抗震設計在房屋建筑結構設計中應用

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

關鍵詞：抗震設計；房屋建筑；結構設計；應用站

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)生重大的地震災害將造成難以預估的公私財產(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，房屋建筑領域應重點聚焦抗震設計效果。將抗震設計有機結合于房屋建筑整體結構設計，充分發(fā)揮抗震設計的積極性應用價值，最大化增強房屋建筑工程抗震能力。以抗震有力為基礎保障，保護社會大眾在地震災害中的財產(chǎn)及生命安全。

1抗震技術的概念

1.1抗震技術的原理

地震災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，破壞建筑物整體結構的穩(wěn)定性、完整性。在地震災害下，因建筑物主體振幅與其阻力值具有聯(lián)動關系，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，抗震技術的根本原理就是提高建筑物自體阻力，確保在地震災害發(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抗震技術的標準

我國房屋建筑抗震技術標準如表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，或是在地震災害影響下，可能出現(xiàn)嚴重損毀的房屋建筑。設計人員在圍繞甲類建筑展開房屋抗震結構統(tǒng)籌設計作業(yè)中，其抗震設防烈度應特殊超出當?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，在推進抗震設計工作時，若房屋建筑整體規(guī)模有限，設計人員則可秉持因地制宜原則，按照當?shù)丶榷ǖ目拐鹪O防烈度要求，運用抗震性能更強的抗震結構，完成房屋建筑整體抗震設計。1.2.3丙類建筑。基于丙類建筑開展房屋抗震設計，設計人員同樣需著重滿足當?shù)乜拐鹪O防烈度的具體要求，使建筑物可有力抵抗地震災害。1.2.4丁類建筑設計人員在丁類建筑中執(zhí)行抗震設計任務，抗震設防烈度可適當?shù)陀诋數(shù)貥藴蕯?shù)值。但在抗震設防烈度已為6度的條件下，則不宜再降低抗震設計等級。

2抗震設計在房屋建筑結構設計中的現(xiàn)實意義

2.1加強建筑結構穩(wěn)定性

在房屋建筑結構設計作業(yè)中，為強化抗震設計效果。設計人員首要任務應為提高建筑結構的穩(wěn)定性、安全性以及布局合理性，保證建筑物優(yōu)質性能、功能的充分發(fā)揮。對此，應優(yōu)先采用具備一定強度、延性、超長率的施工建材，增長建筑結構的完整性、建筑構件的“轉動力”及耗能水平[1]。此外，在房屋建筑布局方面，設計人員應科學設置安全避難場所、事故應急疏散逃生通道。確保在地震災害中，大眾能夠快速撤離建筑物內部。

2.2提升建筑的抗震能力

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

3抗震設計在房屋建筑結構設計中的根本原則

在房屋建筑抗震設計作業(yè)中，設計人員應側重關注以下幾項要點：一是保證構件剛度、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。對于建筑結構中較為薄弱的部分，設計人員應禁止對該部分采用豎向性荷載力構建，提高房屋建筑主體抗震能力；二是需有機銜接各個構件。以“框筒結構”為例，應將框架科學結合于剪力墻結構，加之合規(guī)增設多重抗震防線。防止房屋建筑承受地震災害首次沖擊后，在余震中出現(xiàn)破損。而由于不同抗震防線能夠有效統(tǒng)一房屋建筑結構的延性及剛性，所以地震能量在短時間內快速被消耗；三是房屋建筑抗震結構內含大量強弱性不一的多樣性構件，當抗震防線被地震震動破壞后，為避免房屋建筑坍塌，應確保抗震結構的彈性適宜。

3.1整體統(tǒng)籌

設計人員在房屋建筑結構設計中，應站在全局角度深度考量[2]。例如在高層建筑設計中，需強調結構的設計完整性，并依托結構水平方向完成分區(qū)，保障抗震結構中的各個子結構均可發(fā)揮抗震能力。

3.2結構清晰

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

3.3抵抗作用

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

3.4結構協(xié)調

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

4抗震設計在房屋建筑結構設計中的應用措施

4.1科學設計房屋建筑結構

房屋建筑結構的統(tǒng)籌設計作為建筑物修建的關鍵一環(huán)，是房屋建筑抗震能力發(fā)揮的基礎保證，也是迎合建筑物整體外觀造型需要的重要要素。房屋結構設計工作具有較強的復雜性、系統(tǒng)性特點，可觸及的專業(yè)領域眾多。設計人員將抗震設計引進其中的具體方法有：一是充分采集當?shù)匾酝牡卣馂暮v史信息數(shù)據(jù)，在深層次分析數(shù)據(jù)資源后提出抗震設計核心方向及要求，以前瞻性的視角超前控制地震災害的危害性[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“從簡設計”理念，對于不規(guī)則形態(tài)的構造需對應增設科學性保護措施；三是通過運用抗震結構，驅動房屋建筑自體結構抗震能力的增強。而關于非承力部分，可通過縮短體積實現(xiàn)建筑成本的節(jié)省。

