抗震設(shè)計(jì)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李小燕

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)地震災(zāi)害發(fā)生愈加頻繁，汶川、玉樹(shù)特大地震災(zāi)害給我國(guó)帶來(lái)了嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。加強(qiáng)建筑工程抗震能力，是有效抵御地震災(zāi)害的重要舉措。隨著建筑設(shè)計(jì)水平的不斷提升，建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受到了更多的重視和關(guān)注，同時(shí)也是衡量一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的重要因素。鑒于此，本文對(duì)抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計(jì);房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，城市人口大幅度增加，對(duì)建筑住房數(shù)量有了更大的要求，造成高層建筑的大量建造，而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震也提出了更高的要求，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員充分重視結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。

1 抗震設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的“三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)”和為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所采取的“兩階段設(shè)計(jì)步驟”是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求。

1.1 三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)

第一水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用;

此處的低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度，就是指的50年內(nèi)超越概率約為63%的地震烈度，即“眾值”的烈度，比基本烈度約低一度半，規(guī)范取為第一水準(zhǔn)烈度，稱為“多遇地震”，即小震;

第二水準(zhǔn)：當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時(shí)，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用;

此處的相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度，就是指50年超越概率約10%的地震烈度，即1990中國(guó)地震區(qū)劃圖規(guī)定的“地震基本烈度”或中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖規(guī)定的峰值加速度所對(duì)應(yīng)的烈度，規(guī)范取為第二水準(zhǔn)烈度，稱為“設(shè)防地震”，即中震;

第三水準(zhǔn)：當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。

此處的高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度，就是指50年超越概率2%～3%的地震烈度，規(guī)范取為第三水準(zhǔn)烈度，稱為“罕遇地震”，就是所說(shuō)的大震，當(dāng)基本烈度6度時(shí)為7度強(qiáng)，7度時(shí)為8度強(qiáng)，8度時(shí)為9度弱，9度時(shí)為9度強(qiáng);

因此，我們可以根據(jù)地震的震級(jí)和烈度來(lái)判斷我們所設(shè)計(jì)的房屋在地震時(shí)到底是否滿足要求，也可以得知我們?cè)O(shè)計(jì)的房屋到底能抵抗多大的地震作用。

1.2 二階段設(shè)計(jì)方法

第一階段是承載力驗(yàn)算及彈性變形，取第一水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)（50年內(nèi)超越概率約為63%的地震烈度，即眾值烈度，比基本烈度約低一度半）計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，滿足在第一水準(zhǔn)下具有必要的承載力可靠度，又滿足第二水準(zhǔn)的損壞可修的目標(biāo)。

比如8度區(qū)普通民用建筑，我們平時(shí)在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，到底是如何做的呢，地震動(dòng)參數(shù)如何取值？

根據(jù)以上的講述，取第一水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)（50年內(nèi)超越概率約為63%的地震烈度，即眾值烈度，比基本烈度約低一度半）計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，也就是取比8度低1.5度即6.5度計(jì)算此8度區(qū)建筑來(lái)滿足小震不壞和中震可修，即滿足了前兩個(gè)水準(zhǔn)。但是具體在計(jì)算的時(shí)候是如何體現(xiàn)的呢？

眾所周知，水平地震作用計(jì)算，最重要的就是水平地震影響系數(shù)的取值，

而與水平地震影響系數(shù)關(guān)系最大的是水平地震影響系數(shù)最大值αmax，因此，規(guī)范對(duì)于不同烈度給出了三個(gè)水平地震影響系數(shù)最大值αmax，8度區(qū)0.2g對(duì)應(yīng)的水平地震影響系數(shù)最大值αmax分別為多遇地震（小震）0.16，設(shè)防地震（中震）0.45，罕遇地震（大震）0.90，而我們?cè)谟?jì)算8度區(qū)普通民用建筑的時(shí)候，地震動(dòng)參數(shù)是取第一水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)。

水平地震影響系數(shù)最大值αmax的取值就是對(duì)應(yīng)我們上文提到的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，也就是對(duì)應(yīng)眾值烈度、基本烈度、大震烈度，我們?cè)谄綍r(shí)普通項(xiàng)目的計(jì)算中，水平地震影響系數(shù)最大值αmax都是直接按照多遇地震取值，也就是一階段的設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn)。

對(duì)大多數(shù)的結(jié)構(gòu)，可只進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)，而通過(guò)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施來(lái)滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求.

第二階段設(shè)計(jì)是彈塑性變形驗(yàn)算。對(duì)有特殊要求的建筑、地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)以及有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗(yàn)算并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求。

2 水平地震作用計(jì)算

計(jì)算地震作用時(shí)，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和。

采用底部剪力法時(shí)，各樓層可僅取一個(gè)自由度，結(jié)構(gòu)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列公式確定

式中 ：FEk- 結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值;

a₁一相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值;

G_eq——結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)應(yīng)取總重力荷載代表值，多質(zhì)點(diǎn)可取總重力荷載代表值的85%;

建筑的重力荷載代表值（G_eq）應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值（D）和各可變荷載組合值（L）之和。也就是說(shuō)重力荷載代表值（G_eq）是由構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值（D）和各可變荷載組合值（L）組合而來(lái)的。

一般的框架結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值為G_eq=D+0.5L，可見(jiàn)自重（D）降低，重力荷載代表值G_eq也減小，從而結(jié)構(gòu)總水平作用（F_EK）減小。

綜上，結(jié)構(gòu)自重降低，吸收的水平地震力減小，更有益于結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。自重減低后不僅只利于結(jié)構(gòu)的抗震性能，而且降低了造價(jià);自重低后，荷載小從而彎矩小，進(jìn)一步節(jié)約了配筋、混凝土。鋼結(jié)構(gòu)體系抗震性能好的原因之一也是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)自重較輕。

3 抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 科學(xué)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)布局

建筑結(jié)構(gòu)布局的科學(xué)性與合理性對(duì)建筑工程抗震能力有著十分重要的影響，提倡平、立面簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱。建筑結(jié)構(gòu)布局平面、豎直面的規(guī)則性與剛度的均勻性是決定抗震能力的基礎(chǔ)和前提。為實(shí)現(xiàn)理想的抗震效果，建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)需要滿足以下兩方面的內(nèi)容：其一，建筑結(jié)構(gòu)布局中各構(gòu)件要盡量保持規(guī)則、對(duì)稱的布置方式，特別是建筑物質(zhì)量中心與剛度中心要保持重合。其二，結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，由此避免出現(xiàn)剛度突變和承載力的突變。

3.2 科學(xué)選擇建筑材料

建筑材料是建筑工程施工必不可少的基本要素，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)所考量的重要內(nèi)容。建筑材料對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有著重要影響，并直接作用到建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力上。因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員也要對(duì)建筑材料進(jìn)行科學(xué)全面的分析，結(jié)合建筑材料的性能及建筑結(jié)構(gòu)的差異合理選擇材料。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和焊接性較好的鋼筋;由于高強(qiáng)度混凝土具有脆性性質(zhì)，且隨強(qiáng)度等級(jí)提高而增加，現(xiàn)階段混凝土墻體的強(qiáng)度等級(jí)不宜超過(guò)C60。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于處于抗震設(shè)防區(qū)的所有建筑工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。

[2]GB 50011-2010（2016年版）建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。