抗震設(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用

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摘要：為進一步加強我國房屋建筑抗震能力，保證在地震災(zāi)害作用下，房屋建筑依然能夠保持結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性，確保社會大眾財產(chǎn)及人身安全免受地震災(zāi)害的威脅侵害。設(shè)計人員應(yīng)掌握抗震技術(shù)原理，深刻認知到抗震設(shè)計整合房屋建筑設(shè)計的重要性，秉持整體統(tǒng)籌、結(jié)構(gòu)清晰等根本設(shè)計原則。通過科學(xué)規(guī)劃房屋建筑結(jié)構(gòu)、采用剪力墻設(shè)計、合理設(shè)計房屋建筑樓層數(shù)及高度等措施的正當使用，充分展現(xiàn)房屋抗震設(shè)計的優(yōu)勢作用，助力我國房屋建筑領(lǐng)域健康、持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計；房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用站

在我國各地城鎮(zhèn)化落實進程日趨加快的社會發(fā)展新階段中，城市人口數(shù)量日漸增多，社會大眾居住同樣隨之集中化發(fā)展。在此背景下，處于地殼運動活躍時期，一旦發(fā)生重大的地震災(zāi)害將造成難以預(yù)估的公私財產(chǎn)及大眾生命損失。而因近年來，我國各地地震災(zāi)害的發(fā)生頻率只高不下，尤其是西南地區(qū)。所以，房屋建筑領(lǐng)域應(yīng)重點聚焦抗震設(shè)計效果。將抗震設(shè)計有機結(jié)合于房屋建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，充分發(fā)揮抗震設(shè)計的積極性應(yīng)用價值，最大化增強房屋建筑工程抗震能力。以抗震有力為基礎(chǔ)保障，保護社會大眾在地震災(zāi)害中的財產(chǎn)及生命安全。

1抗震技術(shù)的概念

1.1抗震技術(shù)的原理

地震災(zāi)害的高強破壞力源于地球地殼中的巨大能量，這種能量可承載橫波、縱波向周圍傳遞擴散，促使地表建筑物遭受能量波的負面影響，隨即衍生出劇烈震動，破壞建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、完整性。在地震災(zāi)害下，因建筑物主體振幅與其阻力值具有聯(lián)動關(guān)系，即在阻力值低的情況下，建筑物對地震能量的抵消能力將降低，其振幅將增長，則可對建筑物造成嚴重損毀。對此，抗震技術(shù)的根本原理就是提高建筑物自體阻力，確保在地震災(zāi)害發(fā)生后，其振幅可有效下降，以此減輕建筑物在地震中的損害。

1.2抗震技術(shù)的標準

我國房屋建筑抗震技術(shù)標準如表1所示：1.2.1甲類建筑。甲類建筑就是常說的重大工程建筑項目，或是在地震災(zāi)害影響下，可能出現(xiàn)嚴重損毀的房屋建筑。設(shè)計人員在圍繞甲類建筑展開房屋抗震結(jié)構(gòu)統(tǒng)籌設(shè)計作業(yè)中，其抗震設(shè)防烈度應(yīng)特殊超出當?shù)匾?guī)劃的標準指數(shù)。1.2.2乙類建筑。對于乙類建筑來講，在推進抗震設(shè)計工作時，若房屋建筑整體規(guī)模有限，設(shè)計人員則可秉持因地制宜原則，按照當?shù)丶榷ǖ目拐鹪O(shè)防烈度要求，運用抗震性能更強的抗震結(jié)構(gòu)，完成房屋建筑整體抗震設(shè)計。1.2.3丙類建筑?；诒惤ㄖ_展房屋抗震設(shè)計，設(shè)計人員同樣需著重滿足當?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度的具體要求，使建筑物可有力抵抗地震災(zāi)害。1.2.4丁類建筑設(shè)計人員在丁類建筑中執(zhí)行抗震設(shè)計任務(wù)，抗震設(shè)防烈度可適當?shù)陀诋數(shù)貥藴蕯?shù)值。但在抗震設(shè)防烈度已為6度的條件下，則不宜再降低抗震設(shè)計等級。

