淺談具備抗震功能的民用建筑結構設計

喬鳳嬌

（青島市民用建筑設計院有限公司 山東青島 266400）

我國幅員遼闊、地質結構復雜，其中包含了較大范圍的地震帶區(qū)域，地震烈度在Ⅶ度的國土區(qū)域占全國總面積的41%，這對我國人們的生產生活帶來嚴重影響，房屋建筑就深受其害，進行具有抗震功能的房屋建筑結構設計一直是建筑行業(yè)關注的熱點話題。受結構形式等諸多方面的影響，我國民用建筑的抗震結構設計一直是建筑設計的難點，科學合理的民用建筑抗震結構設計不僅能給人們提供良好的居住環(huán)境，更能實現(xiàn)生命安全與財產的有效保證；因此，進行如何通過科學的結構方案設計提高民用建筑的抗震性能，一直都是建筑工程人員不得不思考的重要內容，本文由此展開分析。

1 抗震設計的內容

作為一個系統(tǒng)性較強的完整概念，建筑結構的抗震設計包含了場址選擇、結構設計、抗震應用等多個方面。建筑的結構設計是否符合國家相關建設標準，往往會通過其抗震設計進行規(guī)范。實踐過程中，針對不同地質情況的區(qū)域，其抗震設計的結構應用也存在差異，只有實現(xiàn)結構設計的科學化，才能保證其抗震設計的合理。

在設計內容上，概念設計、抗震計算和構造保證措施是抗震設計的三個主要層次。概念設計將房屋建筑抗震設計的原則進行整體化把握，是建筑結構抗震設計的依據和指導；而抗震設計的技術保證通過計算過程進行實現(xiàn)，規(guī)范化、標準化的抗震計算是整個抗震設計的重點；另外，構造保證是實現(xiàn)建筑結構薄弱環(huán)節(jié)改進的主要手段，這些構造優(yōu)化措施有效的保證了房屋建筑的整體性。從整個設計過程來看，此三個設計層次密切相關、不可分割。一旦任何設計環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏，勢必造成整體設計的失敗。

需要注意的是，概念設計包含了抗震建筑結構設計的總體方案、材料選擇、細部優(yōu)化、和設計原則等諸多內容；其在注重高深度設計原則的基礎上，兼顧了細節(jié)部位關鍵性的設計優(yōu)化，實現(xiàn)了建筑抗震性能的良好發(fā)揮。實踐過程中，一旦地震災害發(fā)生，則地質的具體情況、地表的運動情況以及地震過程對房屋建筑的影響情況等都難以把控，這就使得單純的建筑結構抗震計算具有一定的片面性，需要優(yōu)于實際的措施予以保證。作為抗震建筑結構具體設計的指導，建筑抗震概念的設計充分借鑒了地震災害和工程經驗的實踐，對抗震建筑的結構設計提出發(fā)展方向。作為整個民用建筑抗震設計過程的前提，概念設計直接決定了抗震設計及構造保證的實施，是整個建筑抗震結構設計過程需要把控的核心[1]。

2 民用建筑的結構形式

隨著人們生活水平的不斷提高，建筑設計的選擇愈發(fā)多樣化，這也導致了建筑的結構形式發(fā)生重大變化。就民用建筑而言，磚木結構、框架結構、鋼結構、砌體結構是其主要的結構形式類型，并且由于材料、設計、施工的指標不同，其抗震性能也存在明顯差異。

2.1 砌體結構

砌體結構是當前環(huán)境下，我國建筑工程設計建設中應用最為廣泛地結構形式，其廣泛地應用于城市及農村的房屋建設過程中。在其應用過程中，小開間是其主要的應用形式，較多內墻的使用，使得房屋的抗側力剛度不斷增強，進而提高了房屋建筑的抗震性能。需要注意的是，砌體結構的房屋建筑在延性和塑性方面較弱，隨著其跨度的不斷增大，其結構的抗震能力就會逐漸降低，使得地震過程中，交叉開裂和區(qū)域塌落的現(xiàn)象時有發(fā)生。

