抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用探究

■陳 侃 ■香港華藝設(shè)計(jì)顧問(深圳)有限公司南京分公司，江蘇 南京 210037

地震災(zāi)害會(huì)破壞房屋建筑，對其造成二次傷害。房屋建筑與人民群眾的切身利益密切相關(guān)，是人民群眾的主要活動(dòng)場所。因此，加強(qiáng)房屋建筑抗震設(shè)計(jì)是減少地震損失的有效途徑。所以，需要加強(qiáng)對建筑抗震設(shè)計(jì)的重要，深入分析建筑結(jié)構(gòu)特征，制定有效的地震預(yù)防措施，提高建筑質(zhì)量和抗震性能。

1 抗震對房屋建筑的重要性

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平提高，國家投入了大量資金來加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以滿足人們的物質(zhì)需求。人們對建筑有著新的審美，對建筑的安全性、高度以及造型有著更高要求。因此，需要加強(qiáng)房屋抗震設(shè)計(jì)，技術(shù)人員需要改進(jìn)施工技術(shù)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，保證施工材料質(zhì)量。

地震是一種危害較大的自然災(zāi)害，對工程結(jié)構(gòu)有著重要影響。在人類史上，每次大地震都會(huì)給國家和人民帶來嚴(yán)重的損失。比如，1976年發(fā)生的唐山大地震。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，有的國家城市數(shù)量逐年增加，城市成為人口遷移的集聚地，財(cái)富集中在某一地區(qū)。一旦發(fā)生地震，則會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于受到科技的限制，目前人們還不能準(zhǔn)確地預(yù)測地震的發(fā)生，也沒有有效的對策來預(yù)防地震。因此，地震具有很大的不確定性，人們職能堅(jiān)持“抗震的基本原則”，將損失降低到最低程度。所以加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)對提高建筑質(zhì)量有著重要作用。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題

2.1 框架房屋設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題

第一，在橫向剛性的工程結(jié)構(gòu)中，隨著結(jié)構(gòu)分布狀態(tài)的改變，地震內(nèi)力的分布狀態(tài)也會(huì)隨之改變，結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)較大變化，在結(jié)構(gòu)的垂直方向容易出現(xiàn)薄弱層，對房屋結(jié)構(gòu)造成不利影響;第二，由于受到各種條件的限制，很難對主體地震進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，有時(shí)容易選擇不合理的地震分析模型，無法準(zhǔn)確估計(jì)地震危害，并做出應(yīng)對措施。根據(jù)我國建筑規(guī)范，通常認(rèn)為處理填充墻對工程結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度貢獻(xiàn)是一種減少振動(dòng)自然周期的行為。因此，站在結(jié)構(gòu)整體的角度上思考這一問題，忽視了在地震作用下，垂直填充墻的分布是否合理;第三，填充墻設(shè)計(jì)不合理。填充墻是工程結(jié)構(gòu)的重要部分，填充墻設(shè)計(jì)不合理，直接影響著建筑的主體結(jié)構(gòu)，甚至?xí)裣掳踩[患，對抗震和防震工作產(chǎn)生不利影響;第四，框架結(jié)構(gòu)的樓層存在一定數(shù)量的填充墻，而填充墻容易出現(xiàn)裂縫。因此，為了減少損失，必須限制檢查層的位移漂移角度，將裂縫控制在填充墻構(gòu)件裂縫的允許范圍內(nèi)。填充量框架梁的材料組合不同，變形程度也不同。因此，對于地震頻發(fā)地區(qū)而言，需要采取標(biāo)準(zhǔn)化剛度的填充墻。但是在實(shí)踐中，許多建筑中的填充墻設(shè)計(jì)不符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);第五，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在遇到地震時(shí)，通過自身結(jié)構(gòu)吸收地震能量消耗，所以一般不會(huì)變形。綜合各種因素，發(fā)生地震時(shí)，如果沒有充分考慮填充墻的剛度，則容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致彈性因素?zé)o法發(fā)揮其應(yīng)有作用。

