论现代住宅建筑抗震设计

钟华

（中油辽河工程有限公司结构工程所，辽宁 盘锦 124010）

建筑结构工程师是住宅建筑抗震性能好坏的主要责任人，其建筑进行的抗震设计目标是竣工后的住宅建筑结构在刚度上、强度上、延性性能等多种性能可以到到最大值，从而可以实现我们常说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”。但是，地震往往存在着诸多的不确定的因素，它对住宅建筑的破坏机理是十分复杂的，地震又都是往复循环的对建筑进行破坏，所以建筑设计师是很难充分的考虑到建筑结构的空间作用、材料时效、非弹性性质等诸多的结构内力因素的，计算机的水平也不够完善，因此现代的住宅建筑结构在遭遇地震时并没有特别良好的抗震能力。

1 现代住宅建筑抗震设计的基本原则

1.1 尽可能多的设置抗震防线。①若干个延性较好的体系才可以组成一个良好的抗震结构体系，并且这若干个延性较好的分体系的结构构件还应该协同工作的。②往往地震都不是只发生一次，特别是级别较高的地震，其第一次地震之后往往伴随着多次的余震，如果只设置一道抗震防线，当建筑面对地震之后伴随而来的余震时，建筑往往会失去抗震能力而导致倒塌。住宅建筑的抗震结构体系应有意识建立屈服区并尽可能多的留有外部及内部的冗余度，而主要的消耗地震震能的结构构件也应具有较好的刚度及延性，这样抗震结构便可以最大化的消耗地震震能，从而提高建筑的抗震性能，建筑也不会在地震中倒塌。③要准确处理好抗震结构构件的强弱关系，当主要耗能的结构构件达到屈服状态时，同一楼层内的其他构件应当仍处于弹性状态，这样有效的屈服便可以保持的时间更长，也就提高了结构构件的抗震性能及延性。④在抗震结构的设计中对结构设计不应差距过大，如果某一部分的结构设计太强，那么其他部位的结构构件也就相对较为薄弱，这样就可能会导致在地震到来时，过强的结构还没有展现抗震能力，住宅建筑的建筑结构已经瞬间倒塌了。

1.2 抗震结构构件必须具有足够的承载力、刚性、延性等抗震性能。①住宅建筑的抗震结构构件应遵守四强三弱原则，即“强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件，强底层墙”。②抗震的主要耗能结构构件应当采用承受横向荷载的构件，不宜采用承受纵向荷载的构件。③对于在地震中可能抗震性能较为薄弱的结构构件，应采取一定的措施从而提高其抗震性能。具体有以下四种措施：由于在强烈的地震条件下，结构构件是不存在安全储备的，因此往往判断构件抗震性能是否薄弱的基础就是抗震构件的实际的承受荷载的能力；当楼层部位的实际的承载能力与在进行建筑设计时所设计的弹性受力的比值有突变时，便会导致塑性变形的集中，从而减弱楼层部位的抗震性能，因此这个比值必须是均匀的；应注意建筑抗震结构个部位的抗震性能的协调，避免结构局部抗震性能的加强；在进行建筑结构的抗震设计时，应有意识的控制控制抗震性能较为薄弱的部位，在不产生位移的情况下具有足够的抗变形能力，这也是提高薄弱部位抗震性能的有效的措施。

2 现代住宅建筑抗震设计的常见的问题

2.1 抗震结构的平面布置的问题：在同一结构单元内，抗震结构的刚度不均匀，平面形状不对称，结构的平面长度太长，抗震结构整体的外形凹凸变化尺度过大以不对称、不规则。

2.2 两种不同的受力体系存在与同一个抗震结构的单元中。如同一结构单元中一半采用全框架承重受力，而另一半采用砌体承重受力；又或是一般采用砖墙落地承重受力，而另一半采用底框承重受力。当存在两种受力体系时，抗震结构的纵向刚度与横向刚度会产生抵消甚至是突变，这对结构的抗震性能是非常不利的。

