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

張 鑫 天津市海順交通工程設(shè)計(jì)有限公司遼寧分公司高級(jí)工程師

周光禹 沈陽(yáng)城市學(xué)院

高 蕉 沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院

隨著居民生活水平的提升，對(duì)建筑工程的質(zhì)量及安全性提出了更高的要求，建筑工程的質(zhì)量受到了更多人的重視。在房屋建筑工程中，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系著整個(gè)建筑的質(zhì)量。在對(duì)房屋建筑進(jìn)行規(guī)劃階段，設(shè)計(jì)人員要對(duì)其建設(shè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃，這對(duì)于提高房屋建筑工程施工效率，保證施工安全性而言極其重要。

我國(guó)建筑行業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中還存在較多的問(wèn)題，這就要求設(shè)計(jì)人員從多方面出發(fā)，對(duì)房屋建筑工程設(shè)計(jì)及實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化，在不斷的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，并吸取經(jīng)驗(yàn)，將其作為促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)依據(jù)。各房屋建筑工程建設(shè)單位應(yīng)重視消費(fèi)者的個(gè)性化需求，立足房屋建筑功能，對(duì)其進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化房屋建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)設(shè)計(jì)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)的重要性

地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，由于受到地震波的強(qiáng)烈沖擊，地面隨之發(fā)生極其猛烈的搖晃，此時(shí)如果房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)低于地震波的強(qiáng)度等級(jí)，那么房屋建筑就會(huì)出現(xiàn)整體或者局部坍塌，對(duì)居民的生命安全及財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，嚴(yán)重的會(huì)給國(guó)家經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失。因此，房屋建筑設(shè)計(jì)人員要充分認(rèn)識(shí)到地震災(zāi)害造成的影響，充分認(rèn)識(shí)到抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑設(shè)計(jì)中的重要性，高度重視房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)[1]。

城市經(jīng)濟(jì)水平的快速提升也在很大程度上促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展，房屋建筑的數(shù)量在逐年增多，規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大，因此設(shè)計(jì)人員要對(duì)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行創(chuàng)新，從整體上提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，進(jìn)一步增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)建筑物的抗震性能進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)一步提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需要遵循的原則

2.1 整體性原則

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)是尤其重要的一項(xiàng)內(nèi)容，而且抗震設(shè)計(jì)還是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中要充分結(jié)合情況，對(duì)房屋建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃和布局[2]。由于房屋建筑的抗震性作用于建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要從整體視角進(jìn)行分析，并對(duì)影響抗震設(shè)計(jì)的因素進(jìn)行綜合分析，尤其要進(jìn)一步明確每一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用，通過(guò)逐步優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)情況，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)調(diào)性，提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性能。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員首先要明確每一個(gè)結(jié)構(gòu)部位的力學(xué)特征，然后根據(jù)房屋建筑所處的位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。通過(guò)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足抗震設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，從總體上提高抗震設(shè)計(jì)的水平，提高房屋建筑的安全性。

2.2 簡(jiǎn)化原則

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員首先要明確房屋建筑抗震性能與其結(jié)構(gòu)形式之間的密切關(guān)系。一般情況下，房屋建筑結(jié)構(gòu)的形式越簡(jiǎn)單，整個(gè)建筑的抗震性越強(qiáng)。對(duì)一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的房屋建筑，需要根據(jù)力學(xué)計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步確定其抗震性能，也可以通過(guò)力學(xué)對(duì)整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)的平衡性進(jìn)行控制。因此，有效簡(jiǎn)化房屋建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠在很大程度上提高房屋建筑的抗震性能。通過(guò)簡(jiǎn)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠不同程度地減少地震對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)造成的影響，對(duì)保證房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性而言非常重要。

2.3 抵抗性原則

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)水平的高低在很大程度上直接決定著地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)所造成的影響。設(shè)計(jì)人員在具體的設(shè)計(jì)工作中要高度重視抗震設(shè)計(jì)，尤其要重點(diǎn)關(guān)注房屋建筑結(jié)構(gòu)的抵抗性，在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，從整體上提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，為房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性與穩(wěn)定性做好保障[3]。為了進(jìn)一步增強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的抵抗性，最大程度降低地震災(zāi)害對(duì)建筑房屋結(jié)構(gòu)造成的影響，設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)具體要求保證房屋建筑結(jié)構(gòu)各部件受力的均衡性，從多方面增強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 房屋建筑的選址

