房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計探討

何汝林

（赤水市宏杰建筑規(guī)劃設(shè)計有限公司，貴州赤水 564700）

0 引言

受地震災(zāi)害的影響，不少房屋建筑工程易發(fā)生變形、塌陷等問題，這些問題不僅制約了房屋建筑健康可持續(xù)發(fā)展，同時對人們的生產(chǎn)生活也帶來了致命的影響，而導(dǎo)致少房屋建筑工程在地震作用下發(fā)生變形、塌陷等問題的根本原因為設(shè)計人員對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計重視度不足或未規(guī)范做好建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，這樣便會導(dǎo)致房屋建筑很容易被地震災(zāi)害摧毀。為解決上述問題，就需要設(shè)計人員高度重視建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，并全面做好建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，才能提高建筑結(jié)構(gòu)及建筑整體的穩(wěn)定性和抗震性能，從而才能使其免受地震災(zāi)害的影響或最大限度降低地震災(zāi)害對房屋建筑造成的損害。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計的重要性

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，做好抗震設(shè)計具有非常重要的意義，首先，做好抗震設(shè)計能提高房屋建筑工程抗震能力，不少房屋建筑工程不注重抗震設(shè)計或抗震設(shè)計不當(dāng)，易導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)剛度不足，工程結(jié)構(gòu)剛度不足不僅易導(dǎo)致房屋建筑發(fā)生變形，嚴(yán)重時還易發(fā)生塌陷，而合理進行工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，可促進工程結(jié)構(gòu)整體剛度增加，從而能提高工程的抗震能力。其次，做好抗震設(shè)計能最大限度地降低地震對房屋建筑體造成的損害，合理進行房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計可顯著提升工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性又直接決定了房屋建筑體的穩(wěn)定性，房屋建筑體穩(wěn)定性提升，便能促進其抗地震能力增強，因此，做好抗震設(shè)計還能將地震對房屋建筑體造成的損害降至最低，這樣不僅能削弱地震災(zāi)害對社會的不利影響，還能保障廣大人民的生命財產(chǎn)安全[1]。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計原則

2.1 合理性原則

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，設(shè)計人員需遵循合理性原則，通過綜合考量和分析建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)、受體情況及連接部位等情況對結(jié)構(gòu)布局進行合理設(shè)計，并對建筑結(jié)構(gòu)性能參數(shù)進行合理規(guī)劃和調(diào)整，才能促進建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量顯著提升。在結(jié)構(gòu)布局設(shè)計過程中，還需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的整體特點找出建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下可能發(fā)生形變或位移的部位，并分析這些結(jié)構(gòu)部位發(fā)生形變的原因，然后，優(yōu)化和調(diào)整現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)布局，才能促進整個結(jié)構(gòu)布局受力平衡，從而能顯著提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能[2]。

2.2 簡單化原則

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和抗震設(shè)計過程中，設(shè)計人員還需遵循簡單化設(shè)計原則，原因在于相比于復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)體系，簡單的工程結(jié)構(gòu)體系不僅能顯著增加結(jié)構(gòu)力學(xué)計算的準(zhǔn)確性，從而能提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確性和提高建筑形體設(shè)計的規(guī)則性，提高建筑形體設(shè)計的規(guī)則性又能弱化地震作用對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力學(xué)傳導(dǎo)效果，從而能降低地震作用對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負(fù)面影響。因此，設(shè)計人員應(yīng)盡可能簡單地設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)形式，盡可能設(shè)計出直接的地震作用傳遞途徑。

2.3 抵抗性原則

為全面提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能，進行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和抗震設(shè)計前，設(shè)計人員還需建立完整的抗震體系模型，根據(jù)抗震體系模型全方位分析和考慮建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計要素，并利用抗震體系模型分析建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程中可能受到的不良影響，然后，充分發(fā)揮抗震體系模型的指導(dǎo)和預(yù)測作用做好相關(guān)的抵抗性設(shè)計，才能顯著提高建筑結(jié)構(gòu)體系力學(xué)的平衡性效果，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能[3]。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計方法