2.2 砌體房屋設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題

第一，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在房屋建設(shè)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)房屋超高或超層的現(xiàn)象，底層經(jīng)常建有大型商務(wù)場所，這對方陣設(shè)計(jì)產(chǎn)生不利影響;第二，在砌體房屋中，為了擴(kuò)大空間，建筑頂層和底層一般都采取混合建筑方式。增加頂層或底層的構(gòu)造柱框架結(jié)構(gòu)，降低了建筑的防震能力;第三，砌體房屋建筑往往追求大客廳、大空間，設(shè)置大門洞，大墻間的厚度不足，從而大大降低了房屋建筑的抗震能力。有的為了延伸房屋使用面積，對陽臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展，但是沒有增加磚墻構(gòu)造柱的數(shù)量，從而導(dǎo)致建筑的抗震性能達(dá)不到規(guī)定要求;第四，在進(jìn)行多層砌體建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，有的設(shè)計(jì)者為了提高建筑美感，忽視了抗震設(shè)計(jì)。有的設(shè)計(jì)人員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，沒有意識(shí)到砌體抗震構(gòu)造柱與圈梁間的差異，也未采取有效的防震措施。有的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的抗震方式不完整，樓梯設(shè)計(jì)不合理，有的樓梯設(shè)計(jì)過窄，有的設(shè)計(jì)樓梯的位置距離建筑物兩側(cè)過近，不利于地震后逃生。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)采取的措施

3.1 房屋建筑框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需采取的措施

第一，建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件是抗震結(jié)構(gòu)的重要部分，在進(jìn)行房屋抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要分析建筑的結(jié)構(gòu)，還需要詳細(xì)分析非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別涉及到非結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量的因素，如變形能力、剛性強(qiáng)度等，需要認(rèn)真分析。選擇合適的抗震結(jié)構(gòu)，提高建筑結(jié)構(gòu)的主體剛度以及主體結(jié)構(gòu)變形量，避免破壞非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在房屋抗震設(shè)計(jì)過程中，需要考慮主體結(jié)構(gòu)中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對建筑質(zhì)量的影響，并考慮抗震設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的短柱位置，采取有效的加強(qiáng)措施。嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)，保證柱箍筋加密區(qū)滿足規(guī)定的要求和標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)安全隱患，影響房屋建筑的抗震性能。嚴(yán)格按照國家規(guī)范開展工程改造工作，不能破壞原有建筑結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)的安全;第二，變形和破壞機(jī)理直接影響著框架結(jié)構(gòu)，實(shí)踐證明如果梁的承受能力超過極限，則會(huì)對整個(gè)框架產(chǎn)生很大的影響，會(huì)受到更大軸向能耗和再分配內(nèi)力的壓制，在軸向壓力作用下，柱的延性低于梁。但是柱結(jié)構(gòu)也是抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，如果沒有采取有效的措施，柱很可能超過計(jì)算內(nèi)力。因此，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證塑性鉸出現(xiàn)在梁端，這樣才能提高建筑抗震性能。

3.2 房屋建筑砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需采取的措施

第一，在砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑抗震設(shè)計(jì)過程中，不能一味追求建筑的高度，必須保證多層砌體建筑的大墻厚度高于240mm。同時(shí)，對綜合分析建筑所在地各種因素，根據(jù)國家建筑抗震規(guī)范，計(jì)算出最佳的建筑抗震高度;第二，結(jié)構(gòu)體系。需要優(yōu)先考慮水平和垂直壁系統(tǒng)或者交叉承重墻的承載結(jié)構(gòu)。采取磚混結(jié)構(gòu)或者“混合型”結(jié)構(gòu)的住房。在同一結(jié)構(gòu)單元，需要采取同一類型的結(jié)構(gòu)。比如，在樓梯間，需要采取有效措施改善煙道的抗震能力;第三，平面和立面布置。應(yīng)該排除建筑布局和抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)布局，保證對稱平面具備良好整體形態(tài)。橫向和縱向的墻布局不能對齊，不能將樓梯設(shè)置在住房的轉(zhuǎn)角處或者盡端，橫向剛度結(jié)構(gòu)和垂直建筑外立面是均勻變化的。墻體的垂直布局是連續(xù)的，這樣能防止建筑剛度突變;第四，抗震計(jì)算。抗震計(jì)算是抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是保證建筑滿足抗震性能的基礎(chǔ)。在計(jì)算多層砌體建筑的抗震能力時(shí)，應(yīng)該采取底部剪切法，使用不規(guī)則的多層砌體，扭轉(zhuǎn)地震分析程序的影響。

4 總結(jié)

綜上所述，近幾年地震災(zāi)害頻繁，尤其是汶川大地震，加大了人們對建筑抗震設(shè)計(jì)的關(guān)注，房屋建筑抗震設(shè)計(jì)成為建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在房屋建筑設(shè)計(jì)過程中，框架房屋設(shè)計(jì)和砌體房屋設(shè)計(jì)還存在一些問題。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要采取針對性措施，減少地震災(zāi)害的危害范圍，保護(hù)人民人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

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