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

文飛

（太原供水設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西太原 030009）

建筑是人們?nèi)粘Ｉ畹幕颈ＷC，無(wú)論是生活、工作還是學(xué)習(xí)都與住房密不可分，在這種環(huán)境下，建筑物本身的安全性和穩(wěn)定性顯得尤為重要，特別是在抗震設(shè)防區(qū)，必須注意抗震設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用，提高房屋建筑的抗震能力。近年來(lái)，隨著地震的多發(fā)，地震災(zāi)害對(duì)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，因此，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，認(rèn)真分析總結(jié)抗震設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，可以有效提高建筑的抗震性能[1]。

1 抗震對(duì)于房屋建筑的重要性

地震是相對(duì)危險(xiǎn)的自然災(zāi)害，發(fā)生的較為突然且具有嚴(yán)重后果，對(duì)房屋建設(shè)的影響相對(duì)較大，因?yàn)槠浒l(fā)展規(guī)律存在較大不確定性，因此在正常情況下人們?nèi)狈皶r(shí)的應(yīng)對(duì)措施，造成的損失較高，基于地震這些特征對(duì)建筑物造成的損壞是不言而喻的，故抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要。通過(guò)抗震設(shè)計(jì)可大大提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，如果發(fā)生小地震，就應(yīng)該確保建筑物不受損壞；如果發(fā)生中度地震，就應(yīng)該確保建筑物修復(fù)后繼續(xù)使用；如果發(fā)生大地震，就應(yīng)該保證建筑物不會(huì)倒塌。抗震設(shè)計(jì)可以有效減少地震災(zāi)害對(duì)建筑的影響，良好的抗震性能不僅可以減少地震破壞，而且還可以保護(hù)人們的生命。目前，地震災(zāi)害對(duì)人們的危害已逐漸引起人們重視，從近年來(lái)唐山地震到汶川地震，造成的破壞極為嚴(yán)重，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，針對(duì)城市的高層建筑項(xiàng)目越來(lái)越多，對(duì)于房屋建筑來(lái)說(shuō)，良好的抗震設(shè)計(jì)可以在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)確保建筑物的安全和人們的健康，將抗震設(shè)計(jì)貫穿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終，不僅可以有效提高建筑物的性能，還可以促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。

2 抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法

2.1 場(chǎng)地的選擇

我國(guó)人口眾多，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口不斷增加的情況下，也增加了對(duì)住房的需求，住房建設(shè)過(guò)程中不僅應(yīng)考慮區(qū)域經(jīng)濟(jì)條件，還應(yīng)考慮場(chǎng)地地質(zhì)條件，這些因素可能會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)整體安全性。發(fā)生地震時(shí)首先會(huì)破壞房屋建筑的地基，然后影響房屋上部結(jié)構(gòu)，因此房屋最基本的抗震設(shè)計(jì)是場(chǎng)地的穩(wěn)定，在場(chǎng)地選擇時(shí)應(yīng)先避開(kāi)危險(xiǎn)地段，包括容易發(fā)生滑坡和泥石流的地區(qū)，避免二次災(zāi)害對(duì)人們?cè)斐傻膰?yán)重生命和財(cái)產(chǎn)安全。如果必須在地震不利地段建造房屋，就需要加強(qiáng)抗震措施，這樣可以有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的抗震性能，減少對(duì)建筑物上部結(jié)構(gòu)的損壞。因此，選擇一個(gè)開(kāi)放、平坦且土質(zhì)良好的場(chǎng)地對(duì)建筑房屋的抗震性能會(huì)產(chǎn)生有利影響，抗震設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件，并以此為基礎(chǔ)，盡可能選擇有利場(chǎng)地，可以提高房屋的結(jié)構(gòu)抗震性能。

2.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作就是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。為了能夠使上部結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，必須做好地基處理工作，確保地基承載力及沉降能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求。同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的地基必須具有同一性質(zhì)，以確保地基基礎(chǔ)的整體性和穩(wěn)定性。建筑基礎(chǔ)的整體性能直接影響上部結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注重建筑物基礎(chǔ)的整體設(shè)計(jì)。建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)荷載、綜合考慮確定基礎(chǔ)形式和埋深。同時(shí)，應(yīng)盡可能加大基礎(chǔ)的剛度。例如，可以在獨(dú)立基礎(chǔ)或樁筏承臺(tái)間設(shè)置連系梁，確保結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的整體性，減少基礎(chǔ)間的沉降差，有效提高建筑物的抗震性能，如圖1 所示。

圖1 建筑地基抗震設(shè)計(jì)

2.3 結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度設(shè)計(jì)

