抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

張 均 孫棟梁

（余姚市綠城建筑設(shè)計(jì)有限公司 浙江省寧波市 315400）

1 房屋結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)原則

為了取得良好的抗震性能，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確在抗震性能設(shè)計(jì)中的幾條原則，為房屋建筑取得良好的抗震效果提供有利條件。

1.1 簡(jiǎn)化原則

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)形式越簡(jiǎn)單，房屋建筑的抗震性越強(qiáng)。相較于復(fù)雜的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，越簡(jiǎn)單的房屋結(jié)構(gòu)其力學(xué)計(jì)算的準(zhǔn)確性越高，從而實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)平衡性的控制力度，有效簡(jiǎn)化房屋抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高房屋建筑抗震性能。除此以外，簡(jiǎn)單的房屋設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)還可以大幅減少地震作用力對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的破壞，有效提高房屋建筑對(duì)建筑地震作用力的承受能力，全面提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

1.2 整體性原則

在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該立足于整體進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于房屋建筑的抗震性概念是作用于建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中，因此設(shè)計(jì)者在進(jìn)行抗震性設(shè)計(jì)時(shí)，需要從整體出發(fā)，科學(xué)全面的考慮各種因素對(duì)抗震性的影響，增強(qiáng)不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)調(diào)性，從而有效加強(qiáng)房屋結(jié)構(gòu)的抗震性。另外，設(shè)計(jì)者還應(yīng)該注意明確不同部位的力學(xué)特征，結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化完善房屋整體結(jié)構(gòu)的抗震性，確保房屋建筑在滿足多種功能要求的前提下，保證房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、整體性，為保護(hù)居民生命財(cái)產(chǎn)提供保護(hù)。

1.3 抵抗性原則

為了確保房屋結(jié)構(gòu)在受到地震作用力時(shí)，依然可以保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)房屋抗震結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該著重注意對(duì)房屋結(jié)構(gòu)抵抗性的設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。為了確保房屋結(jié)構(gòu)抵抗性達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，設(shè)計(jì)者應(yīng)該先預(yù)測(cè)理想的抵抗性效果，之后以此為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保房屋結(jié)構(gòu)可以在受到地震破壞時(shí)，受到的損失最小。同時(shí)設(shè)計(jì)者還應(yīng)該注意嚴(yán)格控制抵抗力，保證房屋結(jié)構(gòu)受力平衡，進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2 抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

2.1 設(shè)定抗震等級(jí)

為保證房屋抗震功能穩(wěn)定有效，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意，在進(jìn)行房屋抗震等級(jí)時(shí)，必須確保房屋抗震等級(jí)必須高于地區(qū)抗震等級(jí)，這種等級(jí)劃分，主要是為了避免在常規(guī)地震條件下房屋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模坍塌現(xiàn)象，同時(shí)提高在地震等級(jí)異常情況下小幅房屋抗震能力，為居民逃生贏得時(shí)間。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)該著重注意依據(jù)抗震等級(jí)進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為此，相關(guān)單位應(yīng)該依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，通過(guò)借助當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)勘查部門以及查閱當(dāng)?shù)貧v史地震等級(jí)記錄來(lái)確定當(dāng)?shù)氐卣鸬燃?jí)。除此以外，設(shè)計(jì)者在確定當(dāng)?shù)氐卣鸬燃?jí)時(shí)，還應(yīng)該重視地震周期，避免房屋建筑在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后性能下降時(shí)遭遇地震，一旦出現(xiàn)這種情況，會(huì)給當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的損失。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)地震周期進(jìn)行調(diào)整，確保房屋抗震性能在地震周期內(nèi)可靠性有保證。

2.2 加強(qiáng)審核設(shè)計(jì)質(zhì)量

鑒于在房屋抗震設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，以及可能存在的條件限制，在設(shè)計(jì)者初次進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)極有可能出現(xiàn)抗震性無(wú)法滿足實(shí)際需求的問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)者為了避免出現(xiàn)條件限制，會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以滿足抗震性能要求，但是調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)又會(huì)對(duì)抗震等級(jí)產(chǎn)生影響。所以設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該依據(jù)實(shí)際要求對(duì)設(shè)計(jì)初稿進(jìn)行復(fù)核，如果發(fā)現(xiàn)抗震性能由不符合實(shí)際需求時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析設(shè)計(jì)方案中的缺陷在哪，并采取針對(duì)性措施進(jìn)行調(diào)整，確保房屋建筑抗震性能符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。

