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

王江

（中土大地國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求，使房屋抗震設(shè)計(jì)面臨著嚴(yán)峻發(fā)展局面。在傳統(tǒng)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式下，抗震設(shè)計(jì)存在諸多短板，不利于實(shí)現(xiàn)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，必須對(duì)抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究與分析。本文就此展開了探討。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性及基本原則

1.1 抗震設(shè)計(jì)的重要性

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高的背景下，科學(xué)有效實(shí)施房屋抗震設(shè)計(jì)，有助于滿足日益復(fù)雜的城市建筑規(guī)劃與建設(shè)需求，提高城市化發(fā)展水平與發(fā)展質(zhì)量，充分確保城市房屋建筑的整體安全性，全面保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。地震是一種具有超強(qiáng)破壞力的自然災(zāi)害，具有難以預(yù)料性、波及范圍廣、危害程度深等現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，若城市房屋建筑不具備理想的抗震效果，則勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的人身傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。盡管在現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的支持下，抗震設(shè)計(jì)水平得到了顯著提高，初步構(gòu)建形成了系統(tǒng)化、可視化、直觀化的設(shè)計(jì)模式，但由于缺乏現(xiàn)代理論指導(dǎo)及經(jīng)驗(yàn)參考，導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低[1]。同時(shí)，在城市房屋建筑日趨高層化的發(fā)展趨勢(shì)下，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性與針對(duì)性依舊有待提升。

1.2 基本原則

①簡(jiǎn)約化原則。根據(jù)相關(guān)研究表明，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的約束下，房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)約化可顯著提升抗震性能，在地震災(zāi)害中所受到的損毀程度則越低。在簡(jiǎn)約化原則要求下，抗震設(shè)計(jì)應(yīng)合理劃分應(yīng)力布局，使地震波能夠沿特定路徑進(jìn)行消解，弱化其力學(xué)傳遞效果；②整體性原則。任何一座房屋建筑都是一個(gè)微小單元，都是一個(gè)不可分割的整體，這就需要在抗震設(shè)計(jì)中遵循整體性原則，將整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)及抗震設(shè)計(jì)方案作為一個(gè)整體來(lái)對(duì)待，將地震波散發(fā)出的多余震動(dòng)予以緩解，提高構(gòu)件之間的相互作用力；③抵抗性原則。抗震設(shè)計(jì)的初衷在于被動(dòng)性地抵御地震帶來(lái)的危害，將地震波應(yīng)力誘發(fā)的損失降低最低，因此在抵抗性原則要求下，應(yīng)優(yōu)化抵抗力設(shè)置，合理配置抗震技術(shù)參數(shù)。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震技術(shù)的運(yùn)用

2.1 抗水平荷載應(yīng)用

抗水平荷載是現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，對(duì)于優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)效果至關(guān)重要。現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)所遭遇的水平方向荷載更為集中，如何對(duì)相對(duì)集中的應(yīng)力進(jìn)行消解，確保房屋建筑結(jié)構(gòu)水平方向的穩(wěn)定，一直以來(lái)都是抗震設(shè)計(jì)的重要方面之一。縱觀當(dāng)前抗水平荷載設(shè)計(jì)實(shí)際，普遍存在應(yīng)力分布失衡、抗震強(qiáng)度不足等問(wèn)題，不利于形成理想的抗水平荷載效果。為此，為有效優(yōu)化抗水平荷載設(shè)計(jì)層次，應(yīng)從多維度的設(shè)計(jì)層面出發(fā)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)代抗震材料的應(yīng)用，對(duì)荷載效果進(jìn)行模擬分析，得出相應(yīng)的抗水平荷載受力模型，并對(duì)模擬地震環(huán)境進(jìn)行記錄與分析，調(diào)整抗水平荷載設(shè)計(jì)參數(shù)，謀求最為符合房屋建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際的應(yīng)力平衡狀態(tài)，以形成理想的房屋結(jié)構(gòu)抗震效果[2]。

