淺析房屋建筑結構中的抗震設計

【關鍵詞】房屋建筑；結構設計；抗震設計；要點分析 

　　我國建筑抗震設防的目標是三個水準，即小震不壞，中震可修，大震不倒。滿足抗震承載力要求，房屋可“小震不壞”；滿足結構體系、平立面布置和抗震措施等要求，房屋可符合“中震可修”；滿足房屋高度和層數(shù)及構造柱和圈梁等要求，房屋可做到“大震不倒”。 

　　1. 抗震概念設計 

　　1.1 場地和地基選擇 

　　選擇建筑場地時，應根據工程需要，掌握地震活動情況、工程地質和地震地質的有關資料，對抗震有利、不利和危險的地段做出綜合評價。 

　　1.2 注意減輕結構自重 

　　地基壓縮變形大小與上部荷載值成正比。因此，減輕結構自重是降低基底附加應力，減少沉降的有效措施，對于基礎，可以選用自重輕，覆土少的基礎形式，如寬基淺埋，空心基礎，薄殼基礎甚至箱形基礎，或設置地下室、半地下室等。對于上部結構，可以選用預應力、輕鋼結構和單位容重小的輕質墻體材料，以減輕對地基的壓力，減少地基沉降。 

　　1.3 建筑設計和建筑結構的規(guī)則性 

　　建筑的平面布置和抗側力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱，平面形狀應具有良好的整體作用。建筑平面應避免過大的凹凸，避免開大洞造成的樓板局部不連續(xù)；結構的側向剛度宜均勻變化，墻體沿豎向布置上下應連續(xù)，避免剛度突變；豎向抗側力結構的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小，避免抗側力構件的承載力突變。體型復雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結構，可按實際需要在適當部位設置防震縫，形成多個較規(guī)則的結構單元。 

　　2.鋼筋混凝土結構房屋抗震設計 

　　2.1目前鋼筋混凝土結構房屋在抗震設計中存在的問題 

　　混凝土結構設計規(guī)范采用了梁、柱構件內力調整柱軸壓比限制和柱體積配箍率等措施，其主要的目標是保證強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件的設計思想。從地震災區(qū)框架結構震害來看，較多數(shù)的現(xiàn)行建筑物未達到強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件這一目標，其重點是柱和節(jié)點破壞，梁出現(xiàn)塑性鉸的情況較少，在框架梁 柱節(jié)點區(qū)的澆筑施工中，易將箍筋下移，引起節(jié)點區(qū)箍筋不足。 

　　2.2 抗震計算 

　　2.2.1 高度不超過40m、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結構，可采用底部剪力法計算； 除上述外的建筑結構，宜采用振型分解反應譜法；特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算；當取三組加速度時程曲線輸入時，計算結果宜取時程法的包絡值和振型分解反應譜法的較大值；當取七組及七組以上的時程曲線時，計算結果可取時程法的平均值和振型分解反應譜法的較大值。 

　　2.3 構件抗震設計 

　　2.3.1 抗震柱的設計 

　�。�1）注意調整柱端截面設計內力 

　　框架結構的變形能力與框架的破壞機制密切相關，實驗研究表明，梁先屈服，可使整個框架有較大的內力重分布和能量耗散能力，柱一般在軸向壓力作用下，其延性通常比梁的要小，如果不采取“強柱弱梁”措施，柱端很可能比梁端先出現(xiàn)塑性鉸。因此適當調整柱計算內力并增大配筋，使塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端，抗震性能較好。對于一、二、三級框架節(jié)點的上下柱端，其組合的彎矩設計值之和∑MSc應按下式調整： 

　　∑Mc=ηc∑Mb 

　　∑Mc 節(jié)點上下柱端截面順時針或逆時針方向組合的彎矩設計值之和，上下柱端的彎矩設計值可按彈性分析分配 

　　∑Mb 節(jié)點左右梁端截面順時針或逆時針方向組合的彎矩設計值之和，一級框架節(jié)點左右梁端均為負彎矩時，絕對值較小的彎矩應取零 

　　ηc 框架柱端彎矩增大系數(shù)；對框架結構，一、二、三、四級可分別取1.7、1.5、1.3、1.2；其他結構類型中的框架，一級可取1.4，二級可取1.2，三、四級可取1.1。 

