探析房屋建筑结构的抗震设计

摘要：建筑结构的抗震性能对建筑安全有着十分重要的意义，如果抗震性能不达标，一但遇到强度较大的地震，就会使得建筑物受到不同程度的损伤，对居民生命财产产生巨大的威胁。本文从现阶段建筑结构抗震设计方面存在的问题入手，对其进行详细的分析和探讨，并就建筑结构抗震设计的提高提出几点建议。

关键词：建筑结构；抗震设计；问题；对策

中图分类号：TU2文献标识码： A

近年来，世界各地地震多发，防震设计这一涉及到建筑安全的话题再度呈现在世人面前，究竟怎样的抗震设计才能使得建筑安全得到最大的保证？建筑结构抗震设计中常见的问题应该怎样避免？这都是现阶段困扰抗震设计技术人员的问题。要想解决这些问题，就需要我们在日常工作中积累经验，不断完善抗震理论，加强抗震设计方法的研究，致力于解决常见问题，早日寻求出一套最为精确的抗震设计方案。

一、建筑结构抗震分析和设计的主要内容

在罕遇地震作用下,抗震结构都会部分进入塑性状态,为了满足大震作用下结构的功能要求,有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势,是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计,结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分。但是由于结构弹塑性分析的复杂性,在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上,各国的做法也有所不同。

我国现行抗震规范(GB50011-2010)要求建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下(小震),

按反应谱理论计算地震作用,用弹性方法计算内力及位移,并用极限状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时,要用时程分析法补充计算,并进行大震作用下的变形验算[1]。这种先用多遇地震作用进行结构设计,再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法,即为所谓的二阶段设计方法。同时规范规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。

二、建设抗震设计中常见的问题

2.1 选择建筑抗震场地

在相同的施工条件下，施工场地的地质条件对建筑物的抗震性能起有十分重要的影响，受到破坏的程度存在明显的差异，因此选择建筑场地是建筑结构抗震性能提高工作中一个十分重要的方面，在进行场地选择时，要尽量避开地质条件较差的场地，最大程度上的减小地震带来的损害。 微风化、中等风化的基岩、密实的砂土层以及含水量较低的黏土层都属于比较有利的场地，而液化土、软弱土、湿陷性黄土都属于不利的场地，在选择时要注意辨别。遇到无法避免的不理地段时，要根据土质问题的级别采取一定的加强措施，以改变或改善不利的地质条件带来的影响，并且要对可能出现的不利影响进行预先的估计，估算不同强度的地震可能会带来的影响，并采取相应的加固和加强处理。对于地震时可能出现崩塌、断裂或塌陷的场地，应该进行事先的地基稳固工作，有可能避开的情况下，尽量不选择此类场地进行施工，实在无法避开时，要确保稳固工作的有效进行[2]。

2.2 房屋建筑的地基设计

首先，在建造房屋建筑期间，同一个房屋建筑不允许建造在性质不同的地基上。并且在地基应用上，尽量全然应用天然地基或是桩基，尽可能避免出现两种地基各一半的状况。从而增强房屋建筑的整体刚性，提高房屋建筑的抗震性能。 其次，在埋置房屋建筑的基础时，需注意其埋置深度的控制。若基础埋置深度过浅，将会减少房屋建筑的嵌固作用，增强房屋建筑在地震期间的振幅，提高震害发生几率。因此在设计房屋建筑的基础埋置深度时，应尽量增加其埋置深度。并认真做好基槽回填工作以及夯实工作，确保回填土可基础侧面的紧密接触，提高房屋建筑地基稳定性。 最后，房屋建筑是由上部建筑、基础两个部分所构成的一个整体。因此在建筑室外地坪下，不应应用内外交圈基础圈梁，以免影响上部建筑和基础的整体性。此外，应将上部结构构造柱钢筋嵌入基础圈梁内，从而加强上部建筑和基础的连接牢固性。若建筑建造地段的土质刚度较弱，则还需设置圈梁在基底底部。