3 抗震結(jié)構(gòu)實(shí)例分析

經(jīng)過(guò)實(shí)踐與總結(jié)，有業(yè)內(nèi)人士發(fā)現(xiàn)常用的抗震結(jié)構(gòu)主要有三種，即剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)及框剪結(jié)構(gòu)。接下來(lái)本文將結(jié)合實(shí)例分析以上三種抗震結(jié)構(gòu)性能以及其應(yīng)用范圍。

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)

作為當(dāng)前階段最常見的抗震架構(gòu)，剪力墻一般用于高層及超高層建筑中，起著提高建筑上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)上部結(jié)構(gòu)在地震中坍塌的速度，為上層居民爭(zhēng)取寶貴的逃生時(shí)間，對(duì)提高高層及超高層建筑抗震性具有重大意義。圖1即剪力墻架構(gòu)，我們可以看出其力學(xué)特點(diǎn)屬于鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu)，可以有效提高墻板對(duì)因力產(chǎn)生荷載的支撐力度。其支撐原理屬于水平力原理，詳細(xì)來(lái)講就是墻體會(huì)連接建筑梁柱提供良好的支撐力，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)會(huì)受外力影響，不斷變化，確保整體建筑結(jié)構(gòu)始終處于自穩(wěn)定狀態(tài)，有效提高高層以及超高層建筑的抗震性，所以輕微地震很難對(duì)高層及超高層建筑產(chǎn)生較大影響，這也是該結(jié)構(gòu)抗震性良好的佐證。但是需要注意的一點(diǎn)是，如果外力過(guò)大，建筑的自穩(wěn)狀態(tài)會(huì)被打破。鑒于上剪力墻作為豎向承重構(gòu)件，其剛度比較大，所以在承受結(jié)構(gòu)側(cè)向力方面發(fā)揮的作用比較大，而在受力時(shí)，剪力墻往往不會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)在剪力墻應(yīng)用于高層建筑時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該注意把剪力墻布置在底框結(jié)構(gòu)中。

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)

3.2 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是上述三種常用抗震結(jié)構(gòu)中面積最大的一種抗震結(jié)構(gòu)，它在自身具備良好抗震性的同時(shí)，還可以與之前所說(shuō)的剪力墻進(jìn)行組合形成框剪結(jié)構(gòu)。梁、柱是框架結(jié)構(gòu)的主要組成部件，在進(jìn)行該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者會(huì)將梁、柱會(huì)依據(jù)建筑受力特點(diǎn)進(jìn)行布置，形成水平力，通過(guò)不同的梁、柱與地基結(jié)合產(chǎn)生的相互作用，可以有效提高梁、柱的穩(wěn)定性，確保地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的作用力會(huì)被分?jǐn)偟?、每一個(gè)梁、柱上，從而大幅提升建筑抗震性，避免因局部倒塌引起全面倒塌的情況出現(xiàn)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)同樣適用于高層與超高層建筑中，相較于剪力墻結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于可以貫穿整體，為建筑整體提供抗震力，切實(shí)提高高層建筑居民的安全性。

3.3 框剪結(jié)構(gòu)

框剪結(jié)構(gòu)，就是我們上文所述剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合所形成的組合抗震結(jié)構(gòu)?？蚣艚Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于有效融合了剪力墻結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使其具備更優(yōu)異的抗震表現(xiàn)?？蚣艚Y(jié)構(gòu)的主要組成形式是由75%左右的框架結(jié)構(gòu)形成主體，之后在框架內(nèi)布置剩余25%左右的剪力墻結(jié)構(gòu)，并且確保剪力墻與部分重點(diǎn)的承重梁、柱相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)框剪結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)承重梁、柱在承受地震作用力時(shí)，可以先有框架結(jié)構(gòu)吸收，之后在分?jǐn)偨o框剪結(jié)構(gòu)中的其他梁、柱，而剪力墻結(jié)構(gòu)可以在依靠其自穩(wěn)特點(diǎn)，抵消分?jǐn)倎?lái)的作用力，從而有效提高建筑的抗震性，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，該結(jié)構(gòu)具有良好的應(yīng)用性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，房屋的抗震性在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要地位，因此業(yè)界應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)房屋抗震性提高的研究，全面提高房屋抗震性能，切實(shí)保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全。經(jīng)過(guò)分析，我們可以得出結(jié)論，抗震設(shè)計(jì)的主要目的降低房屋在地震中倒塌的幾率，延長(zhǎng)倒塌時(shí)間，因此設(shè)計(jì)者應(yīng)該明確抗震設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)化性、整體性、抵抗性原則，注重設(shè)定合理的抗震等級(jí)以及圖紙復(fù)查工作，靈活運(yùn)用上述三種抗震結(jié)構(gòu)，全面加強(qiáng)房屋抗震性能，為保障人民生命財(cái)產(chǎn)提供有力保障。