3.1 合理選擇房屋建筑場地

合理選擇房屋建筑場地是房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步，為提高房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計質(zhì)量，首先，需盡可能將場地選擇在地基土質(zhì)柔軟地區(qū)或地震高發(fā)地區(qū)，若無法避免，需對地基進行加固和防震處理，以全面提升房屋建筑地基穩(wěn)定性，才能提高建筑體的抗震能力。其次，還需選擇地勢平坦、開闊，且地質(zhì)土堅硬的地區(qū)作為房屋建筑場地，原因為選擇地質(zhì)土堅硬的地區(qū)進行房屋建設(shè)，可避免或減輕地基受地震影響而發(fā)生沉降或移動。最后，需盡量避免在易發(fā)泥石流和山體滑坡地段進行房屋建設(shè)，這些地段土質(zhì)疏松，在地震強烈的震動下極易發(fā)生沉降或變形，且還易受到地震的二次災(zāi)害損傷。

3.2 嚴(yán)格做好房屋建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計

房屋建筑地基和基礎(chǔ)的強度和剛度對房屋建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性具有直接的影響，而房屋建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性又會影響房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此，要做好房屋建筑的抗震設(shè)計，就需要設(shè)計人員嚴(yán)格做好房屋建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計，首先，要確保房屋建筑結(jié)構(gòu)和地基性質(zhì)保持一致，其次，需按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)控制房屋建筑基礎(chǔ)填埋深度，以免地基填埋深度過淺而導(dǎo)致房屋建筑嵌固不足，這樣能有效提高房屋建筑對地震災(zāi)害的抵抗能力。另外，由于大部分房屋建筑結(jié)構(gòu)包含基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)兩部分，在設(shè)計過程中，設(shè)計人員需避免將內(nèi)外交圈的基礎(chǔ)圈梁設(shè)置在基礎(chǔ)室外的地坪下，并在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與房屋建筑上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置構(gòu)造柱，以促進基礎(chǔ)圈梁和房屋上部結(jié)構(gòu)能進行良好的鏈接，從而能充分提升房屋建筑物的整體性和穩(wěn)固性，進而提升其抗震性能。

3.3 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實際設(shè)置多道抗震防線

為提高房屋建筑整體的抗震性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實際情況設(shè)置多道抗震防線，設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)抗震第一道防線時可采用具有明顯延性優(yōu)勢的構(gòu)件構(gòu)造抗震體系，然后，在建筑結(jié)構(gòu)中加設(shè)多種其他的建筑構(gòu)件，形成抗震第二和第三道防線，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)第一道防線受損后，可利用其他防線的功能和作用抵御地震所帶來的沖擊，從而能減輕地震對建筑物造成的不良影響，最大限度地削弱地震作用力對建筑結(jié)構(gòu)的損傷，這樣不僅能有效提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而降低其在地震災(zāi)害中的危險系數(shù)，還能有效保障人民的生命安全[4]。

