房屋抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

中天偉業(yè)（北京）建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司新疆分公司 830063

摘要：地震是由于地球不斷運(yùn)動(dòng)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(fā)生破裂，或者引發(fā)原有斷層發(fā)生破裂。地震對(duì)建筑物造成很大的破壞，破壞分為靜力破壞和動(dòng)力破壞。靜力破壞是由地表破壞引起；動(dòng)力破壞是由地震地面運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力作用引起。而結(jié)構(gòu)物動(dòng)力破壞機(jī)制的分析是結(jié)構(gòu)抗震研究的重點(diǎn)和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

地震會(huì)造成重大的人員傷害，因此在建筑物建設(shè)中抗震是最主要考慮的問(wèn)題?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)的最主要問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：抗震結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；一般原則

一、抗震設(shè)計(jì)概念

抗震設(shè)計(jì)是在計(jì)算設(shè)計(jì)的同時(shí)，著重從結(jié)構(gòu)整體出發(fā)。在結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、延度和軸壓比方面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)。

二、抗震設(shè)計(jì)的分類

（1）多層磚混抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)（3）混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三、一般原則

1、多層磚混抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（1）科學(xué)布局建筑平面和立面

抗震設(shè)計(jì)中，建筑平面、立面宜盡可能簡(jiǎn)潔、規(guī)則，結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致。建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕，房屋重心盡可能降低，避免采用錯(cuò)落的立面，突出屋面建筑部分的高度不應(yīng)過(guò)高，以免地震時(shí)發(fā)生鞭梢效應(yīng)。

（2）砌體房屋的總層數(shù)及總高度不應(yīng)該超限值

砌體房屋的層數(shù)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(shù)對(duì)減少地震時(shí)帶來(lái)的震害有很大的作用。

（3）增強(qiáng)砌體房屋的剛度及整體性

房屋是縱、橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個(gè)具有空間剛度的結(jié)構(gòu)體系，其抗震能力的強(qiáng)弱取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。

（4）合理布置縱墻和橫墻

多層磚混房屋的主要承重構(gòu)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(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)傾斜、錯(cuò)動(dòng)、倒塌等現(xiàn)象，進(jìn)而使房屋造到破壞。所以合理布置縱、橫墻對(duì)提高房屋抗震性能起到很大的作用。

（5）適當(dāng)增加墻體面積與合理提高砂漿強(qiáng)度

多層磚混房屋的抗震能力與墻體面積大小及砂漿強(qiáng)度等級(jí)高低成正比，提高墻體面積、砂漿強(qiáng)度等級(jí)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(shè)置房屋圈梁和構(gòu)造柱

圈梁是多層磚房的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，可提高房屋的抗震能力，減輕震害。圈梁與構(gòu)造柱一起對(duì)墻體在豎向平面內(nèi)進(jìn)行約束，限制墻體裂縫的開(kāi)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

盡管多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能較好，但是在強(qiáng)烈地震的作用下，也會(huì)出現(xiàn)不同程度的損害。在地震作用下，要對(duì)多層鋼結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行嚴(yán)密的抗震設(shè)計(jì)，從而減輕地震災(zāi)害帶來(lái)的損失。鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則如下：

（1）采用完整的建筑方案。多層鋼結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)該盡量采用完整的建筑方案。當(dāng)平立面不規(guī)則和結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況在適當(dāng)部位設(shè)置抗震縫，從而形成多個(gè)規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。當(dāng)混凝土和鋼結(jié)構(gòu)并用時(shí)，由于混凝土結(jié)構(gòu)的變形小于鋼結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)不宜設(shè)抗震縫，如果必須設(shè)置時(shí)，應(yīng)該將建筑物分割成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。

（2）遵循對(duì)稱規(guī)則和簡(jiǎn)單原則。這樣可以防止在遭遇地震的情況下多層鋼結(jié)構(gòu)房屋由于應(yīng)力集中和發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、突變或者因局部削弱和塑性變形使得應(yīng)力集中在薄弱部位，破壞鋼結(jié)構(gòu)。為了有效地減小扭轉(zhuǎn)作用對(duì)建筑物的影響，還應(yīng)該使各層的質(zhì)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(jié)構(gòu)房屋的樓蓋應(yīng)該采用非組合樓板或者是壓型鋼板現(xiàn)澆混凝土組合樓板。有效地提高多層鋼結(jié)構(gòu)的房屋的穩(wěn)定性，提升整個(gè)多層房屋的抗震性能。

