房屋抗震結構設計淺析

中天偉業（北京）建筑設計事務所有限公司新疆分公司 830063

摘要：地震是由于地球不斷運動和變化積累了巨大的能量，在地殼某些脆弱的地帶造成巖層突然發生破裂，或者引發原有斷層發生破裂。地震對建筑物造成很大的破壞，破壞分為靜力破壞和動力破壞。靜力破壞是由地表破壞引起；動力破壞是由地震地面運動的動力作用引起。而結構物動力破壞機制的分析是結構抗震研究的重點和結構抗震設計的基礎。

地震會造成重大的人員傷害，因此在建筑物建設中抗震是最主要考慮的問題。抗震結構體系是抗震設計的最主要問題。

關鍵詞：抗震結構；抗震設計；一般原則

一、抗震設計概念

抗震設計是在計算設計的同時，著重從結構整體出發。在結構的剛度、強度、延度和軸壓比方面加強結構的概念設計。

二、抗震設計的分類

（1）多層磚混抗震結構設計（2）鋼結構抗震設計（3）混凝土抗震結構設計

三、一般原則

1、多層磚混抗震結構設計原則

（1）科學布局建筑平面和立面

抗震設計中，建筑平面、立面宜盡可能簡潔、規則，結構質量中心與剛度中心相一致。建筑立面應避免頭重腳輕，房屋重心盡可能降低，避免采用錯落的立面，突出屋面建筑部分的高度不應過高，以免地震時發生鞭梢效應。

（2）砌體房屋的總層數及總高度不應該超限值

砌體房屋的層數越多，高度越高，它的地震破壞程度越大，所以控制磚砌體房屋的總高度及總層數對減少地震時帶來的震害有很大的作用。

（3）增強砌體房屋的剛度及整體性

房屋是縱、橫向承重構件和樓蓋組成的一個具有空間剛度的結構體系，其抗震能力的強弱取決于結構的空間整體剛度和整體穩定性。

（4）合理布置縱墻和橫墻

多層磚混房屋的主要承重構件是縱、橫墻體，在地震中主要由于承重縱、橫墻在地震力作用下產生裂縫，嚴重者會出現傾斜、錯動、倒塌等現象，進而使房屋造到破壞。所以合理布置縱、橫墻對提高房屋抗震性能起到很大的作用。

（5）適當增加墻體面積與合理提高砂漿強度

多層磚混房屋的抗震能力與墻體面積大小及砂漿強度等級高低成正比，提高墻體面積、砂漿強度等級能有效地提高房屋的抗震能力，是減輕震害的有效途徑之一。

（6）、有效設置房屋圈梁和構造柱

圈梁是多層磚房的一種經濟有效的措施，可提高房屋的抗震能力，減輕震害。圈梁與構造柱一起對墻體在豎向平面內進行約束，限制墻體裂縫的開展，且不沿伸超出兩道圈梁之間的墻體，并減小裂縫與水平面的夾角，保證墻體的整體性和變形能力，提高墻體的抗剪能力。

2、鋼結構抗震設計的原則

盡管多層鋼結構房屋的抗震性能較好，但是在強烈地震的作用下，也會出現不同程度的損害。在地震作用下，要對多層鋼結構房屋進行嚴密的抗震設計，從而減輕地震災害帶來的損失。鋼結構抗震結構設計的一般原則如下：

（1）采用完整的建筑方案。多層鋼結構房屋應該盡量采用完整的建筑方案。當平立面不規則和結構體型復雜時，可以根據實際情況在適當部位設置抗震縫，從而形成多個規則的抗側力結構單元。當混凝土和鋼結構并用時，由于混凝土結構的變形小于鋼結構，一般來說不宜設抗震縫，如果必須設置時，應該將建筑物分割成規則的結構單元。

（2）遵循對稱規則和簡單原則。這樣可以防止在遭遇地震的情況下多層鋼結構房屋由于應力集中和發生鋼結構扭轉、突變或者因局部削弱和塑性變形使得應力集中在薄弱部位，破壞鋼結構。為了有效地減小扭轉作用對建筑物的影響，還應該使各層的質心和剛心盡可能處于同一豎直線上。另外，還需要注意多層鋼結構房屋的樓蓋應該采用非組合樓板或者是壓型鋼板現澆混凝土組合樓板。有效地提高多層鋼結構的房屋的穩定性，提升整個多層房屋的抗震性能。

