基于性能的房屋建筑結構抗震設計分析

孫占江 王祿梅

【摘要】據統計，我國發生地震災害次數占全球地震災害的三分之一，全球每年遭遇地震災害5萬余次。在地震災害中，由房屋倒塌引起的二次災害不在少數，為保障人們的物質財產及精神財產安全，建筑行業人員應積極思考增強房屋建筑結構抵御地震作用的能力。本文將基于抗震設計的基本準則，來探析基于性能的房屋建筑結構抗震設計。

【關鍵詞】抗震設計;框架結構;性能

我國大部分區域處于環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，促使我國西北、西南、東南沿海、華北及臺灣五大區域地震頻發。具有不確定性的地震災害造成人們物質損失的同時，也給人們的精神帶來了極大傷害。隨著我國現代化城市建設進程的加快及土地資源的減少，城市房屋建筑開始由橫向發展轉為縱向發展，房屋建筑逐漸向上延伸，房屋建筑樓層愈來愈高。房屋建筑的抗震系數與樓層高度成反比例關系，樓層愈高抗震系數就越低。因此，對于房屋建筑結構來說，開展抗震設計是當務之急。日前建筑從業人員對基于性能的抗震設計方法投以高度重視，該設計方法不僅能穩固房屋建筑結構的抗震性能，還能削減房屋建筑的地震安全隱患，推動我國各地區高層建筑的發展。本文將基于抗震設計的基本準則，來探析基于性能的房屋建筑結構抗震設計。

• 房屋建筑結構抗震設計基本準則

如前所述，近年來，我國地震災害頻發，在地震中由房屋倒塌而引起的二次災害現象不再少數，因此在房屋建筑結構設計中抗震設計顯得尤為重要。抗震設計在房屋建筑結構中占有重要地位，像選對房屋建筑場地、合理控制房屋建筑高寬度比、鞏固建筑質量等基本準則應時刻引起建筑從業者的注意。

1. 房屋建筑場地與地基要選準打穩

地震運動引起的房屋建筑結構受損現象常見，而地質條件又屬于地震震動導致房屋建筑損害的一個重要因素。因此，在房屋建筑設計時，一定要對建筑場地的地質條件進行勘探。勘探結果出來后，房屋建筑設計時遵循以下三個原則：避免山坡邊緣、河岸等地質松軟的地段;避免自然災害等并發地段;首選地質堅硬、地域開闊的地段。地質較軟，房屋建筑的穩定性就較差，抵御地震作用的能力也較差。因此要從源頭上做好房屋建筑的抗震設計。

當然在土地資源愈來愈稀缺的情況下，找到地質堅硬、地域開闊的地段難度系數較大。但從建筑技術看，建筑結構設計人員可從房屋建筑地基設計入手來增強房屋的抗震能力。在建筑地基設計中為增強建筑的抗震能力，也應遵循三大準則：同一建筑建立在同一地基上;把握好房屋建筑基礎與上層建筑的整體性;掌握好地基埋沒深度的控制。

1. 合理控制房屋建筑高度與寬度

從近年來地震頻發區的房屋倒塌情況來看，房屋受害程度與建筑本身的高度、寬度存在一定的比例關系。地殼運動引發地震，一方面導致地質發生變化，另一方面受到地震作用的影響房屋建筑的傾斜度（側移程度）會因其自身高度、寬度而發生相應的傾斜。房屋建筑本身高寬比越大，建筑側移程度系數愈大。除此，房屋建筑的樓層愈高，受地震作用房屋破壞的情況也愈嚴重，抗震系數愈小愈不能承受地震作用的影響。因此，在房屋建筑結構設計期間，為增強房屋建筑的抗震能力，則需對房屋建筑的高度、寬度比進行合理設計和控制，也需結合實際情況對房屋建筑的樓層數進行優化調整。