2抗震設(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)實意義

2.1加強建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作業(yè)中，為強化抗震設(shè)計效果。設(shè)計人員首要任務(wù)應(yīng)為提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性以及布局合理性，保證建筑物優(yōu)質(zhì)性能、功能的充分發(fā)揮。對此，應(yīng)優(yōu)先采用具備一定強度、延性、超長率的施工建材，增長建筑結(jié)構(gòu)的完整性、建筑構(gòu)件的“轉(zhuǎn)動力”及耗能水平[1]。此外，在房屋建筑布局方面，設(shè)計人員應(yīng)科學(xué)設(shè)置安全避難場所、事故應(yīng)急疏散逃生通道。確保在地震災(zāi)害中，大眾能夠快速撤離建筑物內(nèi)部。

2.2提升建筑的抗震能力

目前，我國房屋建筑工程領(lǐng)域發(fā)展勢頭較為迅猛，設(shè)計人員在房屋抗震設(shè)計作業(yè)中，可靈活選用多元性科學(xué)技術(shù)，輔助抗震設(shè)計工作高效落實，如BIM模型等。精準篩選性價比、高質(zhì)量、科學(xué)性強的抗震設(shè)計方案，增強建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能，滿足房屋建筑日常使用的現(xiàn)實性要求。

3抗震設(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的根本原則

在房屋建筑抗震設(shè)計作業(yè)中，設(shè)計人員應(yīng)側(cè)重關(guān)注以下幾項要點：一是保證構(gòu)件剛度、負荷承載力、延性等多方面的參數(shù)性能可契合建筑業(yè)統(tǒng)一規(guī)程。對于建筑結(jié)構(gòu)中較為薄弱的部分，設(shè)計人員應(yīng)禁止對該部分采用豎向性荷載力構(gòu)建，提高房屋建筑主體抗震能力；二是需有機銜接各個構(gòu)件。以“框筒結(jié)構(gòu)”為例，應(yīng)將框架科學(xué)結(jié)合于剪力墻結(jié)構(gòu)，加之合規(guī)增設(shè)多重抗震防線。防止房屋建筑承受地震災(zāi)害首次沖擊后，在余震中出現(xiàn)破損。而由于不同抗震防線能夠有效統(tǒng)一房屋建筑結(jié)構(gòu)的延性及剛性，所以地震能量在短時間內(nèi)快速被消耗；三是房屋建筑抗震結(jié)構(gòu)內(nèi)含大量強弱性不一的多樣性構(gòu)件，當抗震防線被地震震動破壞后，為避免房屋建筑坍塌，應(yīng)確?？拐鸾Y(jié)構(gòu)的彈性適宜。

3.1整體統(tǒng)籌

設(shè)計人員在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)站在全局角度深度考量[2]。例如在高層建筑設(shè)計中，需強調(diào)結(jié)構(gòu)的設(shè)計完整性，并依托結(jié)構(gòu)水平方向完成分區(qū)，保障抗震結(jié)構(gòu)中的各個子結(jié)構(gòu)均可發(fā)揮抗震能力。

3.2結(jié)構(gòu)清晰

由于結(jié)構(gòu)清晰性可關(guān)乎到房屋建筑在地震災(zāi)害中的地震力傳導(dǎo)效率，因此，設(shè)計人員應(yīng)突出結(jié)構(gòu)清晰這一設(shè)計原則。在所建立的房屋模型發(fā)生模仿地震位移的前提下，細致分析其中內(nèi)力薄弱位置的信息數(shù)據(jù)，并推出可行性預(yù)控措施。

3.3抵抗作用

發(fā)生地震災(zāi)害后，房屋建筑結(jié)構(gòu)主體的剛度、抗震力將得到直接考驗。對此，設(shè)計人員應(yīng)格外注意房屋建筑的結(jié)構(gòu)剛性。保證結(jié)構(gòu)主體可對來自各方向的地震震動起到防御抵抗作用，維持建筑結(jié)構(gòu)總體平衡性，避免其出現(xiàn)形變、扭轉(zhuǎn)等問題，減輕地震災(zāi)害對房屋建筑衍生出的破壞性。