（3）在設計中必須體現強柱弱梁的原則。因為這樣可以有效地避免了在地震作用下支撐柱先進入塑性區破壞鋼結構導致整個房屋的倒塌。這就要求我們通過不同構件的內力設計值或者調整剛結構中不同部位受到的地震效應，使整體框架和鋼結構具有消耗地震能量和較大的內力重分布能力。

（4）多層鋼結構房屋的設計應遵照專門設計規程“高層民用建筑鋼結構技術規程”進行。應嚴格要求合理的結構布置與結構體系，以及合理的技術經濟性能。鋼結構的抗震設計應進行兩階段設計：第一階段按多遇地震計算地震作用設計；第二階段按罕遇地震作用設計，并分別驗算其位移限值及層間側移延性比等限值的要求。

3、混凝土建筑結構抗震設計的原則

（1）確定結構類型

在高層建筑中，其豎向荷載主要使結構產生軸向力，而水平荷載主要使結構產生彎矩、剪力。隨著高度的增加，在豎向荷載不變的情況下，水平荷載作用力增加，此時豎向荷載所引起的建筑物側移很小，但是水平荷載產生的側移非常大，與高度成四次方變化。因此在高層建筑中，主要對水平荷載進行控制，在設計過程中，應該在滿足建筑功能及抗震性能的前提下，選擇切實可行的結構類型，使其具有良好的結構性能。

（2）設置多道抗震防線

每一次強震往往伴有后續的若干次余震。因此，在建筑物的抗震結構設計中，如果只設置一道防線，那么經過首次破壞之后，可能由于余震的到來而再次損傷結構，最終造成倒塌事故。因此，在建筑物結構抗震設計時，應考慮若干個延性良好的分體系組成，一旦發生地震災害，可形成有效的多重荷載傳遞路徑，實現協同作用抵抗地震力。

（3）提升抗震能力

如果發生強烈的地震作用，構件的強度安全儲備大幅度下降，通過對構件實際承載力的分析，可客觀判斷薄弱部位。還應確保建筑樓層的承載力與計算彈性受力的比值保持均勻性變化，如果比值突然發生變化，可能會導致塑性集中變形；再次，避免地震力集中在局部位置，而對結構整體的承載力協調產生影響。

四、考慮位移問題

對于我國建筑設計來說，大多以承載力作為結構抗震設計的重點，設計人員采取線彈性方法，對小幅度震動情況下的結構變形、內力等進行分析，采取組合內力方法，對構件的截面進行驗證，以此確保結構的可靠性、穩定性。

通常而言，進行抗震設計時主要做到下面幾點

1、在進行、抗震設計時，應該具有科學合理的建筑結構計算簡圖以及地震作用力的傳遞路徑。尤其是在進行具體結構的布局時，尤其要避免局部構件的破壞而導致結構整體的坍塌等問題；

2、建筑的外形設計必須力求簡單、對稱和規則，而且要求其質量與剛度等的變化要均勻合理。

3、要保證建筑各個局部受力體之間要有可靠的連接，這樣可以保證地震力能夠進行有效的傳遞。

4、對于建筑中所包含的非結構型構件，諸如隔墻、維護墻要與建筑的結構主體有可靠的連接。

結語

由于地震具有隨機性、往復荷載等特點，建筑物的地震破壞存在著許多模糊和不確定因素，在結構抗震設計中應采取合理有效的對策增強其結構的抗震性能，使其具有良好的抗震效果。結構抗震設計對建筑抗震起著重要作用。一個優良的建筑設計，必須是在建筑設計與結構抗震設計相互配合、協作的基礎上完成。因此，我們應該了解各種抗震設計的一般原則，以便設計出符合當前的高層建筑要求。

參考文獻：

[1]王繼偉.淺談混凝土結構建筑抗震結構設計[J].科技創新導報.2012，33：48.技，2013，12：168.

[2]蔣金梁.多層框架結構抗震設計[J].浙江建筑.2004（05）.

[3]張芙蓉.型鋼混凝土框架結構的研究現狀與展望[J].建筑與文化.2011（10）