2.2 磚木結構

磚木結構是是我國建筑形式中廣為應用的結構類型，其主要集中在農村地區(qū)。通常，以木質結構進行樓板、門窗、屋頂、屋架等諸多內容的應用，是木質結構農用建筑的常見方式。與其他結構類型相比，磚木結構的構造設計相對簡單，并且建筑材料經濟性較高。然而，在抗震防護作用中，受砌筑砂漿強度、木質結構連接等諸多因素的影響，磚木結構的整體抗震性能較差，容易造成損壞，影響正常使用。

2.3 框架結構

民用建筑承重系統(tǒng)中，由梁柱剛接或鉸接形成的建筑結構形式被稱為框架結構?？蚣芙Y構建筑的荷載由建筑中梁和縱柱進行承擔。在實踐過程中，由于建筑的空間分割選擇形式多樣，且在抗震性能和材料應用方面具有突出優(yōu)勢，故而較為廣泛地應用在民用建筑設計過程中。需要注意的是，在框架結構的基礎上，建筑人員將其與剪力墻結構進行綜合利用，形成了新的框剪結構。這種結構形式的民用建筑在提供較大應用空間的同時，保證了房屋建筑的抗震能力，故而在當前的建筑環(huán)境下應用越來越廣泛。

2.4 鋼材料結構

現(xiàn)代建筑工程項目中，鋼材料結構的應用比較普遍，強度高，質量輕是鋼材料結構建筑的最主要特征。在應用過程中，良好的延塑性使得其面臨一般地震時，房屋的結構形式不會發(fā)生較大變化；即使地震災害的烈度較高，其也可以有效的避免結構破壞而造成的坍塌現(xiàn)象，因此具有極為優(yōu)越的抗震性能，能夠在提升建筑應用安全的同時，保證人們的人身安全和財產安全。然而，與其他結構類型的應用相比，鋼材料結構在價格和耐火性上面存在明顯缺陷，限制比較明顯，這也造成了其在民用結構中的相對其他結構類型較少。

3 具備抗震功能的民用建筑結構設計方案

對民用建筑進行抗震結構設計，首先就應充分考慮其抗震性能的影響因素，然后針對性的進行民用建筑抗震結構的優(yōu)化設計。實踐證明，建筑場地、地基基礎、結構體系、建筑平面、材料施工、非承重結構等都是影響民用建筑抗震功能發(fā)揮的重要原因，只有系統(tǒng)進行這些作用點的優(yōu)化設計，才能保證建筑結構抗震性能的良好。

3.1 進行建筑場地、地基基礎的選擇

抗震建筑結構設計過程中，實際的工程需要是進行建筑場地和地基基礎選擇的重要前提[2]。作為整個民用建筑設計的第一步，場地的選擇應在工程需要的基礎上，充份分析地震活動及工程地質的相關情況，進而實現(xiàn)建設地段安全性能的合理評估。在應用過程中，盡量選擇地質結構單一穩(wěn)定的地方進行設計施工，一旦無法避開不利地帶，則應采取必要的抗震防護措施。同時，地基基礎設計是民用建筑抗震結構設計的重要組成部分。再設計過程中，應盡量避免在性質不同地基上建立統(tǒng)一單元結構，并且，應采用現(xiàn)代施工技術進行樁基礎的設置，減少天然樁基使用。需要注意的是，我國的地質結構復雜，部分區(qū)域存在液化土、軟性粘質土，在這些土層進行房屋建筑的結構設計，容易因地震而形成沉降或傾塌等，故對其應進行地基基礎的加強，確保其剛度和整體性滿足實際應用需要。