3.4結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)

房屋建筑結(jié)構(gòu)的均勻性、規(guī)則性可體現(xiàn)在建筑布局設(shè)計中，通常以縱向、垂直為主。設(shè)計人員應(yīng)在抗震設(shè)計中突出“抗側(cè)移”方面的剛度，正當運用軸承特性，確保地震災(zāi)害中房屋建筑的剛度可靠。

4抗震設(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用措施

4.1科學(xué)設(shè)計房屋建筑結(jié)構(gòu)

房屋建筑結(jié)構(gòu)的統(tǒng)籌設(shè)計作為建筑物修建的關(guān)鍵一環(huán)，是房屋建筑抗震能力發(fā)揮的基礎(chǔ)保證，也是迎合建筑物整體外觀造型需要的重要要素。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作具有較強的復(fù)雜性、系統(tǒng)性特點，可觸及的專業(yè)領(lǐng)域眾多。設(shè)計人員將抗震設(shè)計引進其中的具體方法有：一是充分采集當?shù)匾酝牡卣馂?zāi)害歷史信息數(shù)據(jù)，在深層次分析數(shù)據(jù)資源后提出抗震設(shè)計核心方向及要求，以前瞻性的視角超前控制地震災(zāi)害的危害性[3]；二是注重加強建筑主體的剛度、強度以及穩(wěn)定性，優(yōu)先使用“從簡設(shè)計”理念，對于不規(guī)則形態(tài)的構(gòu)造需對應(yīng)增設(shè)科學(xué)性保護措施；三是通過運用抗震結(jié)構(gòu)，驅(qū)動房屋建筑自體結(jié)構(gòu)抗震能力的增強。而關(guān)于非承力部分，可通過縮短體積實現(xiàn)建筑成本的節(jié)省。

4.2巧用剛度設(shè)計積極優(yōu)勢

房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計需以剛度設(shè)計為支撐點。房屋建筑內(nèi)設(shè)主軸可因內(nèi)、外界的大力沖擊，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等不良問題。對此，剛度設(shè)計則需強調(diào)房屋建筑抗震能力的滿足，特別是針對“抗扭轉(zhuǎn)剛度”來講。為防止房屋建筑在遭受地震災(zāi)害沖擊后，主體結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、變形等問題，維持建筑結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性。則需設(shè)計人員對“抗扭轉(zhuǎn)”施以深度考量，踐行“小震不壞。中震可修，大震不倒”的設(shè)計觀念。適當強化房屋結(jié)構(gòu)剛度，以此抵抗地震災(zāi)害對房屋建筑位移的影響。并均勻分布各個房屋建筑構(gòu)件，規(guī)避由于剛度不均，隨即衍生出地震力的聚集集中問題。確保房屋建筑總體剛度可符合施工設(shè)計規(guī)程，突出建筑抗震性能。除此之外，設(shè)計人員可通過正當使用“現(xiàn)澆構(gòu)件”，以及在墻體內(nèi)加設(shè)鋼筋、構(gòu)造柱，提高房屋建筑的砌體空間剛度及穩(wěn)定性，預(yù)防“滑移現(xiàn)象”發(fā)生。

4.3使用剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

“剪力墻”作為我國房屋建筑領(lǐng)域常用的實效性抗震結(jié)構(gòu)之一，其優(yōu)點性能可充分契合高層、超高層建筑的抗震需要。正當使用可保證房屋建筑上層結(jié)構(gòu)在地震災(zāi)害中的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，延長上層結(jié)構(gòu)坍塌、塌方時間，能夠向高層住戶爭取更可觀的疏散逃生時機。房屋建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示：對于剪力墻的力學(xué)特征而言，可將該結(jié)構(gòu)歸納于鋼筋混凝土一列，能夠?qū)Α傲Α卑樯龅膬?nèi)應(yīng)力荷載加以有力支撐。而剪力墻支撐原理則為水平力支撐，因其持有“連接梁柱”，可源源不斷的向房屋梁柱供給支撐力。因此，在輕微、小型地震外力作用下，剪力墻可發(fā)揮自身抗震性能，保障房屋建筑穩(wěn)定性、完整性。

