣性力，減小地震作用對結構的影響，提高結構的穩(wěn)定性和抗震性能。

（2）降低抗震設計中的計算復雜性?？拐鹪O計需要對結構的受力和變形進行分析，比較常用的方法是采用有限元分析等數(shù)值分析方法。然而，這些計算方法往往需要復雜的計算模型和大量的計算工作，很難在實踐中廣泛應用。因此，在抗震設計中，可以采用一些簡化的計算方法和規(guī)則，如等效靜力法、固定節(jié)點法等，以降低計算復雜性，并能更方便地滿足實際工程需求。

（3）抗震設計中注重結構的可行性和可操作性?？拐鹪O計涉及眾多的參數(shù)和約束條件，而實際工程往往有時間和經(jīng)濟成本的限制。因此，設計人員需要在滿足抗震設計要求的前提下，考慮實際工程的可行性和可操作性。通過合理地選擇結構材料、減少構件數(shù)量和尺寸以及優(yōu)化構件布局等措施，可以提高抗震設計方案的可行性，降低工程的成本和風險。

1.3 抵抗性原則

抗震設計的抵抗性原則是指建筑結構應該具備抵御地震力量的能力，能夠有效地抵抗地震力的作用，保障建筑物及其內(nèi)部設備和人員的安全。

（1）強調(diào)結構的強度和剛度，這是抵御地震力量的關鍵。在抗震設計中，結構的強度是指其能夠承受的荷載大小，而剛度則指結構的變形程度。通過增加結構的強度和剛度，可以提高建筑抵御地震力量的能力。因此，在建筑物的基礎和梁柱等主要承重構件上采用高強度材料，并增加構件的截面尺寸和數(shù)量，可以提高結構的強度和剛度，從而增強建筑的抗震能力。

（2）結構需具備良好的耗能性能。地震時結構會受到?jīng)_擊力，如果沒有有效的能量耗散機制，沖擊力會集中在結構某些部位上，導致局部損壞或倒塌。因此，為了保證建筑的抵抗性能，在結構設計中應引入一定的能量耗散機制。因此，在結構中設置可塑性構件，如橡膠隔震器、形狀記憶合金等，當?shù)卣鸢l(fā)生時，這些可塑性構件能夠吸收地震能量，減小結構受到的沖擊力，從而保護建筑的完整性。

（3）結構需具備良好的位移控制能力。地震力量會引起建筑結構的變形和振動，若變形和振動超過一定限度，就會導致結構損壞。在抗震設計中，需要通過一系列措施來控制結構的位移，確保結構在地震作用下的變形和振動在可控范圍內(nèi)。因此，在結構中設置剪力墻、加勁筋等，能夠有效地抑制結構的變形和振動，提高結構抵抗地震力量的能力。

2 建筑結構抗震設計影響因素及難點問題

建筑結構抗震設計的影響因素很多，如圖2 所示，這些因素相互作用，共同決定了建筑物在地震中的抗震性能和安全性。

圖2 建筑結構設計中的抗震設計難點

（1）地震參數(shù)。地震參數(shù)包括地震烈度、地震波加速度等。不同地區(qū)的地震烈度不同，因此在設計中需根據(jù)地震烈度水平確定合適的設計地震動參數(shù)。地震波加速度是建筑物在地震中所受到的最主要的地震荷載，因此在抗震設計中，需要對地震波加速度進行準確的估計和分析，以確保建筑物具備足夠的抗震能力。

（2）地基條件和土壤特性。地基條件指的是建筑物與地基之間的相互作用關系，而土壤特性是指土壤的固有性質和力學性能。不同地區(qū)的地基條件和土壤特性存在差異，如軟土、砂土、黏土等，因此需要進行詳細的土質調(diào)查和工程地質勘察。在設計時，需要根據(jù)土壤的承載能力、動力特性等，選擇合適的地基處理方法和結構形式，以提高建筑物的抗震性能[2]。

（3）建筑結構類型和材料。不同類型的結構，如鋼結構、混凝土結構、木結構等，其抗震性能和應力傳遞方式存在差異。設計人員需根據(jù)地震荷載和結構形式的特點，選擇合適的結構類型和材料，以確保建筑物在地震中具有足夠的穩(wěn)定性和強度。此外，結構材料的力學性能和耐久性也是設計時需要考慮的重要因素，如材料的抗壓、抗拉、抗剪強度等。

（4）施工質量。施工質量包括施工技術、施工過程中的質量控制，以及質檢人員的監(jiān)督等。施工過程中的疏忽和差錯可能導致結構的脆弱性和不均勻性，增加建筑物在地震中的風險。因此，施工中要嚴格按照相應的標準和規(guī)范進行，確保建筑結構的質量達到設計要求。

（5）設計人員的經(jīng)驗和專業(yè)水平。在設計過程中，設計人員要全面了解抗震設計原理和規(guī)范要求，并具備足夠的經(jīng)驗和專業(yè)知識。只有在設計人員具備高水平的專業(yè)素養(yǎng)和抗震設計經(jīng)驗的基礎上，才能制定科學合理的設計方案，保證建筑物具備良好的抗震性能。

3 建筑結構抗震設計要點

3.1 建筑地基

建筑地基的選擇、設計和建設對于建筑物的抗震性能有著直接的影響。

（1）地基的選擇是抗震設計中的首要考慮因素之一。地基直接承受著建筑物的荷載和地震力引起的反作用力，因此，選擇合適的地基類型對于保證建筑物在地震中的安全非常關鍵。一般來說，深基礎（如樁基礎、基槽地基）相對淺基礎（如淺埋地基、擴建地基）更適合于抗震設計，因為深基礎能更好地將建筑物荷載傳遞到較深的土壤層，減小地震力對建筑物的影響。