　　（2）剪力的調整 

　　由于抗震規(guī)范規(guī)定的柱端彎矩增大措施只能適度推遲柱端塑性鉸的出現(xiàn)，而不能避免出現(xiàn)柱端塑性鉸，因此對柱端也應提出強剪弱彎要求，避免柱底部在彎曲破壞之前出現(xiàn)剪切破壞。對于一、二、三級框架柱的柱端截面組合的剪力設計值V應按下式調整： 

　　V=ηVc （Mcb + Mct ）/ Hn 

　　ηVc 柱剪力增大系數(shù)；對框架結構，一、二、三、四級可分別取1.5、1.3、1.2、1.1；對其他結構類型的框架，一級可取1.4，二級可取1.2，三、四級可取1.1。 

　　Hn 柱的凈高 

　　2.3.3 要增加柱的延性 

　　軸壓比越大導致柱的抗壓強度儲備越低，在地震時混凝土容易壓碎而導致柱的破壞，限制柱軸壓比可提高柱的延性。 

　　2.3.4 抗震架梁的設計 

　　在框架結構設計中，應力求做到在地震作用下的框架呈現(xiàn)梁鉸型延性機構，為減少梁端塑性鉸區(qū)發(fā)生脆性剪切破壞的可能性，對梁端的剪力適當調整，使斜截面受剪承載力高于正截面受彎承載力，做到強剪弱彎。梁端截面組合的剪力設計值V應按以下公式調整： 

　　V=ηVb （Mbl + Mbr）/ln+ VGb， 

　　同時，抗震設防烈度為9度和一級框架還要符合： 

　　V=1.1（Mbual + Mbuar）/ln+ VGb，中，ηVb為梁端剪力增大系數(shù)，一級框架取1.3，二級取1.2，三級取1.1。Mbl 、Mbr 、Mbual 、Mbuar 分別為梁左右端截面組合的彎矩設計值和實配的鋼筋按標準值計算的所能承擔的彎矩值。VGb為重力荷載代表值作用下，按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值。 

　　2.3.5. 鋼筋混凝土結構房屋抗震設計的注意事項 

　　首先必須做好細部構造，使非結構構件成為抗震結構的一部分，在計算分析時，充分考慮非結構構件的質量剛度強度和變形能力。其次設計過程中，應充分考慮非結構構件對主體結構的影響，并考慮可能出現(xiàn)的短柱，在設計中予以加強。 

　　3.磚混結構房屋的抗震設計 

　　3.1 結構布置 

　　合理布置縱墻和橫墻，應優(yōu)先采用縱橫墻共同承重的結構體系。多層磚混房屋的主要承重構件是縱橫墻體，縱橫墻共同承重的房屋既能比較直接地傳遞橫向地震作用，又能直接或通過縱橫墻的連接傳遞地震力。縱橫墻布置宜均勻對稱。 

　　3.2抗震計算 

　　抗震計算是抗震設計的重要組成部分，是保證滿足抗震承載力的基礎。多層砌體房屋的抗震計算，可采用底部剪力法，并應調整地震作用效應。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房，宜采用考慮地震扭轉影響的分析程序。目前，多層砌體房屋的抗震設計中，由于洞口布置不合理，抗震驗算不滿足是較普遍的現(xiàn)象。 

　　3.3抗震構造措施 

　　構造柱可提高砌體墻的極限變形能力，增強內外墻連接的整體性，使砌體墻在遭遇強烈地震作用時約束砌體的坍塌崩裂，阻止砌體突然倒塌，剛度退化慢。構造柱與墻體的連接處應砌成馬牙槎，先砌墻后澆構造柱混凝土，沿墻高度每隔500mm設2ф6拉結筋。構造柱縱筋應穿過圈梁，保證其上下連續(xù)性，墻內的柱距不宜大于層高且不宜大于4.2m。 

　　總結： 

　　地震是人們正常生活的嚴重安全隱患，建筑設計人員必須認真研究以往地震災害中建筑的破壞原因和狀態(tài)，在房屋建筑結構中強化抗震設計，不斷的總結經驗和優(yōu)化設計，提高建筑的抗震能力，最大程度的降低因地震造成的損失。 

　　參考文獻： 

　　[1]《建筑抗震設計規(guī)范》，（GB50011 -2010） 中國建筑工業(yè)出版社 

　　[2]馮光海《建筑結構的抗震性設計探討》[J].建材與裝飾（下旬刊）2008年（01） 

　　[3]萬杰、何梅、郭華《汶川地震后建筑構造抗震措施之反思》[J].西安建筑科技大學學報自然科學版.2008（40）.