抗震设计在房屋建筑结构设计中的运用分析

高正贤

地震是自然界的一种破坏性力量，给人类造成巨大的生命伤害和财产损失。为了提高建筑物抵御地震的能力，抗震设计研究应运而生，其主要是通过优化建筑结构，减少地震对建筑物的破坏程度，保护人民的生命财产安全。基于此，本文将探讨抗震设计在房屋建筑结构设计中的运用，先介绍抗震设计的基本原理，分析常见的抗震设计方法和技术，然后结合抗震设计的实践案例，了解不同抗震设计方法在实际工程中的运用效果，并探讨其优缺点。

1 房屋建筑抗震设计分析

房屋建筑抗震设计是在地震区域中确保建筑物安全的重要环节。为了提高房屋的抗震能力，设计师需要遵循简化性、抵抗性、整体性3 个原则：

1）简化性是指在设计过程中尽量减少结构的复杂性，以简约的形式实现抗震能力。简化结构能减少不必要的节点和连接，降低材料使用量，并提高施工效率。同时，简化性设计还可以减少结构的共振现象，减小地震作用对结构的影响。因此，在进行房屋抗震设计时，设计师应考虑使用简单而有效的结构形式，如框架结构、剪力墙结构。

2）抵抗性是指房屋结构具有足够的承载能力，能抵抗地震作用。在抗震设计中，设计师要根据地震区域的地质条件和地震活动水平，合理选择合适的结构形式和材料。例如，使用高强度的混凝土或钢材料，能增加结构的抗震能力；还要考虑结构的荷载分配和变形控制，确保房屋在地震中能承受住外力的作用。

3）整体性是指房屋结构各部分间的协调，从而增强整体抗震能力。在抗震设计中，设计师需要考虑各个构件间的连接方式和布置位置，确保整个结构能形成稳定的整体。除此之外，应该考虑结构的水平抗震性能和垂直抗震性能以及地震引起的水平位移和垂直位移对结构的影响。设计师通过合理布置支撑构件，提高了整体抗震能力。地震烈度及对应的基本地震加速度值，如表1 所示。其中，g 取值9.8 m/s2。

表1 地震烈度及对应的基本地震加速度值统计表

2 抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用

2.1 工程概述

以某房屋建筑工程为主要研究对象，将建筑结构的抗震设防等级设定为8 度，结合抗震要求进行抗震设防。整栋房屋共7 层，采用混凝土现浇方式施工，其中1 层为车库，2 层为办公区，主要采用砌筑结构。从项目总体上分析，该房屋建筑工程总面积731.5 m2，纵向长度19.00 m，横向建筑面积5.50 m2。由于该项目房屋纵向南侧没有围墙，抗震性能难以达标。提出2 种抗震优化设计方案，以达到上述标准。

2.2 设计要点

2.2.1 设计前期的震害调查

近年来，地震频发成为世界各地不可忽视的自然灾害，在地震中房屋结构承受着巨大的力量冲击。因此，在房屋结构设计前，工作人员要进行一次全面的震害调查，其主要目的是评估地震对房屋结构的潜在影响，有利于设计师制订出合适的结构设计方案，进一步增强房屋的抗震能力。调查人员会收集历史地震数据，包括震级、震源深度、震中距离等信息，帮助其确定该地区的地震活动水平，从而评估房屋所面临的地震风险。接下来，调查人员会实地检查现有的房屋结构，寻找可能存在的结构缺陷，观察墙体、柱子、梁、地基等结构组件的状况，并进行必要的测试。通过上述调查，确定哪些部分需要进行加固，从而提高房屋的抗震性能[1]。

经专业人员勘察，本文中7 层房屋采用混凝土作为墙体的建筑材料，在纵向一侧设置轻体墙，在形成完整梁柱结构的5 层砌体结构中设置车库和底商。然而，由于这种结构的中柱截面较低，其对应的墙面为砖砌体墙。除第1 层外，从第2 层开始工作人员全部应用传统砌体施工方法，得到砖砌体墙。从建筑结构布局上分析，这类建筑的上层建筑与下层建筑的墙体之间是有差异的，呈非连续性的特征，沿竖向的一面向墙体倾斜。当出现地震问题时，仅有部分房屋未倒塌，其他房屋均出现严重破坏，给居民日常生活带来不同程度的影响。