4.4規(guī)范建筑樓層數(shù)及高度

現(xiàn)階段，我國房屋建筑領(lǐng)域部分設(shè)計人員陷入了思想誤區(qū)，錯誤認定建筑物樓程多、高度高，則可突出利益最大化。而站在科學(xué)角度分析，房屋建筑樓層多、高度高，其抗震性能將難以保障。因此，在房屋建筑設(shè)計中，應(yīng)側(cè)重迎合作業(yè)區(qū)當?shù)氐刭|(zhì)條件，并結(jié)合抗震要求。以地震頻發(fā)地區(qū)舉例，應(yīng)謹慎建設(shè)高層建筑，優(yōu)先采用低樓層、占地面積廣的設(shè)計方案[4]。這樣不僅可保證房屋建筑主體抗震能力，還可確保大眾能夠在地震災(zāi)害發(fā)生后的第一時間迅速撤離。對此，設(shè)計人員應(yīng)以當?shù)氐刭|(zhì)現(xiàn)況、地方政策規(guī)定等硬性標準為基本遵循，合理確定房屋建筑高度及樓層數(shù)，發(fā)揮地震災(zāi)害中的房屋抗震優(yōu)勢。

4.5合規(guī)設(shè)計房屋建筑墻體

當?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生后，因地震產(chǎn)生的作用力將率先對房屋建筑的橫、縱墻帶來嚴重破壞，導(dǎo)致其出現(xiàn)破裂裂縫、變形傾倒等問題。常規(guī)情況下，“橫墻”承擔了建筑物承重墻的作用，在負擔地震震蕩力時，將直接對建筑主體穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響，甚至催化建筑物倒塌事故發(fā)生。因此，合規(guī)設(shè)計房屋建筑橫、縱墻具有較強現(xiàn)實意義。另外，為有效優(yōu)化房屋建筑抗震性，設(shè)計人員可采用“縱墻貫通”的結(jié)構(gòu)布局，注重在橫、縱墻銜接部分增設(shè)構(gòu)造柱，或是標準數(shù)量的配筋。

4.6建筑多重抗震設(shè)防設(shè)計

設(shè)計人員在策劃房屋建筑抗震作業(yè)中，應(yīng)著力加設(shè)多重抗震防線。采用延性表現(xiàn)良好的構(gòu)件，以協(xié)同作業(yè)的形式抵抗、淡化地震力，或是應(yīng)用贅余桿件自體特征的變形、屈服聚集吸收海量地震能量，以及依靠其退出及破壞工作，過渡房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，驅(qū)動結(jié)構(gòu)周期完成動態(tài)變化。進而規(guī)避共振效應(yīng)的發(fā)生，減輕房屋建筑在地震災(zāi)害中遭受到的破壞影響。而多重抗震防線有：一是一個保障有力的抗震體系?？拐痼w系往往由多個延性性能表現(xiàn)良好的分體系構(gòu)成，并以延性結(jié)構(gòu)構(gòu)建的“互聯(lián)”協(xié)同作業(yè)。例如“框架”抗震墻體系為延性框架、房屋抗震前這兩個系統(tǒng)組建；“雙肢”、“多肢”抗震墻體系則由多個“單肢墻”構(gòu)成；二是房屋建筑抗震結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)建需著力強化內(nèi)、外界的贅余度，設(shè)計系列“屈服區(qū)”，保證結(jié)構(gòu)主體迅速耗散地震能量。在結(jié)構(gòu)被破壞的前提下，同樣有益于結(jié)構(gòu)修復(fù)。如在“框架”抗震墻體系設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)周全考慮“小震”、“中震”、“大震”后的房屋結(jié)構(gòu)完整程度。確保在連梁喪失穩(wěn)定作用后，主體結(jié)構(gòu)依然具備承載力，保證“不倒”。此外，應(yīng)將框架柱自體剪力設(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)總剪力的兩成以上，突出房屋建筑抗震性能的良好表現(xiàn)。