（3）在設(shè)計(jì)中必須體現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的原則。因?yàn)檫@樣可以有效地避免了在地震作用下支撐柱先進(jìn)入塑性區(qū)破壞鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)致整個(gè)房屋的倒塌。這就要求我們通過(guò)不同構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值或者調(diào)整剛結(jié)構(gòu)中不同部位受到的地震效應(yīng)，使整體框架和鋼結(jié)構(gòu)具有消耗地震能量和較大的內(nèi)力重分布能力。

（4）多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)應(yīng)遵照專門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)程“高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”進(jìn)行。應(yīng)嚴(yán)格要求合理的結(jié)構(gòu)布置與結(jié)構(gòu)體系，以及合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行兩階段設(shè)計(jì)：第一階段按多遇地震計(jì)算地震作用設(shè)計(jì)；第二階段按罕遇地震作用設(shè)計(jì)，并分別驗(yàn)算其位移限值及層間側(cè)移延性比等限值的要求。

3、混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

（1）確定結(jié)構(gòu)類型

在高層建筑中，其豎向荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力，而水平荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(shí)豎向荷載所引起的建筑物側(cè)移很小，但是水平荷載產(chǎn)生的側(cè)移非常大，與高度成四次方變化。因此在高層建筑中，主要對(duì)水平荷載進(jìn)行控制，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該在滿足建筑功能及抗震性能的前提下，選擇切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)類型，使其具有良好的結(jié)構(gòu)性能。

（2）設(shè)置多道抗震防線

每一次強(qiáng)震往往伴有后續(xù)的若干次余震。因此，在建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果只設(shè)置一道防線，那么經(jīng)過(guò)首次破壞之后，可能由于余震的到來(lái)而再次損傷結(jié)構(gòu)，最終造成倒塌事故。因此，在建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮若干個(gè)延性良好的分體系組成，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，可形成有效的多重荷載傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用抵抗地震力。

（3）提升抗震能力

如果發(fā)生強(qiáng)烈的地震作用，構(gòu)件的強(qiáng)度安全儲(chǔ)備大幅度下降，通過(guò)對(duì)構(gòu)件實(shí)際承載力的分析，可客觀判斷薄弱部位。還應(yīng)確保建筑樓層的承載力與計(jì)算彈性受力的比值保持均勻性變化，如果比值突然發(fā)生變化，可能會(huì)導(dǎo)致塑性集中變形；再次，避免地震力集中在局部位置，而對(duì)結(jié)構(gòu)整體的承載力協(xié)調(diào)產(chǎn)生影響。

四、考慮位移問(wèn)題

對(duì)于我國(guó)建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，大多以承載力作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員采取線彈性方法，對(duì)小幅度震動(dòng)情況下的結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力等進(jìn)行分析，采取組合內(nèi)力方法，對(duì)構(gòu)件的截面進(jìn)行驗(yàn)證，以此確保結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性。

通常而言，進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)主要做到下面幾點(diǎn)

1、在進(jìn)行、抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該具有科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖以及地震作用力的傳遞路徑。尤其是在進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的布局時(shí)，尤其要避免局部構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的坍塌等問(wèn)題；

2、建筑的外形設(shè)計(jì)必須力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱和規(guī)則，而且要求其質(zhì)量與剛度等的變化要均勻合理。

3、要保證建筑各個(gè)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(jìn)行有效的傳遞。

4、對(duì)于建筑中所包含的非結(jié)構(gòu)型構(gòu)件，諸如隔墻、維護(hù)墻要與建筑的結(jié)構(gòu)主體有可靠的連接。

結(jié)語(yǔ)

由于地震具有隨機(jī)性、往復(fù)荷載等特點(diǎn)，建筑物的地震破壞存在著許多模糊和不確定因素，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)采取合理有效的對(duì)策增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的抗震性能，使其具有良好的抗震效果。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震起著重要作用。一個(gè)優(yōu)良的建筑設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)相互配合、協(xié)作的基礎(chǔ)上完成。因此，我們應(yīng)該了解各種抗震設(shè)計(jì)的一般原則，以便設(shè)計(jì)出符合當(dāng)前的高層建筑要求。

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