2.3 抗震结构中的抗震构造柱设置不当。有的结构不设置抗震构造柱，如大厅死角；有的抗震结构有设置了过多的抗震构造柱，如纵墙和山墙的交接处。

2.4 抗震结构平面布局的刚度不均匀。根据抗震的设计要求，建筑的平面及立面应对称并规正，平面布局的刚度应分布均匀。

2.5 抗震结构的抗震等级掌握不准确。有的抗震等级需要高，设计时却降低了；相反的有的低设计时却提高了，设计抗震结构时，应对建筑的土类型、结构类型、建筑高度等做综合评定，如果这些综合评定评定不准，则抗震等级也不准确。

2.6 抗震结构的其他问题。有的抗震结构南侧是柱子，而北侧是纵墙，这会造成建筑的南北刚度不均匀；有的设计抗震结构时纵墙不落地而横墙，这就变成了纵向框支；有的抗震结构只有框支，底层却没有横向落地抗震墙；有的内框砌体抗震结构没有纵墙，取而代之的是大空间的隔断设计。上述种种的抗震结构问题都存在着严重的抗震隐患，这些是需要引起建筑结构设计师高度的重视的。

3 提高住宅建筑抗震性能的措施

有抗震要求的住宅建筑应同时满足强度、刚度及延性的要求，由于钢筋混凝土的自重较大，住宅建筑的承担的轴力会随着楼层高度的增加而增加，提高结构构件的延性就必须将轴压比控制在一定的范围内，这样就会导致柱的截面面积增加，也就是形成了短柱甚至是超短柱。由于短柱本身的延性很差，所以在发生地震时建筑就会因短柱结构破坏而倒塌。因此，提高了混凝土短柱的延性也就是提高了混凝土短柱的抗震性能，可以从以下三方面，提高混凝土短柱的抗震性能。

3.1 提高短柱的受压承载力。短柱的受压承载力提高了，也就是意味着短柱截面减小了，短柱的剪跨比提高，也就是提高了建筑结构的抗震性能。提高混凝土的强度等级是提高短柱受压承载力的最直接的方法，但是需要注意的是高强度等级的混凝土本身延性较差，所以使用高强度的混凝土时应其他抗震措施配合使用。另外，钢管混凝土也可以提高短柱的受压承载能力。

3.2 采用分体柱。当地震到来时，短柱往往是因为自身的抗剪强度不够而导致实效倒塌，短柱本身的抗弯强度比抗剪强度要高很多，所以认为降低短柱的抗弯强度，使短柱的抗弯强度低于抗剪强度，这样地震到来时，短柱便不会失效。降低短柱抗弯强度的方法就是采用分体柱，即将原有的短柱分为2个或4个柱肢组成的分体柱。

3.3 采用钢管混凝土柱。钢管混凝土是将混凝土填入到圆形钢管内而形成的钢管混凝土的组合材料。混凝土在钢管内部受到约束并呈现三面受压状态，这样混凝土的抗压强度便得到了很大的提高，混凝土的延性也得到了提高。如果选用钢管混凝土和合适的套箍指标做成柱子，柱子的承载便会大幅度的提高，钢管混凝土柱的柱截面比普通的钢筋混凝土柱的柱截面要小一半以上，这样便消除了短柱并且提高了柱本身的抗震性能。

通过以上论述，我们对现代住宅建筑抗震设计的基本原则及建筑抗震设计所存在的问题进行了详细的分析，并提出了提高住宅建筑抗震结构的抗震性能几种方法。只有做好了住宅建筑的抗震设计，住宅的居住居民住的才能够安心，建筑业才可以蓬勃的发展起来。

[1] 郭继武.建筑抗震设计[M].中国建筑工业出版社，2006.

[2] 胡庆吕.钢筋混凝土房屋抗震设计[M].地震出版社，1991.

[3] 刘大海.高层结构抗震设计[M].中国建筑工业出版社，1998.

[4] 王松涛.现代抗震设计方法[M].中国建筑工业出版社，1997.

[5] 钱培风.结构抗震分析[M].地震出版社，1993.