2.2.2 制订设计方案

地震是一种破坏性极大的自然灾害，对于房屋结构来说，具有严重的威胁。因此，在房屋建筑结构设计过程中，必须充分考虑抗震能力，制订相应的设计方案，以确保房屋在地震中能够保持稳定。不同的结构形式在抗震能力上有差异，在选择结构形式时应根据地区的地震活动性、土壤条件等因素进行综合评估。常见结构形式有框架结构、剪力墙结构、框剪结构等。对于高地震活动性地区，应优先选择剪力墙结构或框剪结构，从而增加房屋的抗震能力。同时，抗震材料是确保房屋结构具备良好抗震性能的关键。在材料选择上，要优先考虑具有较高抗震性能的材料，如高强度钢筋、高强度混凝土等。还要注意材料的可靠性，选取合适的抗震材料，能有效提升房屋的整体抗震能力。在房屋建筑结构设计中，结构细节合理性对于提升抗震能力非常重要。在设计过程中，应充分考虑结构节点和连接部位的抗震性能，使用适当的连接方式，以增加结构的整体稳定性。且要考虑房屋的储备能力，即在地震发生的时候，结构是否具备较强的变形能力，从而缓冲地震对房屋的冲击。对于1 层为车库和底商的房屋建筑，工作人员通常利用增强横墙承重的方式，提高建筑自身的稳定性，而忽略处理纵向抗侧力构件，无形中降低了建筑整体的抗震性能。本文从刚度控制和技术层面着手，有效地解决上述问题。也就是说，将该类型房屋作为多层砌筑房屋，提出基于刚度控制层面的设计和技术层面的设计，切实优化房屋建筑结构[2]。

1）基于刚度控制层面的设计。工作人员要以增强建筑物墙体抗震性能为重点，严格按照建筑物抗震性能设计标准，以底层框架结构抗震墙为主体，科学设置竖向刚度比，提高轴线纵向刚度。结合震害调查资料可知，底框结构太过复杂，若在建筑抗震等级上应用复合材料建立混合结构，建筑抗震等级提高难度较大[3]。为了改善该环节的抗震性能，本文采用刚度比计算公式，科学分析建筑抗震墙的刚度比：

式（1）中：K1为房屋建筑底层刚度；K2为房屋建筑2 层刚度；∑Kω为混凝土抗震墙侧向刚度；∑Kf为位于底层的框架侧向刚度；∑Kbω为处于底层的抗震墙侧向刚度。

工作人员通过以上工作的应用，对不同环节的指标刚度进行了测算，刚度标准得到了有效的规范：第1，对底层防震墙进行刚性控制。以抗震阶段抗震墙弯曲变形为设计标准，对剪切形变效应进行科学判断，对刚度控制限值进行精确计算，从而得出刚度控制标准的不同情况。第2，控制底框刚性。工作人员以弯曲变形刚度为唯一判断标准，假定框架梁刚性指标要求，对建筑物的抗震性能要求进行事先摸底，对框架柱刚度范围进行合理控制。第3，控制砌体抗震墙刚度。在研究该性能标准时，工作人员要推断出墙体宽度和高度比例，如果两者比例＜1，要采用剪切为标准，避免墙体出现变形问题，合理控制刚度数值；当数值在1 ～4 时，工作人员需要在剪切形变基础上设置弯曲指标，合理控制刚度控制范围；如果数值远超4，要应用等效处理法，控制侧向刚度是指为0[4]。

2）基于技术层面设计。纵向抗震结构处理的建议是考虑到房屋建筑纵向抗震性能较弱而提出的，具体如下：第1，无论是车库还是底商，在满足抗震墙砌体设计要求、科学设置1 层钢筋混凝土框架结构、纵向增加抗震量、确保上墙框架与下墙框架相互对齐、全面检查符合行业的梁柱位置、严格按照建筑标准设计等方面，都要注意处理好1 层建筑的通行门轴线。合理控制建筑2 层侧向刚度和沿着轴线位置的1层框架结构刚度比例。第2，严格遵循均匀布设的原则，从现有的错落有致排列到均匀分布，两侧按照轴线对称排列，对1 层建筑的轴线混凝土抗震墙进行科学优化[5]。如果1 层楼属于单开门型，则应该以侧向刚度作为调节物体，合理设置1层的侧向刚度系统，这样才能在地震发生阶段有效地防止扭转作用的发生。第3，将外纵墙底层混凝土构件为优化对象，和横向墙体相互连接，建立完整的建筑结构，合理优化抗震墙体和梁柱框架[6]。

