基于性能的房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析

孫占江 王祿梅

【摘要】據(jù)統(tǒng)計，我國發(fā)生地震災(zāi)害次數(shù)占全球地震災(zāi)害的三分之一，全球每年遭遇地震災(zāi)害5萬余次。在地震災(zāi)害中，由房屋倒塌引起的二次災(zāi)害不在少數(shù)，為保障人們的物質(zhì)財產(chǎn)及精神財產(chǎn)安全，建筑行業(yè)人員應(yīng)積極思考增強房屋建筑結(jié)構(gòu)抵御地震作用的能力。本文將基于抗震設(shè)計的基本準(zhǔn)則，來探析基于性能的房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】抗震設(shè)計;框架結(jié)構(gòu);性能

我國大部分區(qū)域處于環(huán)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(qū)域地震頻發(fā)。具有不確定性的地震災(zāi)害造成人們物質(zhì)損失的同時，也給人們的精神帶來了極大傷害。隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)進(jìn)程的加快及土地資源的減少，城市房屋建筑開始由橫向發(fā)展轉(zhuǎn)為縱向發(fā)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(shù)與樓層高度成反比例關(guān)系，樓層愈高抗震系數(shù)就越低。因此，對于房屋建筑結(jié)構(gòu)來說，開展抗震設(shè)計是當(dāng)務(wù)之急。日前建筑從業(yè)人員對基于性能的抗震設(shè)計方法投以高度重視，該設(shè)計方法不僅能穩(wěn)固房屋建筑結(jié)構(gòu)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(qū)高層建筑的發(fā)展。本文將基于抗震設(shè)計的基本準(zhǔn)則，來探析基于性能的房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。

• 房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計基本準(zhǔn)則

如前所述，近年來，我國地震災(zāi)害頻發(fā)，在地震中由房屋倒塌而引起的二次災(zāi)害現(xiàn)象不再少數(shù)，因此在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計顯得尤為重要?？拐鹪O(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)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(zhì)量等基本準(zhǔn)則應(yīng)時刻引起建筑從業(yè)者的注意。

1. 房屋建筑場地與地基要選準(zhǔn)打穩(wěn)

地震運動引起的房屋建筑結(jié)構(gòu)受損現(xiàn)象常見，而地質(zhì)條件又屬于地震震動導(dǎo)致房屋建筑損害的一個重要因素。因此，在房屋建筑設(shè)計時，一定要對建筑場地的地質(zhì)條件進(jìn)行勘探。勘探結(jié)果出來后，房屋建筑設(shè)計時遵循以下三個原則：避免山坡邊緣、河岸等地質(zhì)松軟的地段;避免自然災(zāi)害等并發(fā)地段;首選地質(zhì)堅硬、地域開闊的地段。地質(zhì)較軟，房屋建筑的穩(wěn)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(shè)計。

當(dāng)然在土地資源愈來愈稀缺的情況下，找到地質(zhì)堅硬、地域開闊的地段難度系數(shù)較大。但從建筑技術(shù)看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可從房屋建筑地基設(shè)計入手來增強房屋的抗震能力。在建筑地基設(shè)計中為增強建筑的抗震能力，也應(yīng)遵循三大準(zhǔn)則：同一建筑建立在同一地基上;把握好房屋建筑基礎(chǔ)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(fā)區(qū)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(guān)系。地殼運動引發(fā)地震，一方面導(dǎo)致地質(zhì)發(fā)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(cè)移程度）會因其自身高度、寬度而發(fā)生相應(yīng)的傾斜。房屋建筑本身高寬比越大，建筑側(cè)移程度系數(shù)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(yán)重，抗震系數(shù)愈小愈不能承受地震作用的影響。因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)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(jìn)行合理設(shè)計和控制，也需結(jié)合實際情況對房屋建筑的樓層數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1. 把握準(zhǔn)房屋建筑質(zhì)量

建筑質(zhì)量指房屋建筑結(jié)構(gòu)的牢固性和穩(wěn)定性，建筑質(zhì)量愈輕，房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越大。在抗震系數(shù)中，房屋建筑的抗震能力與建筑質(zhì)量之間存在正比例的關(guān)系。既指建筑質(zhì)量愈重，房屋抵抗地震的能力愈差;反之，建筑質(zhì)量愈輕，建筑結(jié)構(gòu)愈穩(wěn)定，房屋抵抗地震的能力愈強。在房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，應(yīng)把建筑質(zhì)量最小化，從而最大化地增強房屋的抗震系數(shù)[1]。從建筑質(zhì)量來看，可分為房屋建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和建筑屋蓋質(zhì)量。因此，在房屋建筑墻體建造時應(yīng)盡量地減輕墻體重量，而在屋蓋建造時也應(yīng)盡量地選擇質(zhì)地較輕的材質(zhì)，從而增加房屋的牢固性和穩(wěn)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

因我國幅員遼闊，地域面積較大，冬、西部地形特點、地質(zhì)條件、負(fù)荷能力等的不同，從而出現(xiàn)各地房屋建筑結(jié)構(gòu)不同。目前，我國的房屋建筑結(jié)構(gòu)主要有砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架—剪體墻結(jié)構(gòu)等類型，在這些房屋建筑中都會有抗震設(shè)計的參與，只是其原理有所區(qū)別。

1. 砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計

砌體結(jié)構(gòu)是指以黏土或?qū)嵭拇u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(yōu)勢，因而在中小城鎮(zhèn)、邊緣山區(qū)受到極大歡迎。因砌體結(jié)構(gòu)的房屋一般樓房高度、寬度及樓層都較小，因而抗震系數(shù)相對較大。一般在設(shè)計時，工作人員都會將房屋內(nèi)外墻連接處、樓梯角落處設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。該建筑結(jié)構(gòu)模式利用梁柱截面尺寸以及梁柱的彎曲設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

框架—剪體結(jié)構(gòu)是指在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)定一定的剪力墻，構(gòu)建剪力與框架一體的建筑模式，因其具有框架結(jié)構(gòu)空間大、抗震性能好、布置靈活等優(yōu)勢多用于高層建筑中。當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r，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(qū)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(jié)構(gòu)同時承擔(dān)地震壓力，房屋空間位移與頂層位移狀況相對較小，房屋結(jié)構(gòu)的剛度、強度、延性、穩(wěn)定性得到很好的保護(hù)，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(qū)等五大地震區(qū)域地震災(zāi)害頻發(fā)，為保障人們的生命財產(chǎn)安全，加強房屋建筑的抗震性能是建筑從業(yè)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(jié)構(gòu)還是框架房屋建筑結(jié)構(gòu)、框架—剪體房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，都應(yīng)把握好抗震設(shè)計的房屋建筑場地與地基要選準(zhǔn)打穩(wěn)、合理控制房屋建筑高度與寬度、把握準(zhǔn)房屋建筑質(zhì)量等原則，在抗震性能設(shè)計時都應(yīng)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(shù)，為人們的物質(zhì)精神安全做后盾。當(dāng)然房屋建筑的抗震性能不是由建筑的抗震設(shè)計單一決定的，房屋的施工質(zhì)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的同時，還應(yīng)監(jiān)督好房屋施工的質(zhì)量問題，從各方面來維護(hù)人們的生命財產(chǎn)安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王成立，譚寧希.房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要求分析[J].?城市建筑.?2014（06）.