浅谈建筑结构抗震设计和抗爆设计原则

浅谈建筑结构抗震设计和抗爆设计原则

孙寇柱

江苏东都建筑设计研究院有限公司

【摘要】相关人员在进行建筑结构的设计时，不仅要考虑现场、环境、安全等一系列现实问题，更要从长远的角度综合考虑，其中抗震设计和抗爆设计是建筑结构中要特别重视的设计环节，对住户和周边人的生命财产安全都有着相当重要的影响，因此，在进行建筑结构的抗震设计和抗爆设计时，相关人员要本着认真、严谨的工作态度，按照相关原则规范，对建筑结构的抗震、抗爆性能作出可行性的预测和评估，以确保人民群众的生命财产安全和社会经济的正常发展。本文对建筑结构抗震设计和抗爆设计的原则分别进行详细的分析。

【关键词】建筑结构；抗震设计；抗爆设计

随着社会经济的不断发展，城市化进程逐渐加快，人们在享受丰富的物质生活的同时，对生态自然环境造成了严重的污染和破坏，导致地壳运动时常出现异常现象，造成大地震发生的频率越来越高，给人民的生命财产安全和社会发展带来了毁灭性的影响；近年来随着国际恐怖主义的盛行，国际安全问题再次成为影响国家经济发展和群众正常生活的重要因素，由于高层建筑具有人员密集的特点，因此成为恐怖分子趁机生事的主要地点之一。由以上可以看出，做好抗震设计和抗爆设计在建筑结构中起到至关重要的作用，且对社会经济发展和人们的正常生活都有着十分重要的影响。

一、建筑结构抗震设计的要点

（一）“三水准设防、两阶段设计”是我国建筑结构抗震设计的标准

建筑结构设计的历史变革较为丰富，最原始的设计为刚性设计，然后由刚性设计走向柔性设计，再发展到延性设计和结构控制设计。而地震是一种突发性和不可预知性极强的自然灾害，建筑结构设计也因此需要考虑更多的内容，对于地震这一自然灾害，建筑结构设计需要对其建筑物的自振周期，所选建设材料的性能、各个结构的阻尼变化以及建筑物基础差异沉降等因素进行考虑，这也导致建筑结构设计具有极强的复杂性特点，当设计师在进行结构设计时，对某些影响因素考虑不到位时，甚至会导致建筑工程的某一建设结果与预期结果完全不同的现象[1]。因此，在进行建筑结构设计的过程中，为了提高建筑结构的抗震性能，需要拥有一个良好概念设计方法。

（二）确保建筑结构体系共同发挥作用

在对建筑结构进行抗震设计前，要充分利用建筑结构体系之间存在的协同合作关系，保证整个建筑体系的各部分能够形成一个相互协作、共同工作的状态，让建筑物中的每个构件都能够在承载力极限的条件下，保持共同工作的状态，并注意各部分构件的耐久性，让建筑结构各部分的承载能力和使用寿命相当[2]。此外，建筑结构的上方在受到一定载荷时，需要让其能够自主形成一个统一个体，各构件能够共同分担所负载荷。在进行砌体结构的建筑设计时，需要严格避免建筑结构单纯依靠建筑结构自身刚度进行载荷承担的情况。

（三）充分提高建筑物材料的利用率

从一些地区的抗震经验来看，材料的利用率与建筑结构协同工作的能力是呈现成比例的。例如，梁的变化会引起梁弯矩的变化，因此，通过采取建筑概念设计理念来对建筑结构进行相应的分析，从而调整梁截面的应变梯度，使构件保持轴心受力，以便有效的提升材料的利用率，达到提高整体结构抗震性能的目的。

二、提高建筑结构中抗震性能的措施

（一）选择合适的建筑场地

地形地质的选择直接影响到建筑物的抗震性能的质量，因此在进行建筑结构的设计时，要明确规定建筑物应避开断层错动、河岸滑坡、地层陷落等对建筑的抗震性能产生负面影响的地方。任何情况下都要严禁在上述地区进行建筑工程的施工，避免造成人员伤亡和社会经济损失，所以在进行建筑结构设计之前，相关部门和人员要进行实地考察，对该地段的实际情况尽量全面深入的了解之后，才可进行建筑工程的相关具体工作。

