淺談節能抗震型房屋結構抗震設計

李鳳軍

（大慶油田慶北工礦服務公司讓西工礦服務公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

地震是一種嚴重的自然災害，威脅著人類的生命和財產安全，我國處于太平洋、歐亞地震帶世界兩大地震帶之間，地震活動范圍廣，震中分散，隨機性強，不易捕捉地震發生的具體地點，難以集中采取防御措施。上世紀20年代以來，我國發生的較大地震統計表如表1所示。

表1 20世紀以來我國較大地震統計

在我國常見的房屋建筑結構有鋼結構、鋼混結構、框架剪力墻結構、鋼混框架結構、磚混結構。近年頻發的地震，在對房屋建筑結構造成破壞的同時，從房屋抗震的角度也突出了許多值得工程界認真思考總結的問題。對于地震后建筑的震害情況進行分析總結，找出建筑抗震研究中需要加強的環節，從震害總結的層面研究房屋結構的抗震性能，提高房屋的抗震能力，是擺在工程界面前一個長期和嚴肅的話題[1]。目前，國家提倡節能減排，建筑節能作為節約能源的一個重要組成部分，如何在保證建筑物舒適度前提下，提高能源利用效率，減少建筑物熱損失是目前亟待解決的問題。因此，本文對節能抗震型房屋結構進行研究，具有重要意義。

1 節能抗震型房屋體系構成

1.1 節能保溫系統

常見的節能保溫系統主要包括：外墻外保溫系統、外墻內保溫系統、外墻復合墻體保溫系統、外墻自保溫等。（1）外墻外保溫系統是在主題墻的外側復合保溫材料，制作墻體的工程材料本身具有保溫隔熱的作用，導熱系數相對較小，墻體達到一定厚度即可滿足節能指標。但外墻外保溫系統的施工質量會直接影響節能效率，如果施工質量達不到要求，會縮短使用壽命，危及人身安全；（2）外墻內保溫系統是在建筑內部墻體附加保溫材料達到節能目的，保溫材料層是節能墻體的主要功能部分，由于保溫材料在室內，因此盡可能采用導熱系數小的高效保溫材料，以減少厚度，增大室內使用面積。外墻內保溫與外墻外保溫施工技術相比，施工不受雨季影響。外墻內保溫的缺點是占用室內使用面積，保溫材料使用不當可能造成室內污染；（3）外墻復合墻體保溫系統采用保溫材料與輕質墻體材料共同構成外保溫復合夾芯墻體。它是在磚砌體、混凝空心砲塊與其他砌體材料所砌筑外葉墻與內葉墻的中間，安裝絕熱保溫材料。外墻復合墻體保溫系統構造在嚴寒地區節能住宅使用較多，目前這種結構應用最多的是50%的節能率的設計[2]；（4）外墻自保溫系統指僅使用單一墻體材料就可以滿足節能要求的外墻保溫體系，墻體材料本身就是保溫材料。

1.2 節能保溫結構體系

根據工程實際中常用使用形式的不同，節能材料可以分為三種：砌體節能材料、膏狀節能材料、板狀節能材料。三種不同形式的節能材料對應使用的結構體系也不相同，分別為砌體結構體系、混凝土結構體系、鋼結構體系。（1）砌體結構作為傳統的結構體系，具有節能效率低，自重大，抗震型差等缺點；（2）混凝土結構體系是我國目前最常用的結構體系，該結構體系配合保溫墻板，保溫性能相對于砌體結構體系有很大的提高，且抗震性由于砌體結構，但存在著造價高，施工困難，震后維修困難等缺點；（3）鋼結構目前發展迅速，相比于以上2種結構體系，存在自重輕，抗震性好，節能等優點。

綜合上述節能保溫系統與結構體系，輕質保溫墻板和樓板與鋼結構體系組合成為房屋的節能保溫結構體系。

2 房屋抗震設計

目前我國應對地震的措施主要有抗震和減震消震技術，傳統抗震理念為提高設計等級，通過結構自身強度抵抗地震沖擊波，隨著人們對該領域的研究不斷深入，通過構造方式來抵抗地震對建筑物的沖擊是目前房屋抗震設計的主要研究方向。

2.1 基礎抗震技術

地震作用下，房屋結構的運動微分方程[3]為：

其中：m為房屋結構質量；c為房屋結構阻尼系數；k為房屋結構剛度系數；為房屋結構對地面的相對位移、速度、加速度；-地面加速度時程。

通過以上公式可以看出，地震作用能減少，房屋結構相對位移相應減少，最有效的方法就是使用抗震材料，房屋設計中經常使用的抗震裝置有夾層橡膠墊、砂墊層抗震、摩擦抗震裝置、碎石墊層地基等，采取該種設計方法的以上裝置有較強的形變能力，地震時能提供較大阻尼和消耗震動能量。

2.2 耗能抗震技術

該技術是在房屋設計中將結構物中的一些構件變為消耗能量的部件，或者某些節點處設置阻尼器，平時這些構件不起作用，在發生地震時，耗能部件開始發揮作用，消耗了進入房屋結構的能量，保護主體結構不受破壞。

2.3 房屋加固技術

房屋加固除了構件由于強度不足或延性不足做針對性對構件進行加固外，尚應對房屋進行整體性加固，是使現有建筑達到規定的抗震設防要求而進行的設計及施工，例如框架結構可增設剪力墻，使地震作用下的柱子內力與變形減少，從而達到抗震加固的目的。加固設計應以提高建筑物的整體抗震強度和變形能力為主，通過對原有的抗震構件進行加固或增加新的抗震構件，提高結構的整體抗震能力，改善結構的剛度與強度分布的不均勻性，加強易倒塌構件的連接，提高抗震能力。加固設計及加固施工應與抗震鑒定結合考慮，加固設計應在遵循抗震設計規范的基礎上，采用專家會審法、經驗借鑒法、科研成果借鑒法、投入與產出經濟分析法等方法。

2.4 增設剪力墻加固技術

房屋結構剛度增大時，結構形變減小，只要剛度取得合理，地震作用雖然增加，但結構變形仍然減小。實踐證明，大多數房屋結構增設剪力墻后，形變減小，地震作用主要有剪力墻抵御，房屋結構中的內力與形變減小，達到抗震目的。

3 結語

我國現行的城市建筑抗震設計規范《建筑抗震設計規范》中對城市房屋建筑結構的抗震設防目標是：“小震不壞，中震可修，大震不倒”，本文所討論的是一種節能抗震型房屋及相關抗震技術的設計，能夠在節能的基礎上，保持抗震性，通過后期計算研究，可以討論節能效率更高的保溫材料與抗震效果更好的抗震技術。目前的技術水平對未來發生地震的地點、時間和大小無法進行準確的預測，因此在房屋結構抗震設計的過程中，必須要對房屋受力影響因素進行深入考慮，才能使房屋結構抗震設計獲得更多的數據支撐，提高房屋結構抗震設計水平。