房屋建筑工程抗震设计

聂铜光

摘要：房屋建筑工程的抗震设计主要包括三个方面：概念设计、计算设计和构造设计。由于地震及地震效应的不确定性和复杂性，以及计算模型与实际情况的差异，因此不能仅依赖计算设计，结构抗震性能的决定性因素首先取决于良好的概念设计。因而本文从对抗震设计的方法介绍入手，重点阐述了房屋建筑工程的抗震概念设计。

关键词：房屋建筑、抗震设计、抗震概念设计

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1、前言

由于地震动和结构地震反应的不确定性和复杂性，建筑物在强烈地震作用下的破坏是十分复杂的，通过精确计算地震作用而进行抗震设计具有一定困难。目前建筑抗震设计主要通过两种途径实现，即抗震计算设计和抗震概念设计。抗震计算设计是指基于地震作用效应的定量分析计算而进行的抗震设计；抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，通过合理的定性判断对建筑场地，建筑物平、立面和结构体系，抗震构造措施等一系列重要问题进行设计处理。合理地进行抗震设计，首先应从大的方面人手，通过灵活、合理地运用抗震设计原则，从根本上消除建筑物抗震薄弱环节，避免发生严重破坏和倒塌。

2、抗震设计方法

在具体进行建筑结构的抗震设计时，为简化计算，《建筑抗震设计规范》提出了两阶段设计方法，即建筑结构在多遇地震作用下应进行抗震承载能力验算以及在罕遇地震作用下应进行薄弱部位弹塑性变形验算的抗震设计方法。第一阶段设计：首先按与基本烈度相应的众值烈度(相当于小震)的地震参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用效应；然后与其他荷载效应按一定的组合原则进行组合，对构件截面进行抗震设计或验算，以保证必要的强度；再验算在小震作用下结构的弹性变形。这一阶段设计，用以满足第一水准的抗震设防要求。第二阶段设计：在大震作用下，验算结构薄弱部位的弹塑性变形，并采取相应的构造措施，以满足第三水准的抗震设防要求。对绝大多数建筑结构来说，不需要进行第二水准的抗震设计，仅对少部分特别重要的或存在薄弱部位的建筑物，才需做第二水准的抗震设计。

3、抗震的概念设计分析

概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。

3.1、选择有利于抗震的场地

选择房屋的建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，作出综合分析。宜选择对房屋建筑抗震有利的地段。

3.2、选择利于抗震的地基和基础

同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上；也不宜部分采用天然地基，部分采用桩基；当地基有软弱黏土、可液化土、新近填土或严重不均匀土时，应采取地基处理措施加强基础的整体性和刚性，以防止地震引起的动态和永久的不均匀变形；在地基稳定的条件下，还应考虑结构与地基的振动性，力求避免共振的影响。

3.3、选择对抗震有利的建筑平面和立面

布置建筑的平面和立面布置宜对称、规则，力求使质量和刚度变化均匀。规则结构为建筑的立面和竖向剖面规则，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，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。结构不规则又分为平面不规则和竖向不规则。平面不规则：如在建筑平面上呈“L”、“T”、“H”、“Y”形和附加的结构物，容易加大扭转振动、局部振动或空间振动。竖向不规则：如在立面上的屋顶小屋，平面呈阶梯形向上收缩成柔弱的底层，常引起过大的局部振动和应力与变形的集中；多层房屋中延性不均匀或迅速突变常常引起很大的非线性变形集中而导致严重破坏，甚至倒塌。

另外，建筑的防震缝应根据建筑的类型、结构体系和建筑形状等具体情况的实际需要设置。当建筑体形复杂而又不设防震缝时，应选用符合实际的结构计算模型，进行较精细的抗震分析，估计其局部应力和变形集中及扭转影响，判明其易损部位，采取措施提高抗震能力；当设置防震缝时，应将建筑分成规则的结构单元。防震缝应根据烈度、场地类别、房屋类型等留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开。伸缩缝、沉降缝应符合防震缝的要求。

3.4、选择合理的抗震结构体系

抗震结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经过技术、经济条件比较，综合确定。在选择建筑结构体系时，应符合以下要求：

(1)应具有明确的结构计算简图和合理的地震作用传递途径。

(2)宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。所谓多道抗震防线，是指在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下，首先达到屈服，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用，即担负起第一道抗震防线的作用，其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服，从而形成第二、第三或更多道抗震防线，这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。例如框架一剪力墙结构，剪力墙是第一道抗震防线，框架是第二道抗震防线；延性框架，框架梁是第一道抗震防线，框架柱是第二道抗震防线；减震结构，减震装置是第一道抗震防线，主体结构是第二道抗震防线等。

(3)应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力。

(4)宜具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

3.5、选择合理的结构构件

结构构件应具有良好的延性，力求避免脆性破坏或失稳破坏。在选择抗震结构的构件时，应符合下列要求：

(1)砌体结构构件应按规定设置钢筋混凝土结构圈梁、构造柱、芯柱或采用配筋砌体和组合砌体柱，以改善砌体结构的抗震能力；

(2)混凝土结构构件应合理地选择构件尺寸、配置纵向钢筋和箍筋，避免剪切先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服破坏、钢筋锚固粘结先于构件破坏；

(3)钢结构构件应合理控制构件尺寸，防止局部或整个构件失稳。

3.6、处理好非结构构件和主体结构的关系

附着于楼、屋面结构构件的非结构构件(如女儿墙、雨篷等)应与主体结构有可靠的连接或锚园，避免倒塌伤人或砸坏仪器设备；围护墙与隔墙应考虑对主体结构抗震有利或不利的影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏；幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠的连接，避免塌落伤人，当不可避免时应有可靠的防护措施。

3.7、注意材料的选用和施工质量

除对材料和施工的一般要求外，抗震结构对材料和施工质量的要求应在设计文件上注明，并应保证切实执行。各类材料的强度等级应符合最低要求，钢筋接头及焊接质量应满足规范要求。在施工中，不宜以强度等级高的钢筋替换原设计中的纵向受力钢筋。

3.7、采用结构控制新技术

选用隔震与耗能减震新技术，是根据建筑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构方案及使用条件等，经对结构体系进行技术、经济可行性的综合对比分析后确定的。隔震与耗能减震结构体系都广泛地运用于现代抗震结构中，隔震体系是通过延长结构的自振周期来减小结构的水平地震作用，而耗能减震体系是通过耗能器增加结构阻尼来减小结构在地震作用下的位移的。并且耗能减震结构具有减震机理明确，减震效果显著，安全可靠，经济合理，技术先进，适用范围广等特点。

4、结束语

总之，房屋建筑的抗震设计是一项复杂的系统性工程，为了确保房屋的建筑质量，保障人民群众的生命财产安全，在工程实践中，不断加强对抗震设计理论及方法的分析和研究具有非常重要的现实意义。

参考文献：

[1]张述勇，工业与民用建筑专业设计指导，地震出版社,2008.01.

[2]周云等编著，防灾减灾工程学，中国建筑工业出版社,2007.08.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。