（二）建筑主体结构设计的合理性

建筑物自身性能的好坏对抗震性能也会产生关键性的影响，对于复杂的平面布置，建筑物会出现质心与刚心无法重合，在遭遇地震时建筑结构会产生较强的扭转效应，从而不仅无法发挥出抗震性能，反而会加重地震的危害程度。因此，对于相关的设计人员来说，在进行建筑物结构的抗震设计时，要严格遵循形状规则和简单、结构对称的基本原则，且建筑物结构要保持竖向均匀性的大原则，进而在地震发生时可有效降低建筑结构的扭转力、非结构构件保持比较稳定的状态。可见，在建筑结构的抗震设计中，结构的平面布置要使质心与刚心保持一致，降低结构的重心，避免在发生地震时建筑产生倾覆的现象。

三、建筑结构抗爆设计原则

（一）通常情况来讲，建筑物抗爆性能普遍较弱，原因有以下几个方面

1.设计人员在进行建筑物的结构设计时，并未将抗爆设计考虑在内，这是因为在我国发生建筑爆炸的现象并不多见，爆炸荷载的发生概率具有相当不稳定性。

2.由于爆炸时空气冲击波荷载比风荷载、地震作用等要严重，所以若保证建筑结构的所有构件发生爆炸后在空气冲击波荷载作用下都不产生破坏，则会造成建筑材料的巨大浪费，因此，在进行建筑物的抗爆设计时，可实行概念性的设计方式，具体有以下几个方面：

①首先要确保建筑的延性结构，爆炸发生时不仅能发挥出正常的抗爆性能，还能有多余的约束能力，防止建筑物在遭到爆炸袭击后出现连续性的倒塌。同时采用配筋砌体结构，保证在建筑遭到爆炸袭击后，仍有疏散逃生的通道。

②对建筑物的非结构构件，例如门窗、玻璃等，要进行抗爆式的设计，比如安装抗爆玻璃和抗爆性能较高的门窗，这样在爆炸发生时，可有效减小冲击波和玻璃碎片对人体的伤害。

③对用于逃生的消防通道，设计人员尤其要注意加强对这些地方的抗爆设计，要确保爆炸产生的威力不会对建筑物中的消防通道产生毁灭性的危害，以保证给逃生人员充足的逃生时间。

（二）爆炸袭击对建筑物的破坏程度及等级，见表1：

表1建筑物的安全等级

安全等级建筑物的破坏程度

1门窗完好无损

2门窗轻微受损

3门窗完全受损

4门窗被完全摧毁，墙体倒塌

5建筑物受损较严重，电缆线路完全被摧毁

6建筑物受损相当严重

四、建筑结构中抗爆设计的方法步骤

1.确定建筑物遭遇爆炸袭击的可能性及概率，若该建筑物处于爆炸袭击的高发地区，则设计人员在进行抗爆设计时要格外注意建筑物的抗爆性能，争取通过最简洁的设计，达到抗爆的最终目的。

2.确定适当的建筑结构形式，以减小爆炸时产生的冲击波荷载。其结构形式主要以防止建筑出现连续性倒塌等现象为主，其中应用比较普遍的是框架-剪力墙结构和特殊框架结构。

结束语

在进行建筑的结构设计时，相关人员往往只考虑眼前的生活现状，缺乏对一些意外事故的预防和对不可抗力因素估测的能力，造成人们在面临地震或爆炸袭击时，建筑的抵抗能力较差，给人们的生命财产安全和社会经济的稳定发展带来严重的负面影响。因此，在对建筑结构进行抗震设计和抗爆设计时，有关部门和设计人员要从建筑物的实际状况出发，确保建筑物主体结构设计合理的情况下，保证抗震性能和抗爆能力的基础上进行合理有效的规范化设计。

参考文献

[1]方磊.建筑结构抗爆设防标准及抗爆概念设计研究[D].天津大学,2012.

[2]孙建运,李国强.建筑结构抗爆设计研究发展概述[J].四川建筑科学研究,2010,02（07）:9-10.