1. 把握準房屋建筑質量

建筑質量指房屋建筑結構的牢固性和穩定性，建筑質量愈輕，房屋結構的穩定性越大。在抗震系數中，房屋建筑的抗震能力與建筑質量之間存在正比例的關系。既指建筑質量愈重，房屋抵抗地震的能力愈差;反之，建筑質量愈輕，建筑結構愈穩定，房屋抵抗地震的能力愈強。在房屋建筑結構抗震設計中，應把建筑質量最小化，從而最大化地增強房屋的抗震系數[1]。從建筑質量來看，可分為房屋建筑圍護結構質量和建筑屋蓋質量。因此，在房屋建筑墻體建造時應盡量地減輕墻體重量，而在屋蓋建造時也應盡量地選擇質地較輕的材質，從而增加房屋的牢固性和穩定性，以此來提高房屋建筑的抗震性能。

• 基于性能的房屋建筑結構抗震設計

因我國幅員遼闊，地域面積較大，冬、西部地形特點、地質條件、負荷能力等的不同，從而出現各地房屋建筑結構不同。目前，我國的房屋建筑結構主要有砌體結構、框架結構、框架—剪體墻結構等類型，在這些房屋建筑中都會有抗震設計的參與，只是其原理有所區別。

1. 砌體結構房屋的抗震設計

砌體結構是指以黏土或實心磚為主體材料的房屋建筑模式，具有工程造價低、施工簡便等優勢，因而在中小城鎮、邊緣山區受到極大歡迎。因砌體結構的房屋一般樓房高度、寬度及樓層都較小，因而抗震系數相對較大。一般在設計時，工作人員都會將房屋內外墻連接處、樓梯角落處設置鋼筋混凝土柱，從而約束地震作用到底部墻體開裂的情形。砌體墻內運用實心或多孔磚中沿墻的高度方向配置水平鋼筋，房屋建筑可均勻分布抗震性能，以此來改善砌體的脆弱性。

1. 框架結構房屋的抗震設計

框架結構是指主要依靠梁柱來支撐房屋建筑的一種建筑模式，在多層房屋建筑中一般采用此建筑結構。該建筑結構模式利用梁柱截面尺寸以及梁柱的彎曲設計來承受地震作用。梁柱的截面尺寸由柱軸比決定，通過對框架結構梁柱的柱頭、柱腳予以加強，從而做到梁柱受地震作用時彎曲度加強，柱軸比與彎曲度兩者相互配合再依靠框架底部歇桿支撐以此來增強房屋建筑的抗震能力。

1. 框架—剪體結構的抗震設計

框架—剪體結構是指在框架結構中設定一定的剪力墻，構建剪力與框架一體的建筑模式，因其具有框架結構空間大、抗震性能好、布置靈活等優勢多用于高層建筑中。當地震作用時，框架梁柱與剪力墻的剛度不同，受地震影響后的變形形式也有所區別，地震作用時剪力墻呈彎曲狀變形，而框架梁柱則向剪砌型變化，兩種結構同時承擔地震壓力，房屋空間位移與頂層位移狀況相對較小，房屋結構的剛度、強度、延性、穩定性得到很好的保護，抗震性能也得到極大提高。

從08年汶川大地震開始，我國西北、西南、東南沿海、華北及臺灣地區等五大地震區域地震災害頻發，為保障人們的生命財產安全，加強房屋建筑的抗震性能是建筑從業人員必須思考的問題。也正因為如此，無論是在砌體房屋建筑結構還是框架房屋建筑結構、框架—剪體房屋建筑結構設計中，都應把握好抗震設計的房屋建筑場地與地基要選準打穩、合理控制房屋建筑高度與寬度、把握準房屋建筑質量等原則，在抗震性能設計時都應考慮到超靜定、延性好、多道防線問題。以此來增強房屋建筑的抗震性能及抗震系數，為人們的物質精神安全做后盾。當然房屋建筑的抗震性能不是由建筑的抗震設計單一決定的，房屋的施工質量也會對建筑抗震性能造成一定的影響。除此之外，在注意房屋建筑結構抗震設計的同時，還應監督好房屋施工的質量問題，從各方面來維護人們的生命財產安全。

【參考文獻】

[1]王成立，譚寧希.房屋建筑結構抗震設計要求分析[J].?城市建筑.?2014（06）.