探析房屋建筑中結構抗震概念設計的應用

徐林

【摘 要】如何提高房屋建筑的抗震性能一直是建筑學的重要研究之一，結構抗震能力的提升能夠明顯改善房屋的整體抗震性能，因此本文對房屋建筑中結構抗震概念設計的應用進行了分析探討，僅供參考。

【關鍵詞】房屋建筑；結構抗震；概念設計

一、結構抗震對房屋建筑的重要性分析

作為世界上最大的自然災害之一，地震以其傷害性大，且具有突發性的特點，而對所有的建筑物帶來毀滅性的破壞?，F階段，通用的抗震規范原則為：在面對小的地震時，做到建筑物不受破壞；在中震時，造成的破壞能夠通過維護恢復；在大地震面前，保證建筑物不會倒塌。這種地震設計原則，在促進建筑物結構抗震能力方面，起到了積極的指導作用。大多數的建筑物，抗震性能得到了大幅度的提升，使得近些年地震造成的傷亡，呈逐漸下降的趨勢。

但是，這種結構設計原則的出發點是保證人們的生命安全，因此，地震過后的房屋性能則不在考慮范圍內。情況往往是，經過中小地震后，很多建筑物的部分使用功能完全喪失，建筑物處于報廢狀態?，F階段，高昂的室內裝修、智能家居系統設計費用，比建筑物本身價值要高，因此地震造成的經濟損失是很大的。因此，提升房屋建筑結構抗震能力，減少地震帶來的人員傷亡和經濟損失，仍是一個重要的課題，值得廣大建筑設計人員去探索。

二、多層房屋的抗震概念設計

1、選擇對抗震有利的場地和地基

選擇建設場地時，應根據工程需要和地震活動情況，選擇對建筑抗震有利的地段，宜避開對建筑抗震不利的地段。對不利的地段，應提出避開要求，當無法避開時應采取有效的措施。在危險地段嚴禁建造甲、乙類建筑，不應建造并丙類建筑。如當斷層穿過建筑物時，建筑物不可避免發生破壞。在汶川地震中，斷裂帶穿過北川縣城，房屋倒塌。在場地選擇時還應以工程地質等資料為依據，強烈的地震運動會造成砂土液化、軟土震陷，從而致使建筑物地基不均勻沉降、地基失效、房屋倒塌。1964年日本新地震時引發砂土液化，導致地基土完全失效，致使建筑物整體傾斜。這就要求在地基與基礎設計時當地基為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻時，應根據地震時地基不均勻沉降和其它不利影響，采取相應措施。并且同一結構單元的基礎不宜設在性質截然不同的地基上，同一結構單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基，當采用不同類型基礎或基礎埋深不同時，應根據地震時兩部分地基基礎的沉降差異在基礎、上部結構的相關部位采取相應措施。

2、平、立面布置

歷次地震震害表明：結構剛度沿豎向突變、體形外挑或內收等，都會產生某些樓層的變形過分集中，出現嚴重震害甚至倒塌。從抗震角度平面應優選簡單的平面形式，建筑轉角少，在地震作用下不易因剪力和應力集中較大而發生破壞。建筑的立面和豎向剖面宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，荷載較大的房間宜布置在房屋的下部樓層，使結構重心降低，以減輕震害。避免以下情況：建筑立面造型導致立面體型復雜，如立面收進、外挑結構、立面大開洞、連體建筑；建筑平面布置變化導致豎向結構不連續，如錯層結構及有薄弱層的結構形式。體型復雜、平立面不規則的建筑，應根據不規則程度、地基基礎條件和技術經濟等因素比較分析，確定是否在適當部位設置防震縫，縫寬需要滿足相關規定。

3、結構布置

3.1限制建筑物的層數、高度及框架結構的跨數

我們知道在地震作用下，建筑物各層的絕對加速度、絕對位移等參數均隨著層數的增加而增大，因此必須對多層房屋的高度及層數加以限制。為保證在豎向及水平地震作用下，建筑物不會出現整體彎曲破壞現象，避免建筑物出現傾覆現象，對多層房屋總高度與總寬度的最大比值加以限制。鑒于地震下單跨校舍的嚴重震害，還增加了控制單跨框架結構的適用范圍，明確甲、乙類建筑及高度大于24m的丙類建筑不應采用單跨框架結構。