3.2 保證構件標準，優(yōu)化抗震結構體系

民用建筑結構的抗震體系應在建筑功能用途、建筑高差、場地地基基礎、材料施工、設防烈度等因素的基礎上，運用經濟合理的手段進行選擇?？拐鸾Y構體系的設計內容包括以下內容：①對計算簡圖和地震傳遞途徑進行合理設計，確保建筑計算簡圖的明確和荷載傳遞的有效。②通過多道抗震防線的設置，避免因民用建筑部分損壞而造成的整體抗震性能下降，保證房屋的承載能力良好。③對結構提攜的剛度、強度、變形能力、耗能能力進行計算，確保其滿足應用需求。④進行民用建筑薄弱部位的優(yōu)化設計，避免荷載作用下的應力集中。⑤對結構體系中主軸方向的動力特點進行規(guī)范，確保其屬性相近。

結構體系的構件設計是民用建筑抗震結構設計的重要組成部分，其也是抗震體系良好性能發(fā)揮的重要保證。設計過程中，抗震結構構件應當選擇以下標準進行設計保證：①對鋼筋混凝土圈梁、構造柱、芯柱、組合砌體等進行設計優(yōu)化，保證抗震能力的有效提升；②對混凝土構建的尺寸、鋼筋、箍筋等進行計算、配置，在其中，剪切、混凝土壓潰、鋼筋錨固等都是重要的考慮內容；③為避免民用建筑局部構件或整體失穩(wěn)，應對其尺寸、連接方式進行設計保證，即在構件節(jié)點的強度高于連接構件強度的同時，預埋件錨固強度要高于連接件強度，并在節(jié)點核心區(qū)外進行預應力鋼筋的錨固；④對民用房的連接方式進行優(yōu)化，目前裝配式連接方式能有效的保證民用建筑結構的整體性。

3.3 合理進行民用建筑平面和立面的選擇

民用建筑的抗震性能明顯較弱，一旦受到地震災害影響，容易因外力的影響發(fā)生扭轉、應力集中和塑性變形；而規(guī)則化、對稱化、均勻化的建筑平立面布置是改善這一缺陷的有效方式。因此，在案進行平、立面設計時，應避免錯層設計的發(fā)生，同時，若條件合理，應采用防震縫進行結構抗震優(yōu)化。需要注意的是，若是民用建筑的結構相對比較負責，則應避免防震縫的設計，并且，一旦采用了防震縫應用，則應根據抗震烈度需求、材料種類、結構類型、等情況，將建筑分為規(guī)格合理的結構單元，保證伸縮縫、沉降縫能達到防震縫的應用要求。

3.4 進行稱重結構與主體結構的規(guī)劃

要防止地震的附加災害，減傷災害損失，進行稱重結構和整體結構的抗震設計至關重要。具體而言，設計人員應保證附屬結構構件與主體結構的有效連接和錨固，避免地震災害過程中對人、設備、財產的損壞；而圍護墻與隔離墻的設置關系到整體抗震性能，因此，應保證其連接的緊密性和嚴實性。譬如，設計中應確?？蚣軆鹊奶畛鋲εc房頂保持統(tǒng)一水平高度防止因短柱而造成的結構孤立等。

3.5 進行施工材料和質量的抗震設計

抗震材料的應用是確保民用建筑抗震性能良好的基礎保證。在進行抗震結構設計時，應遵照相關抗震要求，進行抗震材料的選擇與應用，并保證這些材料符合最低的抗震要求。譬如：泥土磚的強度要高于MUIO，而砌筑砂漿的強度要高于M5，混凝土小型切塊強度等級高于MU7.5等。只有充分保證這些材料的應用滿足抗震需求，才能確保其設計的合理化，進而實現(xiàn)建筑抗震性能的良好發(fā)揮。

4 結論

民用建筑的抗震結構設計是一個專業(yè)化程度較高，技術較強的系統(tǒng)過程。隨著人們對于防震要求的不斷增高，工程建設人員只有在保證明確抗震具體要求的基礎上，充分考慮民用建筑的結構特點，并針對性的做好場地選擇、地基保證、抗震結構體系優(yōu)化、平立面處理及材料等方面的規(guī)劃設計，才能保證民用建筑抗震結構設計的合理化，保證人們生活居住的安全穩(wěn)定。