房屋建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)過(guò)程中，房屋建筑建設(shè)地址的選擇至關(guān)重要。合理的選址能夠在很大程度上降低地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑造成的破壞性影響。不同結(jié)構(gòu)和土體對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)所造成的影響也存在明顯的差異，在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員首先要對(duì)土體的性能進(jìn)行優(yōu)化，減少土體性能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體造成的影響，避免房屋建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形等現(xiàn)象。

相關(guān)管理人員在選擇房屋建筑的建設(shè)地址時(shí)，要對(duì)區(qū)域內(nèi)的地震能量情況進(jìn)行檢測(cè)，盡可能選擇已經(jīng)釋放過(guò)地震能量的區(qū)域。同時(shí)，為了保證土體質(zhì)量，應(yīng)盡量選擇地勢(shì)平坦的區(qū)域，如果由于受到多種因素的影響而不能有效規(guī)避軟土質(zhì)區(qū)域，則設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分發(fā)揮出自身職責(zé)，利用自身所具備的專業(yè)性優(yōu)勢(shì)，采用有效方式對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，然后根據(jù)房屋建筑工程的抗震級(jí)別及整個(gè)房屋建筑工程的具體情況選擇一些有效、可行性較強(qiáng)的加固措施，進(jìn)一步降低地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)造成的威脅。

3.2 抗震等級(jí)的設(shè)定

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員首先要準(zhǔn)確地設(shè)定抗震等級(jí)?；炷两Y(jié)構(gòu)抗震等級(jí)設(shè)定如表1所示。為了進(jìn)一步提高房屋建筑的抗震能力，降低地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞程度，為房屋建筑結(jié)構(gòu)整體安全性做好保障，設(shè)計(jì)人員還要加強(qiáng)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的管理。首先要保證房屋建筑設(shè)計(jì)的抗震等級(jí)高于當(dāng)?shù)乜拐鸬燃?jí)，準(zhǔn)確設(shè)定抗震等級(jí)后就能夠有效避免常規(guī)地震條件下房屋建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的坍塌現(xiàn)象，同時(shí)還能夠提高房屋建筑的抗震能力，為居民安全逃生爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間[4]。其次要根據(jù)所確定的地震等級(jí)進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案保證其科學(xué)性和合理性。在具體的工作中，設(shè)計(jì)人員還要與其他相關(guān)部門進(jìn)行積極的溝通與聯(lián)系，結(jié)合多方面的資料，明確當(dāng)?shù)貧v史地震的等級(jí)，并將此作為本次設(shè)計(jì)參考的依據(jù)，進(jìn)一步確定本項(xiàng)目房屋建筑抗震等級(jí)。最后還要重視地震周期因素，適當(dāng)提高房屋建筑的設(shè)計(jì)等級(jí)，以有效避免發(fā)生地震時(shí)房屋建筑抗震性能降低等現(xiàn)象發(fā)生，這對(duì)提高房屋建筑總體安全性非常重要。

表1 混凝土結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)設(shè)定

3.3 通過(guò)優(yōu)化布局削弱地震的能量

在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)時(shí)，為了能夠進(jìn)一步降低地震對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)造成的影響，最為常用、也是最為重要的措施之一就是盡可能地削弱地震的能量。而要想滿足這一條件，最大程度地減輕地震所造成的危害，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格按照抗震等級(jí)進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。為從總體上提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員要盡可能規(guī)避發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)造成的建筑物位移等現(xiàn)象[5]。設(shè)計(jì)人員要想進(jìn)一步削弱地震的能量作用，就要對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)分析，并采用多種方式對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的布局進(jìn)行優(yōu)化，以減輕地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)造成的影響。在此過(guò)程中，需要用到定量分析。

對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要注意變形縫和沉降縫的設(shè)置。對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)的變形縫，應(yīng)充分考慮溫度變化對(duì)伸縮縫造成的影響。一般情況下，當(dāng)溫度出現(xiàn)不斷變化時(shí)，房屋建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)由于受到熱脹冷縮因素的影響而出現(xiàn)變形，導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度出現(xiàn)了變化。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)設(shè)置防震縫對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分優(yōu)化。例如，可以將房屋建筑結(jié)構(gòu)劃分多個(gè)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元，將防震縫的寬度控制在7.00 cm 以上，在房屋建筑砌體中，將其寬度控制在5.00 cm 以上。

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了變形縫還會(huì)有沉降縫，對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)而言，沉降縫是增強(qiáng)其穩(wěn)定性與承載力的重要結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合具體情況合理選擇平面的轉(zhuǎn)折位置，同時(shí)還要對(duì)房屋的交接處進(jìn)行合理設(shè)置，這些都能夠在很大程度上規(guī)避房屋建筑結(jié)構(gòu)地基出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象[6]。此外，設(shè)計(jì)人員還要重視沉降縫的設(shè)計(jì)，如房屋建筑結(jié)構(gòu)沉降縫之間的間距應(yīng)控制在15.0～25.0 m。

