摘要：随着我国建筑事业不断发展，建筑工程数量也不断增多，确保高层住宅建筑结构安全，必须要全面加强抗震设计工作，降低地震对建筑结构的负面影响，提高建筑结构的安全性。本文结合某高层住宅建筑工程现状，提出建筑结构抗震优化设计措施。
关键词：高层住宅；建筑结构；抗震；优化设计；措施
我国国土辽阔、地大物博，这也让我国成为了地震频发的国家之一，地震作为一种自然灾害，非人力所能抗衡，主要是凭借相应手段降低地震带来的负面影响。我国对各个地区建筑结构的抗震设计提出了相关标准和要求，所以在建筑结构设计中，必须要重点考虑结构的抗震性能。建筑结构抗震设计工作非常复杂，对设计人员的专业素质要求较高。虽然我国的高层建筑结构抗震设计在长期发展中取得了不错的效益，但是在实际抗震设计当中依然存在着些许问题，这就需要进一步加强高层住宅建筑结构抗震优化设计措施，保证建筑结构的安全性。
1.工程概况
某高层住宅楼工程设计高度为99m，结构体系为部分框支架剪力墙的结构，地面以下为2层框架剪力墙结构结构，嵌固端为地下室顶板，二层为转换层。
由于工程采用了转换结构，因此结构的刚度、剪力也会发生变化，影响建筑结构的抗震性能。受到上部结构的影响，底部剪力墙和框柱剪力、弯矩较大，会对结构构件带来很大的影响，局部应力较为集中，容易产生薄弱层，而抗震设计必须要结合“水桶效应”，一旦有抗震薄弱部位，就会直接降低整个建筑的抗震性能。因此，如何全面提升该建筑的抗震性能是需要重点考虑的问题。
2.高层住宅建筑结构抗震设计要求
2.1做好基础结构设计
在基础结构设计上，尽可能避免施工环境差的场地，否则会降低建筑的抗震性。重点选择风化基岩、密实砂土层、低含水量黏土场地。大型高层工程施工场地经勘探结果表明，基础性能并不理想，则需要对基础进行强化加固，改善基础建设环境。并且一旦发生地震可能会产生断裂、崩塌场地，需要加强地基稳固工作，确保工程基础结构设计达标。
2.2建筑结构抗震设计
构建建筑结构抗震体系设计是本工程抗震设计工作开展的前提，建筑结构体系是否合理直接决定了本工程结构设计的安全性。这就需要从以下三点出发：
（1）在建筑结构抗震设计中，本工程要重点考虑部分结构薄弱部位影响工程整体的抗震性能，避免部分构件破坏导致整体倒塌。因此在本工程结构设计中需要保留一定的抗震冗余度，做好结构变形能力、荷载分配。这样在发生地震灾害后，即使部分结构遭到损坏，其余部分结构可以承受相应的作用，保证建筑整体的稳固性。
（2）抗震设计需要合理分配地震作用及竖向荷载作用下力的传递路径，在竖向构件设计当中，要竖向荷载尽量均匀传递；楼盖设计中的竖向荷载要以最短路径传递至竖向构件。提升工程抗侧力结构的整体性，加强剪力墙、框架的相互联系，明确结构体系。这样在产生地震时即可形成延性破坏，避免产生脆性破坏，如图1。
图1 脆性与延性破坏曲线图
（3）保证工程结构刚度满足规范要求，避免因为局部刚度变化影响整个结构体系。在结构设计当中，要着重考虑节点上的问题，要尽可能加强节点部位的刚性，避免节点先与构件破坏。设计中要对抗震性较弱的部位设置加强措施，从而提升抗震性能。
2.3建筑结构平面布置的规则性与对称性
建筑结构平面设计也是非常重的一环，根据抗震理念应确保建筑结构的规则性。不规则建筑结构通常都是采用空间结构计算模型；凹凸不平的工程结构，复合楼板平面要用实际刚度变化的模型。针对工程中结构抗震性弱的部分，可以提升设计中的内力系数，根据行业标准分析模型的弹塑性变形情况，采取针对性抗震设计方案。
对称性也是抗震设计中的重要环节，对阵可以保证建筑结构整体的重心稳定，对称包括结构、质量分布、刚度等对称，最为理想的方案是“三心结合”，也就是平面重心、质量分布重心、刚度重心。如图2所示，最容易实现的结构对称就是抗侧力主体结构对称，也就是主体结构沿着轴线位置展开强度、刚性、荷载设计，减少建筑本身的变形量；确保沿抗侧力结构主轴线刚度、强度分布均匀；确保结构整体具有一定的协调力，结构刚度满足结构扭矩性能，一旦发生地震灾害问题，结构变形扭矩力不会超出建筑结构承受力。
图2 建筑结构对称示意图
3.高层住宅建筑结构抗震优化设计措施
结构抗震优化设计主要考虑提升建筑结构整体性能，这样在发生地震灾害时，才能保证工程的安全性。
3.1地震外力能量传递吸收布局
建筑结构抗震设计要重点考虑结构的外力吸收，采取科学的布局方案，让柱、梁、墙轴线处在同一平面，提高构件双向抗侧力的合理性。如图3所示，根据塑性屈服曲线图可知，如果发生了地震，即使柱、梁、墙会受到地震荷载的影响，内部应力发生变化，应力传递到墙底部进而发生塑性屈服情况，工程整体结构也不会发生整体倒塌。塑性屈服主要控制在连梁部位，该构件具有一定的弹性变形能力，因此在发生地震后不会立刻破坏。在设计当中结合“强柱弱梁”理念，即可有效提升墙肢抗震性能。
图3 建筑结构塑性屈服
3.2抗震构造
结合抗震等级对各个构件进行抗震构造设计，包括柱、墙、梁等，保证柱、墙、梁达到抗震构造要求。由于本工程是采用钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构延伸性、荷载性决定了结构抗震性。在设计中采用“强剪弱弯”、“强柱弱梁”抗震设计方法，控制构件计算长度、截面尺寸，控制墙、柱承压比符合抗震设计要求，结合构造配筋要求强化节点构造，这样即可有效提升节点的牢固性、抗震性，避免地震时结构遭到脆性破坏。
3.3抗震防线设计
发生地震时，地震力会传递给建筑结构，抗震设计时应考虑一定的冗余度，设置多道抗震防线，避免结构大面积遭到破坏。在结构抗震体系中，地震作用会导致从下部延性较好的构件开始塑性屈服，而塑性屈服就可以吸收一定的地震作用，起到第一道防线的作用。同时，其他构件也会起到抗震防护作用，在第一道防线塑性屈服达到极限后，会将力传递给第二道防线，以此类推。通过塑性屈服设计方法，可以产生很多道抗震防线，主要取决于塑性屈服构件的总量。但也并非屈服构件越多越好，可能会影响结构整体的刚度。这些防线可以起到地震力的缓冲作用，降低对建筑结构整体性能的影响。
结束语
当今高层住宅建筑数量不断增多，为了提升高层住宅建筑的安全性，必须要对结构抗震设计进行优化，从抗震体系、抗震构造、力的传递、防线设计等方面出发，从而提升建筑结构的抗震性能。虽然我国结构抗震设计经历了多年发展和研究，但依然不够完善，希望未来有更多的机构、专家加强结构设计研究，为推动行业发展提供更多的助力。
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作者简介：蒋海涛（1985-），男，工程师，硕士，研究方向：结构工程
论文作者:蒋海涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/17
标签：建筑结构论文; 结构论文; 构件论文; 塑性论文; 刚度论文; 工程论文; 荷载论文; 《基层建设》2019年第18期论文;