2.2.3 建筑基础选型

建筑基础选型有如下几点：第1，选择合适的地基类型。地基是建筑物与地面之间的结构，承担着建筑物自身重量以及地震力的传递。根据地基的稳定性和承载能力，分为岩石地基、砂土地基、软土地基等类型。岩石地基具有较好的稳定性和承载能力，适合用于高层建筑和大型工程；砂土地基的稳定性较差，但承载能力较高，适合用于多层建筑；软土地基的稳定性最差，承载能力较低，需要采取特殊的处理措施[7]。因此，在选择地基类型时，需考虑地质条件、建筑物类型和地震烈度等因素，确保地基能满足建筑物的需求。第2，设计合理的基础形式。基础形式包括浅基础和深基础两种类型。浅基础适用于土层较为坚实且承载能力较高的地区，筏板基础、扩展基础等；深基础适用于土层较松软或承载能力较低的地区，如桩基、钢筋混凝土桩等。选择合适的基础形式需要考虑地质条件、建筑物荷载和地震力等因素，确保基础能够有效地承担地震作用，并将地震力传递到地下稳定层。第3，采用适当的基础抗震措施。基础抗震措施是指在设计和施工过程中采取的一系列措施，以提高基础的抗震性能。例如，通过增加基础的尺寸、加固基础连接部位、采用抗震支撑等方式来增加基础的刚度和强度。此外，还可采用局部加固、悬挑效应、剪力墙等措施来进一步提高基础的抗震性能。通过合理的基础抗震措施，有效减小地震作用对建筑物的破坏[8]。

2.3 房屋建筑抗震设计

2.3.1 平面设计

本工程1 层楼建筑为3.3 m，其他楼层建筑高度为3.0 m，内外墙厚度分别为240 mm、260 mm，柱截面尺寸控制为480 mm×360 mm。

在2 ～7 层建筑平面设计过程中，全部应用普通砌体墙设置，对齐纵向框架结构，外部设置阳台，除了高度存在差异外，其他参数尺寸和1 层平面设计的数据基本相同。

2.3.2 加固设计

为了增强建筑结构的抗震性能，提出2 种加固设计方案。在第1 种加固设计方案中，在建筑两端开间位置提高墙体厚度，有效优化抗震性能。其中，混凝土墙体厚度在原有基础上提升到500 mm。同时，在墙体位置开孔，优化库房施工流程，但这种方案要减少车库数量，但能提升车库使用的舒适性，进一步拓展入门空间。在第2 种方案中，其在既有建筑结构基础上增加混凝土翼墙厚度，将厚度增加到300 mm[9]。这种加固方案虽然不会降低车库数量，但入门空间较少，无形中降低其使用舒适度（图1）。

图1 剪力墙抗震设计（来源：网络）

2.4 抗震性能测试

通过分析上述2 种加固方案，进一步分析计算内容，判断刚度比是否达到行业标准。如果刚度比为1.0 ～1.5，则判断刚度比能达到为行业标准（表2）。通过分析上述结果，发现两种加固方案的刚度完全满足1.0 ～1.5 标准。结合相关数据，工作人员要按照建筑实际使用标准，采用一种合理的加固方案[10]。

表2 不同加固方案的刚度比计算结果统计表

3 结语

随着现代社会不断发展，抗震设计在房屋建筑结构设计中的运用研究越来越受重视。经过对相关文献和实践案例的综合分析，得出结论：

1）抗震设计是确保建筑结构在地震发生时能安全承受地震力的关键。通过采用合理的结构形式、材料选择、施工技术，有效提高建筑物的抗震性能。研究表明，强震区的建筑结构应该遵循一定的抗震设计准则，包括考虑地震荷载大小、确定合适的结构型式、加固结构节点、连接件等。

2）抗震设计不仅是为了确保建筑物的人员安全，还可减少地震灾害对社会经济的影响。通过合理的抗震设计，降低地震造成的损失，提高建筑物的恢复能力，减少业主和社会的经济负担。因此，抗震设计在房屋建筑结构中的运用是非常必要的。

3）抗震设计要综合考虑多个因素，除了地震力的大小之外，还要考虑建筑物的功能、使用寿命、基础条件等多方面的因素。例如，在设计过程中，要考虑地震波的特点、结构的柔度和刚度等因素，并根据具体情况进行合理的调整。