抗震設計在房屋結構設計中的應用

李小燕

摘 要：近年來，我國地震災害發生愈加頻繁，汶川、玉樹特大地震災害給我國帶來了嚴重的生命財產損失。加強建筑工程抗震能力，是有效抵御地震災害的重要舉措。隨著建筑設計水平的不斷提升，建筑抗震結構設計受到了更多的重視和關注，同時也是衡量一個建筑結構設計水平的重要因素。鑒于此，本文對抗震設計在房屋建筑結構設計中的應用進行了分析，以供參考。

關鍵詞：抗震設計;房屋建筑;結構設計

當前，城市人口大幅度增加，對建筑住房數量有了更大的要求，造成高層建筑的大量建造，而對建筑結構抗震也提出了更高的要求，需要結構設計人員充分重視結構的抗震設計。

1 抗震設計

結構抗震設計的“三水準設防目標”和為實現這一目標所采取的“兩階段設計步驟”是結構抗震設計的基本要求。

1.1 三水準設防目標

第一水準：當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需修理可繼續使用;

此處的低于本地區抗震設防烈度，就是指的50年內超越概率約為63%的地震烈度，即“眾值”的烈度，比基本烈度約低一度半，規范取為第一水準烈度，稱為“多遇地震”，即小震;

第二水準：當遭受相當于本地區抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發生損壞，但經一般性修理仍可繼續使用;

此處的相當于本地區抗震設防烈度，就是指50年超越概率約10%的地震烈度，即1990中國地震區劃圖規定的“地震基本烈度”或中國地震動參數區劃圖規定的峰值加速度所對應的烈度，規范取為第二水準烈度，稱為“設防地震”，即中震;

第三水準：當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。

此處的高于本地區抗震設防烈度，就是指50年超越概率2%～3%的地震烈度，規范取為第三水準烈度，稱為“罕遇地震”，就是所說的大震，當基本烈度6度時為7度強，7度時為8度強，8度時為9度弱，9度時為9度強;

因此，我們可以根據地震的震級和烈度來判斷我們所設計的房屋在地震時到底是否滿足要求，也可以得知我們設計的房屋到底能抵抗多大的地震作用。

1.2 二階段設計方法

第一階段是承載力驗算及彈性變形，取第一水準的地震動參數（50年內超越概率約為63%的地震烈度，即眾值烈度，比基本烈度約低一度半）計算結構的彈性地震作用標準值和相應的地震作用效應，滿足在第一水準下具有必要的承載力可靠度，又滿足第二水準的損壞可修的目標。

比如8度區普通民用建筑，我們平時在做設計的時候，到底是如何做的呢，地震動參數如何取值？

根據以上的講述，取第一水準的地震動參數（50年內超越概率約為63%的地震烈度，即眾值烈度，比基本烈度約低一度半）計算結構的彈性地震作用標準值和相應的地震作用效應，也就是取比8度低1.5度即6.5度計算此8度區建筑來滿足小震不壞和中震可修，即滿足了前兩個水準。但是具體在計算的時候是如何體現的呢？

眾所周知，水平地震作用計算，最重要的就是水平地震影響系數的取值，

而與水平地震影響系數關系最大的是水平地震影響系數最大值αmax，因此，規范對于不同烈度給出了三個水平地震影響系數最大值αmax，8度區0.2g對應的水平地震影響系數最大值αmax分別為多遇地震（小震）0.16，設防地震（中震）0.45，罕遇地震（大震）0.90，而我們在計算8度區普通民用建筑的時候，地震動參數是取第一水準的地震動參數。

水平地震影響系數最大值αmax的取值就是對應我們上文提到的三水準設防目標，也就是對應眾值烈度、基本烈度、大震烈度，我們在平時普通項目的計算中，水平地震影響系數最大值αmax都是直接按照多遇地震取值，也就是一階段的設計的具體體現。

對大多數的結構，可只進行第一階段設計，而通過概念設計和抗震構造措施來滿足第三水準的設計要求.

第二階段設計是彈塑性變形驗算。對有特殊要求的建筑、地震時易倒塌的結構以及有明顯薄弱層的不規則結構，除進行第一階段設計外，還要進行結構薄弱部位的彈塑性層間變形驗算并采取相應的抗震構造措施，實現第三水準的設防要求。

2 水平地震作用計算

計算地震作用時，建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。

采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由度，結構的水平地震作用標準值，應按下列公式確定

式中 ：FEk- 結構總水平地震作用標準值;

a₁一相應于結構基本自振周期的水平地震影響系數值;

G_eq——結構等效總重力荷載，單質點應取總重力荷載代表值，多質點可取總重力荷載代表值的85%;

建筑的重力荷載代表值（G_eq）應取結構和構配件自重標準值（D）和各可變荷載組合值（L）之和。也就是說重力荷載代表值（G_eq）是由構配件自重標準值（D）和各可變荷載組合值（L）組合而來的。

一般的框架結構的重力荷載代表值為G_eq=D+0.5L，可見自重（D）降低，重力荷載代表值G_eq也減小，從而結構總水平作用（F_EK）減小。

綜上，結構自重降低，吸收的水平地震力減小，更有益于結構的整體抗震性能。自重減低后不僅只利于結構的抗震性能，而且降低了造價;自重低后，荷載小從而彎矩小，進一步節約了配筋、混凝土。鋼結構體系抗震性能好的原因之一也是因為鋼結構的結構自重較輕。

3 抗震設計優化

3.1 科學設計建筑結構布局

建筑結構布局的科學性與合理性對建筑工程抗震能力有著十分重要的影響，提倡平、立面簡單、規則、對稱。建筑結構布局平面、豎直面的規則性與剛度的均勻性是決定抗震能力的基礎和前提。為實現理想的抗震效果，建筑結構布局設計需要滿足以下兩方面的內容：其一，建筑結構布局中各構件要盡量保持規則、對稱的布置方式，特別是建筑物質量中心與剛度中心要保持重合。其二，結構豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，由此避免出現剛度突變和承載力的突變。

3.2 科學選擇建筑材料

建筑材料是建筑工程施工必不可少的基本要素，同時也是建筑結構抗震設計所考量的重要內容。建筑材料對于建筑結構強度有著重要影響，并直接作用到建筑結構的抗震能力上。因此在進行建筑結構抗震設計時，設計人員也要對建筑材料進行科學全面的分析，結合建筑材料的性能及建筑結構的差異合理選擇材料。對于鋼筋混凝土結構鋼筋宜優先采用延性、韌性和焊接性較好的鋼筋;由于高強度混凝土具有脆性性質，且隨強度等級提高而增加，現階段混凝土墻體的強度等級不宜超過C60。

4 結語

綜上所述，對于處于抗震設防區的所有建筑工程必須進行抗震設計。

參考文獻：

[1]JGJ3-2010高層建筑混凝土結構技術規程。

[2]GB 50011-2010（2016年版）建筑抗震設計規范。