2.3 房屋建筑屋顶与墙体的抗震设计

在地震期间，房屋建筑的受损程度与建筑质量之间呈正比关系。也就是建筑质量越重，建筑的受震害程度则越严重。反之，若建筑质量越轻，那么其受震害程度将会越小。其次，建筑结构越稳定，其在地震灾害中的安全性也越高。因此，在房屋建筑结构设计中，应尽可能最小化建筑质量，以达到最小化减小房屋建筑受震害程度的目的。 一方面，减轻房屋建筑围护结构的质量，从而达到减轻房屋建筑墙体质量的目的。若建筑的墙体质量过重，将会降低建筑的抗震性能，使得建筑在面临地震灾害时，易受破坏。因此，在建筑结构设计中，需对减轻墙体重量这一点进行考虑。 另一方面，在建筑屋盖设计期间，应尽量选择质量较轻的材质。并且不要在建筑屋顶设计中添加不必要的附属物，以免增加屋盖重量，间接增加建筑高度，对房屋建筑抗震性能产生不良影响。若在屋盖设计期间，个别物品是必须建造的，则需要通过设计尽可能降低其高度，并增强牢固性。选择质量轻的材料，从而提高建筑的抗震性能。

2.3 建筑结构平面布置的规则和对称

根据抗震理念对建筑的平、立面布置进行相应的设计，保证建筑结构设计方案的规则性，非常不规则的方案一般不建议采纳，根据相关的政策规定，对于不规则的建筑设计（包括平面不规则和竖向不规则），都应该采用空间结构计算模型。而对于凹凸不规则，则应该采用复合楼板平面内实际刚度强度变化的计算模型。对于相对薄弱的部位应该乘以内力增大系数，按照相关规定对弹塑性变形进行分析，并对薄弱部位进行有针对性的抗震构造措施。

对称性是建筑结构抗震性能十分重要的一个影响因素，包括了建筑物的平面对称、质量分布对称以及结构刚度对称。最理想的方案实施建筑的平面形心、质量中心、刚度中心都在一个点上，称为“三心重合”。

三、 提高建筑结构抗震能力的方法

首先，各地区要根据所处区域的地质特征，提高抗震设防标准，以应对可能发生的破坏性更强的地震灾害。科技、地震、建设等部门要严格建筑技术规范，从建房选址、规划设计、材料选用、施工保障等方面加强技术指导和监督检查，确保各类建筑设施符合抗震设防要求。

同时要积极推广研发符合本地建筑物特点的抗震减灾新技术、新工艺、新材料。积极借鉴发达国家和地区的经验和技术，推广应用到各类建筑设施中[3]。尤其是在重点设防地区，即使成本高一些，也要坚持使用抗震能力更强的新技术、新工艺、新材料。 要坚决杜绝不安全建筑材料使用，要科学选材，新材料的使用要严格把关，进行抗震测试和检验，提高可靠性。需要提供相应的出厂证明等材料，安排专人对材料质量进行检测，将质量安全责任落实到人，一旦出现问题，做到有据可查。 另外，建筑结构抗震设计的实施者和管理者，对建筑的抗震能力起到最大的影响[4]。每个工作人员的工作成果都会对建筑抗震能力起到直接或间接的影响，因此，建筑结构抗震设计质量的关键在于提高工作人员的整体素质，工作人员素质的提高，必将带领工程质量的整体提升。

近年来频繁的地震全方位检验了我国建筑结构的抗震设防,在暴露出许多严重问题的同时也使我们看到了希望。今后应该坚持重点发展经济高效的抗震技术措施,在完善已有技术的基础上进一步开拓创新,提供更多更好的抗震技术和产品,发展相应的设计方法和施工工法,完善规范标准体系。此外也还要加强对建筑结构抗震设防的监督和管理,逐步使所有的重要建筑都按照性能设计的原则和方法进行设计,进而将抗震防灾措施落实每一栋建筑。

参考文献:

[1]方小丹,魏琏. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 建筑结构学报,2011,12:46-51.

[2]周锡元. 中国建筑结构抗震研究和实践六十年[J]. 建筑结构,2009,09:1-14.

[3]徐宜和,丁勇春. 高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J]. 江苏建筑,2004,03:22-24.

[4]王成立,谭宁希. 房屋建筑结构抗震设计要求分析[J]. 城市建筑,2014,02:41.