由于在具體的施工過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重點(diǎn)考慮施工區(qū)域土質(zhì)因素對(duì)建筑物承載力造成的影響，明確相關(guān)的驗(yàn)證公式，采用科學(xué)的方式對(duì)建筑物的承載力進(jìn)行估算，保證設(shè)計(jì)方案與實(shí)際情況相一致。

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，如果由于受到一些因素的影響導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的地震災(zāi)害，那么建筑物受影響最為明顯的部位就是抗震墻，其在受到地震作用的影響后會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫，對(duì)于一些裂縫比較嚴(yán)重的情況還會(huì)引發(fā)建筑物倒塌等危險(xiǎn)事故。因此，在建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中，抗震墻的設(shè)計(jì)極其重要。對(duì)于建筑物而言，墻體設(shè)計(jì)方面需要滿足抗震性能的相關(guān)要求，設(shè)計(jì)人員可以采用一些精細(xì)化的設(shè)計(jì)方案。例如，在對(duì)墻體進(jìn)行橫向設(shè)計(jì)時(shí)，要始終堅(jiān)持均勻性原則，當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，墻體不容易發(fā)生橫向位移；對(duì)墻體進(jìn)行縱向設(shè)計(jì)時(shí)，為了更好地抵御災(zāi)害造成的影響，設(shè)計(jì)人員要盡可能規(guī)避墻體豎向裂縫。將縱向設(shè)計(jì)和橫向設(shè)計(jì)進(jìn)行有效結(jié)合，才能夠從根本上減輕地震災(zāi)害對(duì)建筑物造成的影響，還能較好地提高建筑結(jié)構(gòu)墻體的承載力。

一般情況下，建筑物墻體的數(shù)量在很大程度上決定著建筑物的剛度，當(dāng)建筑物墻體的數(shù)量未能滿足建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的剛度減小，建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大程度的位移，使得建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力減弱。因此，在抗震墻設(shè)計(jì)和布局過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要注意充分發(fā)揮出抗震墻的功能。

3.4 提高房屋建筑的剛度

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員還要結(jié)合具體情況滿足居民的個(gè)性化需求，并采取有效的措施，在保證房屋建筑結(jié)構(gòu)整體性能的基礎(chǔ)上提高其剛度。要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以從4 方面進(jìn)行。一是加強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土應(yīng)用的管理。鋼筋混凝土是房屋建筑、工程建設(shè)過(guò)程中極其重要的原材料之一，也是保證房屋建筑工程順利施工的重要基礎(chǔ)。其強(qiáng)度和硬度都比較高，經(jīng)濟(jì)性比較好，價(jià)格適中。二是選擇增設(shè)一些鋼鐵結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要重視房屋建筑高度比和樁距控制。一般情況下，房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的高寬比、樁距等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和有效性。三是設(shè)計(jì)人員要考慮房屋建筑結(jié)構(gòu)的類別。在此過(guò)程中，需要與非抗震設(shè)計(jì)等級(jí)、抗震設(shè)防烈度等進(jìn)行有效結(jié)合，保證所選擇的高寬比控制標(biāo)準(zhǔn)的合理性。例如，某房屋建筑工程中，非抗震設(shè)計(jì)水平為5，抗震設(shè)防烈度為8，此結(jié)構(gòu)屬于框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員要將結(jié)構(gòu)高寬比控制在3 以下，而如果此房屋建筑結(jié)構(gòu)為框架與剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員就要將結(jié)構(gòu)的高寬比控制在5 以下。四是在對(duì)房屋建筑高寬比進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要綜合考慮各個(gè)方向最小的投影寬度，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦黾幼钚⊥队皩挾龋M(jìn)一步減小房屋建筑的寬度。此外，設(shè)計(jì)人員也可以根據(jù)房屋建筑結(jié)構(gòu)的宏觀體型對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，對(duì)各軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化組合，最終確定樁距下限的基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)及施工現(xiàn)場(chǎng)其他因素對(duì)樁距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑行業(yè)設(shè)計(jì)人員在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中要科學(xué)利用防震設(shè)計(jì)，在保證房屋建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上，從多個(gè)方面提高房屋建筑整體的抗震性能。在設(shè)計(jì)應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中要遵循相應(yīng)的原則，尤其要對(duì)一些細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行合理把控，降低地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞性影響，為居民的生命及財(cái)產(chǎn)安全提供保障。