建筑的側(cè)向剛度是結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載下的變形的能力。結(jié)構(gòu)剛度是設(shè)計(jì)時(shí)必須重視的環(huán)節(jié)，合理的剛度可以控制結(jié)構(gòu)的水平位移在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的抗震性能才可以得到充分的發(fā)揮。當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度不足時(shí)，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的位移偏大，尤其對(duì)于高層建筑，重力二階效應(yīng)的不利影響會(huì)呈非線(xiàn)性增長(zhǎng)，最終會(huì)影響建筑的質(zhì)量和穩(wěn)定性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型和施工具體要求，做好個(gè)性化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膭偠?，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使設(shè)計(jì)更加充分合理，例如在砌體結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)構(gòu)造柱和圈梁；高層建筑設(shè)計(jì)混合結(jié)構(gòu)，通過(guò)型鋼的使用有效發(fā)揮建筑物自身抗震性能，最大限度減少建筑位移帶來(lái)的危害，以提高建筑的安全性。

2.4 合理控制房屋的高度和寬度

隨著現(xiàn)代高層建筑越來(lái)越多，房屋高度的不斷提升對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)也越來(lái)越重要。發(fā)生地震時(shí)，會(huì)出現(xiàn)側(cè)移和傾翻等情況，結(jié)構(gòu)破壞和建筑高度密切相關(guān)。因此，在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證房屋的安全性和穩(wěn)定性，高層建筑的高度和寬度必須在控制合理的范圍內(nèi)。同時(shí)，為了保證建筑物的結(jié)構(gòu)抗震性能，應(yīng)嚴(yán)格控制砌體建筑物的數(shù)量和高度，這是無(wú)數(shù)地震災(zāi)害給我們的教訓(xùn)[3]。研究表明，樓層越多，高度越高，建筑物受到地震災(zāi)害的影響越大。因此，在設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范，合理控制建筑總高度和高寬比。

2.5 房屋結(jié)構(gòu)的平面及豎向設(shè)計(jì)

房屋結(jié)構(gòu)的平立面布置對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。合理布置結(jié)構(gòu)的平面及立面，可以在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下，大大提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。房屋結(jié)構(gòu)的平面應(yīng)該力求簡(jiǎn)單規(guī)則，橫向及縱向的抗側(cè)力構(gòu)件剛度要合理均勻，形成平面規(guī)則的建筑，避免形成結(jié)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則建筑。同時(shí)，房屋結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)力構(gòu)件也應(yīng)連續(xù)均勻，形成明確的豎向傳力體系，避免結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件剛度和承載力突變，形成豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免采用不規(guī)則形式，在平面及豎向不規(guī)則的部位，都應(yīng)采取加強(qiáng)措施。

2.6 縱橫向抗側(cè)力構(gòu)件布置

地震發(fā)生時(shí)，建筑各方向都會(huì)受到地震作用的影響。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)在兩個(gè)垂直方向的地震作用。兩個(gè)方向的抗側(cè)力構(gòu)件剛度宜相近且均應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。例如剪力墻結(jié)構(gòu)，橫向墻布置過(guò)多而縱向墻較少時(shí)，在地震作用下縱向墻體往往容易倒塌而使結(jié)構(gòu)倒塌。因此，嚴(yán)格按照規(guī)范相關(guān)規(guī)定合理設(shè)計(jì)布置縱橫向抗側(cè)力構(gòu)件對(duì)提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能十分重要。

2.7 結(jié)構(gòu)參數(shù)合理計(jì)算

地震災(zāi)難是自然災(zāi)害的一種常見(jiàn)類(lèi)型，地震發(fā)生時(shí)，會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生破壞，嚴(yán)重威脅人們生命和財(cái)產(chǎn)安全。地震災(zāi)難造成的破壞是巨大的，并且具有不可控制的因素。因此，做好抗震設(shè)計(jì)有助于減少損失，通過(guò)對(duì)近幾年地震災(zāi)害現(xiàn)象分析，相同的地震級(jí)別，不同的地區(qū)和不同類(lèi)型的建筑物將產(chǎn)生不同的影響，因此，有必要根據(jù)實(shí)際情況制定科學(xué)有效的抗震設(shè)計(jì)方案[4]?？拐鹪O(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理選取結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地震災(zāi)害的模擬測(cè)試，通過(guò)仿真過(guò)程分析地震造成的破壞，并合理計(jì)算破壞情況，以確保結(jié)構(gòu)參數(shù)可以處于合理狀態(tài)內(nèi)。

3 把握建筑本身的抗震性能

為了確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的充分發(fā)揮，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，除了確保建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠具有足夠的剛度和承載能力外，還應(yīng)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件有良好的延性[5]。這種具有良好延性的結(jié)構(gòu)，在大震下可以形成塑性鉸機(jī)制，能夠更好地耗散地震能量，減輕結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的脆性破壞。滿(mǎn)足行業(yè)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)配筋、破壞形式等抗震措施的要求，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱錨固等延性概念設(shè)計(jì)目標(biāo)，極大地改善建筑物抗震性能。

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于地震災(zāi)害對(duì)建筑物的破壞性，抗震設(shè)計(jì)是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，可以將地震帶來(lái)的人身傷害降到最低。在抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)建立多道抗震防線(xiàn)的結(jié)構(gòu)體系，確保建筑物的抗震性能，保證發(fā)生地震時(shí)建筑物的安全性和穩(wěn)定性，并減少自然災(zāi)害對(duì)建筑物造成的損失，有效保護(hù)地震發(fā)生期間人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全性。