探析房屋建筑中结构抗震概念设计的应用

徐林

【摘 要】如何提高房屋建筑的抗震性能一直是建筑学的重要研究之一，结构抗震能力的提升能够明显改善房屋的整体抗震性能，因此本文对房屋建筑中结构抗震概念设计的应用进行了分析探讨，仅供参考。

【关键词】房屋建筑；结构抗震；概念设计

一、结构抗震对房屋建筑的重要性分析

作为世界上最大的自然灾害之一，地震以其伤害性大，且具有突发性的特点，而对所有的建筑物带来毁灭性的破坏。现阶段，通用的抗震规范原则为：在面对小的地震时，做到建筑物不受破坏；在中震时，造成的破坏能够通过维护恢复；在大地震面前，保证建筑物不会倒塌。这种地震设计原则，在促进建筑物结构抗震能力方面，起到了积极的指导作用。大多数的建筑物，抗震性能得到了大幅度的提升，使得近些年地震造成的伤亡，呈逐渐下降的趋势。

但是，这种结构设计原则的出发点是保证人们的生命安全，因此，地震过后的房屋性能则不在考虑范围内。情况往往是，经过中小地震后，很多建筑物的部分使用功能完全丧失，建筑物处于报废状态。现阶段，高昂的室内装修、智能家居系统设计费用，比建筑物本身价值要高，因此地震造成的经济损失是很大的。因此，提升房屋建筑结构抗震能力，减少地震带来的人员伤亡和经济损失，仍是一个重要的课题，值得广大建筑设计人员去探索。

二、多层房屋的抗震概念设计

1、选择对抗震有利的场地和地基

选择建设场地时，应根据工程需要和地震活动情况，选择对建筑抗震有利的地段，宜避开对建筑抗震不利的地段。对不利的地段，应提出避开要求，当无法避开时应采取有效的措施。在危险地段严禁建造甲、乙类建筑，不应建造并丙类建筑。如当断层穿过建筑物时，建筑物不可避免发生破坏。在汶川地震中，断裂带穿过北川县城，房屋倒塌。在场地选择时还应以工程地质等资料为依据，强烈的地震运动会造成砂土液化、软土震陷，从而致使建筑物地基不均匀沉降、地基失效、房屋倒塌。1964年日本新地震时引发砂土液化，导致地基土完全失效，致使建筑物整体倾斜。这就要求在地基与基础设计时当地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时，应根据地震时地基不均匀沉降和其它不利影响，采取相应措施。并且同一结构单元的基础不宜设在性质截然不同的地基上，同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基，当采用不同类型基础或基础埋深不同时，应根据地震时两部分地基基础的沉降差异在基础、上部结构的相关部位采取相应措施。

2、平、立面布置

历次地震震害表明：结构刚度沿竖向突变、体形外挑或内收等，都会产生某些楼层的变形过分集中，出现严重震害甚至倒塌。从抗震角度平面应优选简单的平面形式，建筑转角少，在地震作用下不易因剪力和应力集中较大而发生破坏。建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，荷载较大的房间宜布置在房屋的下部楼层，使结构重心降低，以减轻震害。避免以下情况：建筑立面造型导致立面体型复杂，如立面收进、外挑结构、立面大开洞、连体建筑；建筑平面布置变化导致竖向结构不连续，如错层结构及有薄弱层的结构形式。体型复杂、平立面不规则的建筑，应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素比较分析，确定是否在适当部位设置防震缝，缝宽需要满足相关规定。

3、结构布置

3.1限制建筑物的层数、高度及框架结构的跨数

我们知道在地震作用下，建筑物各层的绝对加速度、绝对位移等参数均随着层数的增加而增大，因此必须对多层房屋的高度及层数加以限制。为保证在竖向及水平地震作用下，建筑物不会出现整体弯曲破坏现象，避免建筑物出现倾覆现象，对多层房屋总高度与总宽度的最大比值加以限制。鉴于地震下单跨校舍的严重震害，还增加了控制单跨框架结构的适用范围，明确甲、乙类建筑及高度大于24m的丙类建筑不应采用单跨框架结构。

3.2确保结构的整体性

汶川地震震害分析中，砖混结构的倒塌现象十分明显。以极震区北川县城为例，整个县城砖混结构的房屋倒塌约占了整个房屋倒塌的70%以上。老旧房屋未经过抗震设计、对圈梁和构造柱的设置上要求较少、楼板采用预置钢筋混凝土楼板、房屋整体性差等，是导致地震中大量砖混结构倒塌的主要原因。

地震区框架结构房屋倒塌所占的比例并不是很大，但在重灾区特别是极震区框架结构的房屋也遭受到了严重破坏。设计和施工中做到“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱杆件”的建筑物即使填充墙及梁结构发生了严重的破坏，但房屋的主要结构仍然能够承重并支撑整个结构，保证房屋挺立而不倒塌。这就给震后的逃生和救援工作赢得了宝贵的时间，这也符合抗震设防“大震不倒”的原则。而存在梁、柱及梁柱节点明显不符合抗震设计的要求，柱纵向受力钢筋明显偏少，没有足够的箍筋等现象的建筑全部倒塌，如某2层高约9m的框架结构全部倒塌，而且前倾近15m。这进一步证明框架结构抗震设计时必须遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱杆件”的原则。

3.3考虑非结构构件对主体的影响

在汶川地震中曾出现填充墙与结构构件连接不足，大片甩落伤人的现象；玉树地震中也出现某多层住宅框架结构因填充墙布置不合理导致端柱破坏的现象；玉树地震中还出现某工程在大震下砖墙破碎，面砖掉落，而布置合理的幕墙却完好无缺的现象。这些都说明在抗震设计中应考虑非结构构件对结构抗震的有利或不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏；保证附属的结构构件与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备现象的发生。

三、抗震技术在房屋结构设计中的创新

1、隔震技术

隔震技术的主要原理是将全部结构体系的自振周期进行延長， 从而使输入上部结构的水平地震作用得到大幅度减弱， 主要手段是在地基的底部和上部结构之间设置隔震层。这项技术对施工过程的要求较严格， 必须严格按照图纸和施工规范的要求， 做好铺设和架设技术的应用。第一， 在分割建设时， 为了尽可能的提高抗震效果， 铺设要稳固；第二， 建筑物底层和上层有效的分割是关键， 一定要使用精密仪器进行测量， 杜绝估量现象的出现；第三， 隔震装置的选择一定要注意， 避免以次充好的装置出现， 做好保养工作， 防止结构性能退化。

2、消能减震技术

房屋结构中的关键部位是抗震性能的保证， 因此必须进行合理的防护， 具体的防护措施是安装消能阻尼原件设备。在这里要注意的是施工技术的使用， 保证有效的铺设。在施工过程中， 为了使各关键部位在地震发生时能够更好的发挥作用， 要做到以下几点：a. 要把握好关键部位， 确保施工加固时位置没有偏差， 部位没有遗漏；b. 阻尼装置要选择架构兼顾类型的， 这样对内部的稳定性有提升作用；c. 安装技术要合格， 对各关键环节严格把关， 保证搭砌长度， 提高抗震性能。

结束语：

在现代化进程高速发展的今天，高层建筑的发展也突飞猛进。建筑造型独特新颖的建筑，规模和高度也在不断增加。随着建筑业的进一步发展，满足高层建筑的材料、形式、整体力学模型都将趋于复杂和多元化，这就要求每个结构工程师要有过硬的专业知识、清晰的概念分析和熟练掌握处理问题的能力，不断的探索和研究，为我国建筑业的发展贡献自己的力量。

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