3.2確保結構的整體性

汶川地震震害分析中，磚混結構的倒塌現象十分明顯。以極震區北川縣城為例，整個縣城磚混結構的房屋倒塌約占了整個房屋倒塌的70%以上。老舊房屋未經過抗震設計、對圈梁和構造柱的設置上要求較少、樓板采用預置鋼筋混凝土樓板、房屋整體性差等，是導致地震中大量磚混結構倒塌的主要原因。

地震區框架結構房屋倒塌所占的比例并不是很大，但在重災區特別是極震區框架結構的房屋也遭受到了嚴重破壞。設計和施工中做到“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱桿件”的建筑物即使填充墻及梁結構發生了嚴重的破壞，但房屋的主要結構仍然能夠承重并支撐整個結構，保證房屋挺立而不倒塌。這就給震后的逃生和救援工作贏得了寶貴的時間，這也符合抗震設防“大震不倒”的原則。而存在梁、柱及梁柱節點明顯不符合抗震設計的要求，柱縱向受力鋼筋明顯偏少，沒有足夠的箍筋等現象的建筑全部倒塌，如某2層高約9m的框架結構全部倒塌，而且前傾近15m。這進一步證明框架結構抗震設計時必須遵循“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱桿件”的原則。

3.3考慮非結構構件對主體的影響

在汶川地震中曾出現填充墻與結構構件連接不足，大片甩落傷人的現象；玉樹地震中也出現某多層住宅框架結構因填充墻布置不合理導致端柱破壞的現象；玉樹地震中還出現某工程在大震下磚墻破碎，面磚掉落，而布置合理的幕墻卻完好無缺的現象。這些都說明在抗震設計中應考慮非結構構件對結構抗震的有利或不利影響，避免不合理設置而導致主體結構的破壞；保證附屬的結構構件與主體結構有可靠的連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設備現象的發生。

三、抗震技術在房屋結構設計中的創新

1、隔震技術

隔震技術的主要原理是將全部結構體系的自振周期進行延長， 從而使輸入上部結構的水平地震作用得到大幅度減弱， 主要手段是在地基的底部和上部結構之間設置隔震層。這項技術對施工過程的要求較嚴格， 必須嚴格按照圖紙和施工規范的要求， 做好鋪設和架設技術的應用。第一， 在分割建設時， 為了盡可能的提高抗震效果， 鋪設要穩固；第二， 建筑物底層和上層有效的分割是關鍵， 一定要使用精密儀器進行測量， 杜絕估量現象的出現；第三， 隔震裝置的選擇一定要注意， 避免以次充好的裝置出現， 做好保養工作， 防止結構性能退化。

2、消能減震技術

房屋結構中的關鍵部位是抗震性能的保證， 因此必須進行合理的防護， 具體的防護措施是安裝消能阻尼原件設備。在這里要注意的是施工技術的使用， 保證有效的鋪設。在施工過程中， 為了使各關鍵部位在地震發生時能夠更好的發揮作用， 要做到以下幾點：a. 要把握好關鍵部位， 確保施工加固時位置沒有偏差， 部位沒有遺漏；b. 阻尼裝置要選擇架構兼顧類型的， 這樣對內部的穩定性有提升作用；c. 安裝技術要合格， 對各關鍵環節嚴格把關， 保證搭砌長度， 提高抗震性能。

結束語：

在現代化進程高速發展的今天，高層建筑的發展也突飛猛進。建筑造型獨特新穎的建筑，規模和高度也在不斷增加。隨著建筑業的進一步發展，滿足高層建筑的材料、形式、整體力學模型都將趨于復雜和多元化，這就要求每個結構工程師要有過硬的專業知識、清晰的概念分析和熟練掌握處理問題的能力，不斷的探索和研究，為我國建筑業的發展貢獻自己的力量。

參考文獻：

[1]李生蛟.關于抗震概念在高層建筑工程結構設計的應用策略探究[J].建材發展導向，2014，02：85.

[2]代梅葉.結構抗震技術設計及施工要點分析[J].民營科技，2014，02：201.

[3]許俊杰，何振華.關于建筑結構設計中的抗震設計[J].中華民居（下旬刊），2014，01：27.

[4]陸雄，葉錦鵬，何康.對工程建筑中抗震概念的設計探討[J].中華民居（下旬刊），2014，01：94+96.