4.7正當選用抗震建筑材料

為保證房屋建筑能夠在地震災(zāi)害作用下“安然無恙”，抗震設(shè)計則需提前介入到建筑物建設(shè)施工中。設(shè)計人員需依照房屋工程成本預(yù)算，優(yōu)先選擇承重能力強、抗震性能佳的優(yōu)質(zhì)建材，以備抵御地震災(zāi)害的強烈沖擊。在建材挑選作業(yè)中，設(shè)計人員應(yīng)注重探明房屋建筑施工區(qū)的地質(zhì)現(xiàn)況、以往引發(fā)當?shù)氐卣馂?zāi)害的核心歸因，以調(diào)查結(jié)果作為施工材料科學(xué)選擇的參考憑證。常規(guī)情況下，我國房屋建筑抗震施工常用建材具有質(zhì)地輕、抗性強、堅固性高、可塑性佳等特征。確保地震災(zāi)害發(fā)生后，房屋建筑可維持自身完整性，或是被地震災(zāi)害破壞的建筑構(gòu)件，不會因墜落、脫皮等問題傷害大眾生命，突出房屋建筑在地震災(zāi)害中的安全性。

4.8正確應(yīng)用建筑隔震措施

設(shè)計人員在主導(dǎo)房屋建筑抗震設(shè)計工作中，應(yīng)以建筑工程總體規(guī)模、工程項目施工區(qū)地理條件等現(xiàn)況作為房屋抗震設(shè)計的基礎(chǔ)依托。并以其為依據(jù)，科學(xué)確定房屋建筑抗震裝置的安裝位置、安裝數(shù)量，保證這些抗震裝置可組建為“隔震層”，能夠在房屋建筑關(guān)鍵構(gòu)件部位起到抗震效用。根據(jù)抗震層設(shè)置位置的差異，可將其劃分出地基、間層、懸掛、基礎(chǔ)隔震措施這四種類型。以地基隔震層為例，其基礎(chǔ)原理就是在房屋建筑底層與土層的接觸面中加設(shè)“緩沖層”，確保地震能量突破地殼向房屋建筑傳導(dǎo)時，緩沖層可起到吸收、反射、消減能量的功能作用。旨在減輕地震災(zāi)害針對房屋建筑的沖擊影響，避免建筑主體結(jié)構(gòu)被肆意破壞。當前，我國房屋建筑在施工地基防震層時，常以瀝青為主要施工建材。但可以預(yù)計，在我國房屋建筑抗震領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的新時期下，隔震層的修建材料可得到多元創(chuàng)新，繼而切實優(yōu)化房屋建筑抗震效果。然而在普遍認知中，地基隔震層常被定義為不安全、不穩(wěn)定的房屋建筑塌方隱患，無法承受地震災(zāi)害的強大沖擊。因此，設(shè)計人員在確定使用地基隔震層這一防震技術(shù)時，應(yīng)深度考量其可對房屋工程建筑造成的系列不利影響，并加以應(yīng)對處理。保障隔震層的隔震性能可在突發(fā)地震災(zāi)害時得到充分發(fā)揮，保護大眾基礎(chǔ)性財產(chǎn)、生命安全。

5結(jié)語

綜上所述，在我國地震災(zāi)害頻發(fā)的新時代背景下，房屋建筑領(lǐng)域的抗震設(shè)計成效收獲到了社會各界的重點關(guān)注。對此，設(shè)計人員應(yīng)側(cè)重秉持因地制宜這一根本性原則，針對我國不同地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、災(zāi)害特征、地理條件等基本要素，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中同樣采取不盡相同的抗震設(shè)計。滿足各地區(qū)的現(xiàn)實性房屋抗震需要，高度切合城市經(jīng)濟健康發(fā)展規(guī)劃。從而在維護社會大眾地震災(zāi)害中的合法性財產(chǎn)及生命安全的前提下，助力我國現(xiàn)代化建筑領(lǐng)域長遠發(fā)展。

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作者:寧海永 單位:華紡房地產(chǎn)開發(fā)有限公司