3.4 合理進行建筑結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件布局

為最大限度地減輕地震災(zāi)害對房屋建筑結(jié)構(gòu)造成的不良影響，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需合理進行建筑結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件布局以控制地震能量，設(shè)計人員進行建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計時，能定量分析與合理預(yù)測地震能量對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊，然后，對建筑結(jié)構(gòu)進行合理布局，使地震震動產(chǎn)生的能量沖擊作用減弱，便能有效減少地震作用給房屋建筑帶來的不良影響。而要做好建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，就需要設(shè)計人員全面思考和分析建筑結(jié)構(gòu)間的關(guān)系及力傳導(dǎo)方向，然后，對結(jié)構(gòu)間的協(xié)作關(guān)系進行合理利用，從而能有效消除或減弱地震能量，進而能最大限度地減輕地震能量波集中傳導(dǎo)對局部建筑結(jié)構(gòu)帶來的威脅和負(fù)面影響。另外，還需要設(shè)計人員根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)布局合理分析地震力傳導(dǎo)，并根據(jù)地震力傳導(dǎo)均衡劃分建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力，避免局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力過大，才能保障建筑結(jié)構(gòu)和工程整體質(zhì)量。在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件布局過程中，需盡可能保證建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件與房屋結(jié)構(gòu)的重心重合，這樣可促進房屋結(jié)構(gòu)的重心降低，從而能提高房屋的抗震性能。若建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件無法與房屋結(jié)構(gòu)重心重合，有凸出屋面部分，需采取合理的措施提高該部分的穩(wěn)定性，才能避免該部分受到地震的影響而發(fā)生鞭鞘效應(yīng)。隨著現(xiàn)代人們對建筑造型要求的不斷提高，不規(guī)則建筑的數(shù)量也相應(yīng)增加，這類建筑具有一定的特殊性，若按照上述方法進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件布局，無法保證抗震設(shè)計的規(guī)范性，因此，就需要設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件布局設(shè)計過程中，將建筑結(jié)構(gòu)整體分為一個個建筑結(jié)構(gòu)單元，并為每個建筑結(jié)構(gòu)單元設(shè)置抗震縫，從而有效提高建筑物整體的抗震性能。

3.5 合理做好建筑結(jié)構(gòu)防震縫設(shè)計

在房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，防震縫設(shè)計是一項重要的內(nèi)容，因此，就需要設(shè)計人員合理做好建筑結(jié)構(gòu)防震縫設(shè)計，首先，需對防震縫進行合理設(shè)置，設(shè)計人員需根據(jù)工程建設(shè)需求及建筑物外部形態(tài)特征等對防震縫進行合理設(shè)計，以促進其能對建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行勻稱、規(guī)則的分割，從而促進建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)成為獨立于其他結(jié)構(gòu)的重要單元。且還需在抗震縫兩側(cè)預(yù)留充足的抗震寬度，以確保其能整體隔離防震縫兩端結(jié)構(gòu)能，通過這樣的設(shè)計，當(dāng)出現(xiàn)地震災(zāi)害時，防震縫可以使建筑結(jié)構(gòu)某個部分免受地震作用的不良影響。

3.6 全面做好建筑結(jié)構(gòu)抗震墻設(shè)計

墻體是房屋建筑結(jié)構(gòu)主要承重結(jié)構(gòu)，且地震災(zāi)害對建筑墻體產(chǎn)生的影響最大，如受地震作用會導(dǎo)致建筑墻體出現(xiàn)不同程度的變形、裂縫等問題，嚴(yán)重時還易導(dǎo)致建筑墻體倒塌等，從而威脅建筑結(jié)構(gòu)整體性能，因此，就需要設(shè)計人員全面做好建筑結(jié)構(gòu)抗震墻設(shè)計。首先，需采取精細(xì)化設(shè)計方式進行建筑結(jié)構(gòu)抗震墻設(shè)計，針對橫向墻體設(shè)計，需遵循均勻設(shè)計原則，能有效避免或減輕墻體在地震作用影響下發(fā)生橫向位移，針對縱向墻體設(shè)計，主要以規(guī)避墻體豎向裂縫為主。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員還需有機結(jié)合橫向設(shè)計和縱向設(shè)計，這樣不僅能顯著提高建筑結(jié)構(gòu)的承載能力，還能促進建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到抗震性能要求。由于建筑墻體數(shù)量與建筑結(jié)構(gòu)剛度具有密切的關(guān)聯(lián)，如建筑墻體數(shù)量不足易導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的剛度較低，從而易導(dǎo)致建筑產(chǎn)生較大位移，進而也會降低建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，因此，設(shè)計人員還需根據(jù)建筑物的實際情況合理計算墻體數(shù)量，確保建筑剛度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.7 做好橫墻和縱墻設(shè)計