2.2 抗側(cè)剛度的應(yīng)用

抗側(cè)剛度同樣是抗震設(shè)計(jì)的重要方面。實(shí)踐表明，房屋結(jié)構(gòu)力學(xué)平衡與抗側(cè)剛度具有直接關(guān)聯(lián)，若房屋抗側(cè)力構(gòu)件較少，整體剛度較差，則其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)位移越大，因此必須對(duì)抗側(cè)剛度進(jìn)行科學(xué)控制與應(yīng)用。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為房屋抗震設(shè)計(jì)中的抗側(cè)剛度應(yīng)用提供了更為豐富的技術(shù)手段，使傳統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境下難以完成的抗側(cè)剛度設(shè)計(jì)任務(wù)具備了更大的可行性，因此應(yīng)在抗側(cè)剛度設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與約束條件的限制下，通過(guò)添加抗側(cè)剛度系數(shù)，對(duì)抗側(cè)剛度進(jìn)行定性與定量控制。部分情況下，地震波波及范圍極廣、突發(fā)性較強(qiáng)，而通過(guò)抗側(cè)剛度的設(shè)計(jì)則可對(duì)來(lái)自于縱向與橫向兩個(gè)方向的應(yīng)力進(jìn)行抵消，使房屋建筑墻基和地層之間的次序關(guān)系性更強(qiáng)。

2.3 延展性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

現(xiàn)代房屋建筑不僅在追求精細(xì)化的設(shè)計(jì)理念，而且在審美設(shè)計(jì)、綜合設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)出新的特點(diǎn)，使建筑結(jié)構(gòu)的模塊化趨勢(shì)凸顯，必須對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)成部分進(jìn)行有效銜接，方可形成良好的抗震設(shè)計(jì)效果。在此過(guò)程中，延展性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用極為關(guān)鍵，可對(duì)地震波的破壞力進(jìn)行有效擴(kuò)散，在延展性作用下，防止房屋建筑結(jié)構(gòu)的破損，使建筑結(jié)構(gòu)趨于一體化與整體化[3]。部分情況下，房屋建筑結(jié)構(gòu)在受到地震波作用時(shí)，會(huì)發(fā)生荷載中心偏離問(wèn)題，難以保持力學(xué)平衡狀態(tài)，而通過(guò)延展性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可完全避免上述問(wèn)題。在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)將延展性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用作為一項(xiàng)關(guān)鍵方面來(lái)對(duì)待，按照房屋建筑抗震等級(jí)設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化其受力狀態(tài)與荷載狀態(tài)。

2.4 材料抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代材料科學(xué)研究的日趨成熟，房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的材料選擇余地更為靈活，諸多新型化、輕型化、韌性化的抗震材料相繼問(wèn)世，并在抗震設(shè)計(jì)實(shí)踐中發(fā)揮重要作用。這就需要抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中合理選擇抗震材料，對(duì)各類不同的抗震材料變形能力、受力強(qiáng)度、材料剛度等進(jìn)行分析，使力學(xué)失衡狀態(tài)下依舊能夠保持良好的材料性能，減少豎向結(jié)構(gòu)不規(guī)則性，有效杜絕房屋結(jié)構(gòu)的瞬間倒塌。在材料抗震設(shè)計(jì)中，必須增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的質(zhì)量意識(shí)與創(chuàng)新意識(shí)，將現(xiàn)代化的材料抗震設(shè)計(jì)理念融入房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全過(guò)程，摒棄傳統(tǒng)保守陳舊的材料抗震設(shè)計(jì)理念，突破僵化固化抗震設(shè)計(jì)方法與模式的桎梏，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)對(duì)地震應(yīng)力的抵抗效果[4]。

2.5 依據(jù)抗震標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范建筑物的高度與寬度

在當(dāng)前技術(shù)條件約束下，房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震標(biāo)準(zhǔn)更加細(xì)化，所起到的導(dǎo)向性作用更加明確，為不同房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了基本遵循與規(guī)范參照。因此，應(yīng)更具房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，根據(jù)抗震等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格規(guī)范建筑物的高度與寬度，防止因高度參數(shù)與寬度參數(shù)設(shè)置不當(dāng)而造成的建筑結(jié)構(gòu)失衡失穩(wěn)。通常而言，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)在高度與寬度指標(biāo)方面具有協(xié)同性，往往呈正相關(guān)關(guān)系，因此應(yīng)對(duì)二者進(jìn)行同步優(yōu)化，嚴(yán)格控制建筑物的高度、寬度比例。在寬度與高度設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)設(shè)定后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)校核，只有全面通過(guò)符合校驗(yàn)后，方可確保建筑物剛度符合抗震性要求。

