基于抗震性能的建筑結構工程設計策略探討

宋亮（池州市建筑設計院　安徽池州　247000）

基于抗震性能的建筑結構工程設計策略探討

宋亮
（池州市建筑設計院安徽池州247000）

汶川地震給我們帶來慘痛的經驗教訓，提升房屋抗震性能具有十分重要的現實意義。現代建筑結構設計必須要加強抗震設計，以有效避免不必要的生命財產損失。本文從概念設計、抗震計算與構造措施三個方面探討了房屋抗震性設計要點和方法，為房屋設計和工程實踐提供理論指導和支持，不斷促進建筑業(yè)健康快速發(fā)展。

抗震性；建筑結構；設計

常言道：“地震不會殺人，殺人的是倒塌的建筑物”。2008年汶川大地震中受損的房屋結構與唐山大地震中的具有較大共性，那就是以砌體結構房屋為主，這類房屋主體承載能力較差，房屋結構強度偏弱，預制板與豎向承重結構設計不合理，一旦遭受較高級別的地震十分容易坍塌，例如圖1中就是汶川某地在地震后損毀的民房。同樣作為發(fā)展中國家的智利，其也經歷過重大地震災難，但是其傷亡群眾人數遠遠少于我國汶川和唐山地震，究其原因，主要與智利房屋采用了科學的抗震性有很大關系。從中可以看出，在房屋結構設計中采用抗震性設計具有十分重要的現實意義，本文將就房屋抗震性設計進行初步探討，以得出有價值的研究結論。

圖1　2008年汶川大地震中受損房屋

為增強房屋抗震能力，減少自然災害帶來的生命財產損失，在建筑結構設計中引入抗震設計具有十分重要的現實意義。本文總結和分析了地震中房屋受損特點和規(guī)律，從抗震概念設計、抗震計算與構造措施三個方面提出了改進房屋抗震性設計的對策。其中：概念設計主要是整體把握房屋結構抗震性設計的理念和思想；抗震計算主要是采用定量方法分析建筑抗震性結構設計要點和參數；而構造措施是在遵循前面兩個步驟基礎上，保證房屋抗震設計受到實際效果。

1　房屋抗震概念設計

房屋抗震概念設計主要綜合考慮以下幾個方面要求：

（1）房屋平面設計要遵循規(guī)整、受力勻稱的原則。不規(guī)則的平面設計、不對稱的受力結構、凹凸幅度過大、重心偏移較大以及同一房屋單元內結構平面和剛度不勻稱、房屋平面長寬比不合理等，都會降低房屋抗震性，因此在房屋設計過程中，要嚴格遵循規(guī)整、對稱的設計理念。

（2）房屋強度和剛度相一致。對于高層建筑來說，要盡量保證每層強度和剛度勻稱，否則一旦發(fā)生地震，強度和剛度嚴重不對稱的樓層就會成為最先變形和損毀的部位，這會導致建筑物遭受嚴重外力破壞。例如商住樓經常采用底層為框架、上部為磚混結構設計，底層框架抗側移剛度明顯強于上層樓層，其抗震性也相對較差，往往在地震中率先被破壞。因此，為加強房屋底部側移剛度，要在房屋四周設置剪力墻。對于底層框架住宅來說，其比較適合采用底層框架剪力墻結構。

（3）結構超靜定次數多。靜定結構的房屋桿件受力系統(tǒng)和傳力路線比較單一，只要有一根桿件受損，就會導致整個房屋結構遭受巨大破壞。當超靜定結構受到的外力超出其荷載力后，其內部桿件就會發(fā)生形變，這可以消化部分外力，降低房屋整體結構受損風險。總體來說，房屋超靜定結構次數越多，則吸收的地震能量也就更多，抗震效果就越好。

（4）盡量采用“強柱弱梁”框架結構。要降低地震中房屋坍塌風險，可以采用“強柱弱梁”的結構設計，避免使用“強梁弱柱”框架結構設計。當房屋遭受水平地震力作用時，梁首先會發(fā)生形變，因此可以通過梁來吸收地震能量，從而有效保護柱子結構完好性，這可以有效降低房屋坍塌風險。

（5）盡量使用耗能構件。要提高房屋吸收水平受力性能，應盡可能多使用耗能構件，這可以有效提高房屋建筑抵抗地震沖擊能力。

（6）房屋強構件相互連接。可靠的構件連接是保證房屋強度的重要前提，只有這樣才能夠更多地消化地震能量。通過將強構件連接在一起，可以保證地震沖擊波在房屋框架內均勻分布，從而有效提高房屋整體抗震性。

（7）保證所有樓層強度相一致。對于高層房屋來說，一旦其中存在薄弱樓層，那么在地震中這個樓層就會率先發(fā)生形變，而樓層剛度均勻分布的大樓，能夠保證各層受力均勻，房屋整體發(fā)生形變的概率就會明顯降低。