（2）地基的設計需要考慮地震力的作用。地震力會引起地基土體的震動和變形，對地基產(chǎn)生各種應力和破壞。因此，在地震設計中，需要根據(jù)地震力的特點和建筑物的特性來進行地基的合理設計。一般來說，地基應具備足夠的強度和剛度，以確保在地震發(fā)生時能夠穩(wěn)定地承受地震力的作用。此外，地基的排水性能也需要充分考慮，以避免地下水位的變化對地基穩(wěn)定性的影響。

（3）地基的施工質量直接影響地基的穩(wěn)定性和強度。在施工過程中，需要確保地基的平整度、密實度和排水性，避免地基中存在松軟、不均勻或不良排水的情況。同時，還需要對地基進行必要的檢測和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并糾正施工中存在的問題，確保地基的質量符合設計要求[3]。

3.2 平面與豎向結構

合理設計和選擇平面和豎向結構的形式和材料，可以提高建筑物的抗震性能，保證其在地震中的安全性。

（1）平面結構的合理設計。建筑物的平面結構包括建筑布局和分割等方面。在設計中，應優(yōu)先選擇不規(guī)則形狀的建筑物，如L 形、十字形等，以減少地震力的集中作用。同時，在布局上，應考慮盡量將大型開間和重要設備等集中配置在建筑物的核心位置，以增加結構的穩(wěn)定性。

（2）豎向結構的設計。豎向結構包括柱、墻和框架等組成部分。在設計中，應根據(jù)地震力的荷載特點和建筑物的高度、質量等因素，選擇合適的材料和斷面尺寸，并合理布置柱、墻和框架等結構構件。其中，柱的設置應盡量減少柱跨比和盡量增加柱的強度和剛度，以增加建筑物的抗震性能。墻體的設置則需要考慮剛度和抗剪能力，以增加整個建筑物的穩(wěn)定性?？蚣芙Y構的設計應注重框架節(jié)點的抗震性能和連接方式，以確保結構的整體穩(wěn)定性和抗震能力。

（3）豎向結構的施工和質量控制。施工過程中，需要確保結構構件的制作和安裝符合設計和規(guī)范要求，避免存在焊縫開裂、構件不牢固等問題。同時，在施工中還需要進行必要的檢測和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并修復施工中存在的質量問題，確保建筑物結構的穩(wěn)定性和安全性。

3.3 結構構件的形式和尺寸

合理設計結構構件的形式和尺寸，可以提高建筑物的抗震性能，確保其在地震中的安全性。

（1）合理設計結構構件的形式和尺寸。設計過程中，應根據(jù)建筑物的荷載特點和結構形式，選擇合適的結構構件類型，如柱、梁、墻、框架等。在確定結構構件的尺寸時，需要綜合考慮建筑物的重量、剛度和穩(wěn)定性等方面。例如，在設計柱子時，應考慮減少柱子的高徑比和增加柱子的截面尺寸，以提高柱子的抗震性能。在設計梁時，需要根據(jù)跨度和荷載確定合適的梁寬度和高度，以增加梁的強度和剛度。

（2）結構構件的接頭和連接方式。在設計和施工中，需要保證結構構件之間的接頭和連接具有足夠的強度和剛度，以確保整體結構的穩(wěn)定性和抗震性能。例如，在梁柱連接的設計中，應采用合理的焊接或螺栓連接方式，以確保連接處的剛性和韌性。在墻體和地基的連接中，需要采用適當?shù)腻^固和加固措施，以提高連接的可靠性和穩(wěn)定性。

（3）結構構件的加固。對于已有建筑物，在抗震設計中，可以通過增加柱子、墻體的截面尺寸，加固梁、柱節(jié)點，增設剪力墻等方式來加固結構構件。此外，對于一些弱點部位，如柱子和梁的連接點、墻和樓板的連接點等，可以采用加固板、鋼筋混凝土加固件等方式來加強這些部位的抗震能力[4]。

3.4 材料選擇

材料的力學性能、耐久性以及抗震能力直接影響到建筑物的整體抗震性能。

（1）主要承重結構，如柱、梁、墻體等，建議使用高強度鋼筋混凝土。高強度鋼筋混凝土具有較高的抗壓和抗拉強度，能夠在地震中起到更好的承載作用。此外，鋼筋混凝土還具有良好的韌性，能夠在地震中發(fā)揮一定的延性，從而減緩地震作用產(chǎn)生的破壞效應。

（2）對于地震易發(fā)地區(qū)，建議使用預應力混凝土結構。預應力混凝土是通過在混凝土澆筑前施加預壓力的方式來增加結構的強度和剛度，提高抗震能力。預應力混凝土具有較高的抗拉能力，能夠在地震中減少結構的振動和變形，從而降低地震作用對建筑物的影響。

（3）使用抗震性能優(yōu)異的新型材料。例如，鋼結構具有較高的強度和韌性，能夠有效地承受地震作用，因此在高層建筑和大跨度結構中廣泛應用。另外，纖維復合材料具有輕質、高強度和高剛度的特點，能夠在地震中減小建筑物的自重，提高結構的抗震性能。

4 結束語

綜上所述，建筑結構的抗震設計要遵循整體性、簡化性和抵抗性三大原則，這是確保建筑物在地震中具備良好的抗震性能的基礎。建筑結構抗震設計的影響因素很多，包括地震參數(shù)、地基條件和土壤特性、建筑結構類型和材料等等，這些因素相互作用，共同決定了建筑物在地震中的抗震性能和安全性。為了提升建筑物的整體抗震性能，在建筑結構抗震設計中，必須重視建筑地基的選擇、設計和建設；平面和豎向結構形式和材料的設計和選擇；結構構件形式和尺寸的設計。