3 優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)效果的有效方法與措施探討

3.1 充分重視抗震設(shè)計(jì)工作

近年來(lái)，因房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷而導(dǎo)致的構(gòu)筑物失衡問(wèn)題頻頻見諸報(bào)端，究其原因主要由于漠視抗震設(shè)計(jì)而造成的。任何漠視抗震設(shè)計(jì)的行為，均將難以起到理想的抗震設(shè)計(jì)效果，無(wú)法使房屋建筑結(jié)構(gòu)在地震波作用下保持受力恒定狀態(tài)。因此，應(yīng)高度重視房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，將抗震設(shè)計(jì)納入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全過(guò)程，融入新型抗震設(shè)計(jì)理念，使房屋建筑形成可靠的抗震設(shè)計(jì)安全烈度。在此過(guò)程中，應(yīng)對(duì)房屋建筑所處地理環(huán)境與地質(zhì)條件進(jìn)行全面勘探，運(yùn)用特定地震預(yù)測(cè)設(shè)備與手段，有目的性地優(yōu)化建筑物的剛度和質(zhì)量，避免共振現(xiàn)象[5]。

3.2 嚴(yán)格設(shè)定抗震等級(jí)

在房屋建筑抗震設(shè)計(jì)實(shí)踐中，為了取得理想的抗震設(shè)計(jì)效果，往往使實(shí)際設(shè)計(jì)的抗震等級(jí)超出標(biāo)準(zhǔn)抗震等級(jí)?，F(xiàn)行的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是相關(guān)部門根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求、基礎(chǔ)理論方法、抗震設(shè)計(jì)方法等多方面要素綜合形成的，需要根據(jù)不同地域、不同環(huán)境及不同建筑物種類的客觀實(shí)際條件，嚴(yán)格設(shè)定抗震等級(jí)。要通過(guò)對(duì)地震資料數(shù)據(jù)的調(diào)查分析，安排周期性地震的表象特征，在特定抗震有效期內(nèi)，鞏固與提高房屋建筑抗震水平，使抗震等級(jí)的設(shè)定具有事實(shí)依據(jù)，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震要求，適應(yīng)地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 設(shè)計(jì)多重抗震防線

房屋建筑結(jié)構(gòu)的多重抗震防線可形成多重安全屏障，在地震環(huán)境下全面確保人們生命財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)此，在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇延展性更好的材料，在地震波作用下依舊維持力學(xué)平衡狀態(tài)，增強(qiáng)房屋對(duì)于各種災(zāi)害的抵抗能力，使抗震防線在地震過(guò)程中對(duì)房屋建筑形成良好保護(hù)。應(yīng)科學(xué)選擇房屋建筑的結(jié)構(gòu)體系，注重分析與控制地震波的傳遞路線，有效計(jì)算建筑的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)地震災(zāi)害進(jìn)行模擬，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出抗震防線優(yōu)化結(jié)果，形成“以力承載，延性基點(diǎn)”的體系性結(jié)構(gòu)構(gòu)造模式，杜絕建筑扭曲度過(guò)高。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵地位愈發(fā)突出，只有精準(zhǔn)把握建筑抗震設(shè)計(jì)的核心要素，科學(xué)運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，才能全面提升抗震設(shè)計(jì)的整體穩(wěn)定性，以充分確保房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)密切關(guān)注房屋抗震設(shè)計(jì)的最新發(fā)展動(dòng)向與發(fā)展趨勢(shì)，不斷總結(jié)抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為促進(jìn)房屋建筑設(shè)計(jì)整體效果貢獻(xiàn)力量。