4.2巧用剛度設計積極優(yōu)勢

房屋建筑結構的抗震設計需以剛度設計為支撐點。房屋建筑內設主軸可因內、外界的大力沖擊，產(chǎn)生結構不穩(wěn)等不良問題。對此，剛度設計則需強調房屋建筑抗震能力的滿足，特別是針對“抗扭轉剛度”來講。為防止房屋建筑在遭受地震災害沖擊后，主體結構發(fā)生扭轉、變形等問題，維持建筑結構長期穩(wěn)定性。則需設計人員對“抗扭轉”施以深度考量，踐行“小震不壞。中震可修，大震不倒”的設計觀念。適當強化房屋結構剛度，以此抵抗地震災害對房屋建筑位移的影響。并均勻分布各個房屋建筑構件，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計規(guī)程，突出建筑抗震性能。除此之外，設計人員可通過正當使用“現(xiàn)澆構件”，以及在墻體內加設鋼筋、構造柱，提高房屋建筑的砌體空間剛度及穩(wěn)定性，預防“滑移現(xiàn)象”發(fā)生。

4.3使用剪力墻的結構設計

“剪力墻”作為我國房屋建筑領域常用的實效性抗震結構之一，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構在地震災害中的基礎穩(wěn)定性，延長上層結構坍塌、塌方時間，能夠向高層住戶爭取更可觀的疏散逃生時機。房屋建筑剪力墻結構設計如圖1所示：對于剪力墻的力學特征而言，可將該結構歸納于鋼筋混凝土一列，能夠對“力”伴生出的內應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，我國房屋建筑領域部分設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，在房屋建筑設計中，應側重迎合作業(yè)區(qū)當?shù)氐刭|條件，并結合抗震要求。以地震頻發(fā)地區(qū)舉例，應謹慎建設高層建筑，優(yōu)先采用低樓層、占地面積廣的設計方案[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害發(fā)生后的第一時間迅速撤離。對此，設計人員應以當?shù)氐刭|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)揮地震災害中的房屋抗震優(yōu)勢。

4.5合規(guī)設計房屋建筑墻體

當?shù)卣馂暮Πl(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，設計人員可采用“縱墻貫通”的結構布局，注重在橫、縱墻銜接部分增設構造柱，或是標準數(shù)量的配筋。

4.6建筑多重抗震設防設計

設計人員在策劃房屋建筑抗震作業(yè)中，應著力加設多重抗震防線。采用延性表現(xiàn)良好的構件，以協(xié)同作業(yè)的形式抵抗、淡化地震力，或是應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，過渡房屋建筑結構的穩(wěn)定性，驅動結構周期完成動態(tài)變化。進而規(guī)避共振效應的發(fā)生，減輕房屋建筑在地震災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)良好的分體系構成，并以延性結構構建的“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”構成；二是房屋建筑抗震結構體系的創(chuàng)建需著力強化內、外界的贅余度，設計系列“屈服區(qū)”，保證結構主體迅速耗散地震能量。在結構被破壞的前提下，同樣有益于結構修復。如在“框架”抗震墻體系設計中，設計人員應周全考慮“小震”、“中震”、“大震”后的房屋結構完整程度。確保在連梁喪失穩(wěn)定作用后，主體結構依然具備承載力，保證“不倒”。此外，應將框架柱自體剪力設計在房屋建筑結構總剪力的兩成以上，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害作用下“安然無恙”，抗震設計則需提前介入到建筑物建設施工中。設計人員需依照房屋工程成本預算，優(yōu)先選擇承重能力強、抗震性能佳的優(yōu)質建材，以備抵御地震災害的強烈沖擊。在建材挑選作業(yè)中，設計人員應注重探明房屋建筑施工區(qū)的地質現(xiàn)況、以往引發(fā)當?shù)氐卣馂暮Φ暮诵臍w因，以調查結果作為施工材料科學選擇的參考憑證。常規(guī)情況下，我國房屋建筑抗震施工常用建材具有質地輕、抗性強、堅固性高、可塑性佳等特征。確保地震災害發(fā)生后，房屋建筑可維持自身完整性，或是被地震災害破壞的建筑構件，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害中的安全性。

4.8正確應用建筑隔震措施

設計人員在主導房屋建筑抗震設計工作中，應以建筑工程總體規(guī)模、工程項目施工區(qū)地理條件等現(xiàn)況作為房屋抗震設計的基礎依托。并以其為依據(jù)，科學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”，能夠在房屋建筑關鍵構件部位起到抗震效用。根據(jù)抗震層設置位置的差異，可將其劃分出地基、間層、懸掛、基礎隔震措施這四種類型。以地基隔震層為例，其基礎原理就是在房屋建筑底層與土層的接觸面中加設“緩沖層”，確保地震能量突破地殼向房屋建筑傳導時，緩沖層可起到吸收、反射、消減能量的功能作用。旨在減輕地震災害針對房屋建筑的沖擊影響，避免建筑主體結構被肆意破壞。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。但可以預計，在我國房屋建筑抗震領域蓬勃發(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，無法承受地震災害的強大沖擊。因此，設計人員在確定使用地基隔震層這一防震技術時，應深度考量其可對房屋工程建筑造成的系列不利影響，并加以應對處理。保障隔震層的隔震性能可在突發(fā)地震災害時得到充分發(fā)揮，保護大眾基礎性財產(chǎn)、生命安全。

5結語

綜上所述，在我國地震災害頻發(fā)的新時代背景下，房屋建筑領域的抗震設計成效收獲到了社會各界的重點關注。對此，設計人員應側重秉持因地制宜這一根本性原則，針對我國不同地區(qū)的地質結構、災害特征、地理條件等基本要素，在房屋建筑結構設計中同樣采取不盡相同的抗震設計。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)代化建筑領域長遠發(fā)展。

參考文獻

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[4]胡曉倩.基于抗震設計在房屋建筑結構設計中的應用研究[J].建筑技術開發(fā),2019,46(10):1-2.

作者:寧海永 單位:華紡房地產(chǎn)開發(fā)有限公司