谈抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用

2021-11-24文飞

建材与装饰 2021年34期

文飞

（太原供水设计研究院有限公司，山西太原 030009）

建筑是人们日常生活的基本保证，无论是生活、工作还是学习都与住房密不可分，在这种环境下，建筑物本身的安全性和稳定性显得尤为重要，特别是在抗震设防区，必须注意抗震设计在结构设计中的合理应用，提高房屋建筑的抗震能力。近年来，随着地震的多发，地震灾害对社会生产活动产生了严重影响，因此，结构的抗震设计是结构设计的重要环节，认真分析总结抗震设计在结构中的应用，可以有效提高建筑的抗震性能[1]。

1 抗震对于房屋建筑的重要性

地震是相对危险的自然灾害，发生的较为突然且具有严重后果，对房屋建设的影响相对较大，因为其发展规律存在较大不确定性，因此在正常情况下人们缺乏及时的应对措施，造成的损失较高，基于地震这些特征对建筑物造成的损坏是不言而喻的，故抗震设计在建筑结构设计中非常重要。通过抗震设计可大大提高建筑结构的抗震能力，如果发生小地震，就应该确保建筑物不受损坏；如果发生中度地震，就应该确保建筑物修复后继续使用；如果发生大地震，就应该保证建筑物不会倒塌。抗震设计可以有效减少地震灾害对建筑的影响，良好的抗震性能不仅可以减少地震破坏，而且还可以保护人们的生命。目前，地震灾害对人们的危害已逐渐引起人们重视，从近年来唐山地震到汶川地震，造成的破坏极为严重，随着经济的快速发展，针对城市的高层建筑项目越来越多，对于房屋建筑来说，良好的抗震设计可以在发生地震灾害时确保建筑物的安全和人们的健康，将抗震设计贯穿结构设计始终，不仅可以有效提高建筑物的性能，还可以促进我国经济建设的可持续发展[2]。

2 抗震设计的应用方法

2.1 场地的选择

我国人口众多，在区域经济的快速发展和人口不断增加的情况下，也增加了对住房的需求，住房建设过程中不仅应考虑区域经济条件，还应考虑场地地质条件，这些因素可能会影响建筑结构整体安全性。发生地震时首先会破坏房屋建筑的地基，然后影响房屋上部结构，因此房屋最基本的抗震设计是场地的稳定，在场地选择时应先避开危险地段，包括容易发生滑坡和泥石流的地区，避免二次灾害对人们造成的严重生命和财产安全。如果必须在地震不利地段建造房屋，就需要加强抗震措施，这样可以有效增强结构整体的抗震性能，减少对建筑物上部结构的损坏。因此，选择一个开放、平坦且土质良好的场地对建筑房屋的抗震性能会产生有利影响，抗震设计应综合考虑地质条件，并以此为基础，尽可能选择有利场地，可以提高房屋的结构抗震性能。

2.2 地基基础设计

建筑结构设计的基础工作就是地基基础设计。为了能够使上部结构整体稳定，必须做好地基处理工作，确保地基承载力及沉降能够满足规范要求。同一个结构单元的地基必须具有同一性质，以确保地基基础的整体性和稳定性。建筑基础的整体性能直接影响上部结构的抗震性能，因此设计时应特别注重建筑物基础的整体设计。建筑基础设计可根据场地工程地质条件、上部结构荷载、综合考虑确定基础形式和埋深。同时，应尽可能加大基础的刚度。例如，可以在独立基础或桩筏承台间设置连系梁，确保结构基础的整体性，减少基础间的沉降差，有效提高建筑物的抗震性能，如图1 所示。

图1 建筑地基抗震设计

2.3 结构的侧向刚度设计

建筑的侧向刚度是结构抵抗水平荷载下的变形的能力。结构刚度是设计时必须重视的环节，合理的刚度可以控制结构的水平位移在规范要求的范围内，结构的抗震性能才可以得到充分的发挥。当房屋结构侧向刚度不足时，水平荷载作用下结构的位移偏大，尤其对于高层建筑，重力二阶效应的不利影响会呈非线性增长，最终会影响建筑的质量和稳定性。在建筑结构设计时，设计人员必须根据建筑结构类型和施工具体要求，做好个性化设计，使结构具有适当的刚度，充分发挥结构的侧向刚度，使设计更加充分合理，例如在砌体结构中设计构造柱和圈梁；高层建筑设计混合结构，通过型钢的使用有效发挥建筑物自身抗震性能，最大限度减少建筑位移带来的危害，以提高建筑的安全性。

2.4 合理控制房屋的高度和宽度

随着现代高层建筑越来越多，房屋高度的不断提升对高层建筑结构的抗震性能设计也越来越重要。发生地震时，会出现侧移和倾翻等情况，结构破坏和建筑高度密切相关。因此，在高层建筑设计过程中，为保证房屋的安全性和稳定性，高层建筑的高度和宽度必须在控制合理的范围内。同时，为了保证建筑物的结构抗震性能，应严格控制砌体建筑物的数量和高度，这是无数地震灾害给我们的教训[3]。研究表明，楼层越多，高度越高，建筑物受到地震灾害的影响越大。因此，在设计房屋结构时，必须严格遵循相关规范，合理控制建筑总高度和高宽比。

2.5 房屋结构的平面及竖向设计

房屋结构的平立面布置对结构的整体性和稳定性起关键作用。合理布置结构的平面及立面，可以在保证结构安全性的前提下，大大提高结构的抗震性能。房屋结构的平面应该力求简单规则，横向及纵向的抗侧力构件刚度要合理均匀，形成平面规则的建筑，避免形成结构平面扭转不规则建筑。同时，房屋结构的竖向抗侧力构件也应连续均匀，形成明确的竖向传力体系，避免结构竖向构件刚度和承载力突变，形成竖向不规则结构。结构应尽量避免采用不规则形式，在平面及竖向不规则的部位，都应采取加强措施。

2.6 纵横向抗侧力构件布置

地震发生时，建筑各方向都会受到地震作用的影响。因此，应设计计算结构在两个垂直方向的地震作用。两个方向的抗侧力构件刚度宜相近且均应满足规范设计要求。例如剪力墙结构，横向墙布置过多而纵向墙较少时，在地震作用下纵向墙体往往容易倒塌而使结构倒塌。因此，严格按照规范相关规定合理设计布置纵横向抗侧力构件对提高结构整体抗震性能十分重要。

2.7 结构参数合理计算

地震灾难是自然灾害的一种常见类型，地震发生时，会对建筑物产生破坏，严重威胁人们生命和财产安全。地震灾难造成的破坏是巨大的，并且具有不可控制的因素。因此，做好抗震设计有助于减少损失，通过对近几年地震灾害现象分析，相同的地震级别，不同的地区和不同类型的建筑物将产生不同的影响，因此，有必要根据实际情况制定科学有效的抗震设计方案[4]。抗震设计中，设计人员应合理选取结构计算参数，必要时应进行地震灾害的模拟测试，通过仿真过程分析地震造成的破坏，并合理计算破坏情况，以确保结构参数可以处于合理状态内。

3 把握建筑本身的抗震性能

为了确保建筑结构抗震性能的充分发挥，在进行结构抗震设计时，除了确保建筑物结构构件能够具有足够的刚度和承载能力外，还应使结构构件有良好的延性[5]。这种具有良好延性的结构，在大震下可以形成塑性铰机制，能够更好地耗散地震能量，减轻结构在地震时的脆性破坏。满足行业规范对结构配筋、破坏形式等抗震措施的要求，可以实现强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱锚固等延性概念设计目标，极大地改善建筑物抗震性能。