（8）加強形體突變部位。如果建筑物有突變部位設計，要對這些部位進行重點加固，避免其成為房屋薄弱部分。

（9）充分利用好填充墻。在高層建筑物內，通常采用磚砌圍護墻和隔墻填充大樓框架，這可以有效提升房屋抗震性能。如果采用混凝土作為框架樓墻壁填充物，可能會增大房屋在地震中的受損范圍。因此，在房屋結構設計過程中，要盡量保證隔墻和圍墻分布均勻，受力勻稱。根據房屋抗震設計規(guī)范：框架性房屋結構先完成框架施工再進行砌筑填充墻，底層框剪結構先砌筑墻體后澆筑框架。

（10）盡量使用輕量化建筑材料。建筑材料質量越輕，抵抗地震效果越好。在房屋墻體、隔墻、防護墻及房屋構件中，要盡量采用輕量化建筑材料，這可以有效提高房屋抗震性能。

（11）設置多層防線。一般來說，地震發(fā)生具有連續(xù)性、反復性和復雜性等特點，在較短的時間里會對建筑施加多次外力沖擊。因此，建筑物不能單純設置一道抗震防線，而是要盡可能多的采用多重抗震防線，以有效延緩房屋破損倒塌時間，為搶救屋內生命、財產爭取更多的寶貴時間。

（12）重視樓梯間設計。樓梯間往往在地震中受損嚴重，這直接影響屋內人員逃生，因此必須要加強樓梯間構件安全設計。本文前面分析過，樓梯間是重要逃生通道，在設計房屋結構時，要對樓梯間抗震性進行加強處理，采用更加科學合理的設計，全面提升房屋樓梯抗震能力。

（13）引入最新隔震技術，提高房屋結構抗震性能。通過分析國內外地震災害經驗可以發(fā)現，隔震技術能夠有效降低地震后房屋破損程度，而且不會大幅增加房屋施工成本。工程實踐經驗告訴我們，基礎隔震建筑比傳統(tǒng)建筑工程造價高出5～10%左右，但是房屋抗震性卻得到顯著提升。另外，在地震中有不少房屋沒有倒塌，但是由于內部配套設施和裝修物受損嚴重，同樣造成了巨大的生命財產損失。因此，從長遠考慮，增加5～10%的成本可以顯著提高房屋抗震性，其帶來的經濟效益是無法估量的，因此采用隔震技術具有十分重要的現實意義。

2　抗震計算與構造措施

2.1抗震計算

不同建筑結構具有不同的抗震效果和性能，在計算建筑物抗震性時主要考慮以下幾個方面：

（1）正常情況下，要選取至少兩個建筑結構的水平方向計算抗震效果，不同方向的水平地震作用力主要由建筑物同方向的構件承擔。

（2）采用斜交抗側力構件的建筑物，當構件相交角度超過15°時，要綜合考了各個構件水平方向上的抗震能力。

（3）對于質量和剛度分布不均的建筑物構件，要對其雙向水平地震受力產生的扭轉影響；其他情況應允許采用調整地震作用效應的方法計入扭轉影響。

（4）采用了8度、9度時的大跨度結構和長懸臂結構及9度時的高層建筑，要計算豎向地震作用。

（5）要根據建筑和場地類別，確定抗震措施等級和標準。

（6）在選擇和確定抗震計算方法時，應遵循以下幾個原則：

①對于高度低于50m、采用剪力墻結構設計以及剛度分布比較勻稱的高層建筑，比較適合使用底部剪力法等簡化方法。

②除第一種類型的建筑結構外，可以采用振型分解反應譜法。

③對于采用不規(guī)則平面和外型設計的建筑，甲類建筑和烈度、場地內限定高度范圍的高層建筑，可采用時程分析法計算，取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。

2.2構造措施

混凝土結構建筑物，大多使用鋼筋混凝土構件作為建筑構件和材料，這類建筑截面高寬比限值較高，同時需要滿足最小配筋率要求，要合理控制承重柱軸壓比。磚混結構的建筑物，采用的構造措施有限定房屋總高度和層數層高；在縱、橫墻中設置鋼筋混凝土構造柱、圈梁；房屋的高寬比、橫墻間距局部尺寸進行限值控制，設置防震縫等，突出屋頂的樓、電梯間和構造柱要延伸到房屋頂部，要與頂部圈梁保持強連接，內外墻交接處應沿墻高每隔5m設置長拉結鋼筋。拉結填充墻參與整體結構受力，且對結構剛度有較大影響，在設計中應充分考慮。

3　結語

建筑抗震結構設計是一項綜合性、系統(tǒng)性工程，從選址到結構設計、抗震設計貫穿整個建筑設計過程。建筑物抗震設計水平高低直接影響到房屋設計和施工質量，直接關系到房屋使用者生命財產安全。我們必須要高度重視房屋抗震性設計，采用準確、合理的抗震設計方法，不斷提高房屋抗震性能，為社會建造更好的房屋建筑項目。

[1]李少華.淺談工民建結構設計中的抗震設計[J].科技創(chuàng)新與應用，2014 （20）.

[2]劉君悅.淺談工民建筑結構中的抗震設計[J].建筑科學，2014（6）.

[3]彭妮.建筑結構抗震設計與分析[J].內蒙古科技與經濟，2014（14）.

TU352.1+1

A

1673-0038（2015）51-0087-02

2015-12-8

宋亮（1982-），男，工程師，本科，主要從事結構設計工作。