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，地震的作用力首先會損壞建筑物的橫墻和縱墻，輕則導(dǎo)致橫墻和縱墻出現(xiàn)變形或裂縫，重則發(fā)生破裂、傾倒等，且在大多數(shù)房屋建筑中，橫墻多是被作為房屋建筑結(jié)構(gòu)的承重墻，當(dāng)橫墻作為承重墻受到地震產(chǎn)生的強烈沖擊，也會對建筑物整體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，因此，為提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，就需要設(shè)計人員做好橫墻和縱墻設(shè)計，可采用縱墻貫通的布局方式進行設(shè)計，若房屋建筑結(jié)構(gòu)不適合進行縱墻貫通，可適當(dāng)增加橫墻的配筋數(shù)量或在縱橫墻的交接處設(shè)置構(gòu)造柱，以增強橫墻的抗震性能。

3.8 做好墻體面積和砂漿強度設(shè)計

相關(guān)研究指出，建筑物二層以下部分受到地震的作用力比較大，二層以上受到的地震作用力相對較小，其中，建筑物第一層受到的地震作用力最大，說明建筑物承受的地震作用力不均勻，對此，設(shè)計人員就可通過增設(shè)墻體的承載面積或給建筑物底層涂刷強度等級較高的砂漿以提高其承載力，從而提高建筑物底層對地震的抵抗能力[5]。

3.9 合理設(shè)置水平圈梁

在房屋建筑結(jié)構(gòu)中，合理設(shè)置水平圈梁不僅能有效提高建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，同時還能顯著提高建筑工程抗震能力，這主要是因為水平圈梁能將建筑物的各個部分組合成一個整體，使各個構(gòu)件的抗震能力得到充分發(fā)揮，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，水平圈梁能對預(yù)制板的分散產(chǎn)生良好的抑制作用，從而能防止建筑物倒塌，其次，水平圈梁還能有效增強墻體的抗剪性能，防止或減少墻體開裂發(fā)生概率，另外，水平圈梁還能有效減輕地震帶來的地表變化（如裂縫、下沉等地）對房屋穩(wěn)定性的產(chǎn)生的不良影響，因此，為提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，設(shè)計人員就需合理設(shè)置水平圈梁，在建筑物的外墻和內(nèi)墻連接水平圈梁。

3.10 做好房屋建筑高度和寬度設(shè)計

房屋建筑高度與寬度比例會對房屋建筑的抗震性能產(chǎn)生直接的影響，若房屋建筑高度與寬度比例不合理會增加建筑發(fā)生側(cè)移與傾斜的風(fēng)險，從而會降低建筑物對地震的抵抗能力，因此，為提升房屋建筑自身抗震能力，就需要設(shè)計人員進行房屋建筑設(shè)計時對建筑物用途進行全面分析，然后，根據(jù)建筑物的用途要求等合理設(shè)計建筑高度與寬度比值。

4 結(jié)語

抗震設(shè)計是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，且結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計質(zhì)量對房屋建筑結(jié)構(gòu)及整個建筑體穩(wěn)定性和抗震性能均具有直接的影響，因此，為提高房屋建筑結(jié)構(gòu)及整個建筑體穩(wěn)定性和安全性，就需要設(shè)計人員嚴(yán)格做好房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計，在設(shè)計過程中，需遵循合理性原則、簡單化原則、抵抗性原則等，另外，還需掌握有效的設(shè)計方法，如合理選擇房屋建筑場地、嚴(yán)格做好房屋建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計、根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實際設(shè)置多道抗震防線、合理進行建筑結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件布局、合理做好建筑結(jié)構(gòu)防震縫設(shè)計、全面做好建筑結(jié)構(gòu)抗震墻設(shè)計、做好建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、做好橫墻和縱墻設(shè)計、做好墻體面積和砂漿強度設(shè)計、合理設(shè)置水平圈梁、做好房屋建筑高度和寬度設(shè)計、做好房屋建筑高度和寬度設(shè)計，只有這樣，才能全面提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，促進其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能要求，從而減輕地震災(zāi)害對房屋建筑造成的不良影響。