淺談具備抗震功能的民用建筑結構設計

喬鳳嬌

（青島市民用建筑設計院有限公司 山東青島 266400）

我國幅員遼闊、地質結構復雜，其中包含了較大范圍的地震帶區域，地震烈度在Ⅶ度的國土區域占全國總面積的41%，這對我國人們的生產生活帶來嚴重影響，房屋建筑就深受其害，進行具有抗震功能的房屋建筑結構設計一直是建筑行業關注的熱點話題。受結構形式等諸多方面的影響，我國民用建筑的抗震結構設計一直是建筑設計的難點，科學合理的民用建筑抗震結構設計不僅能給人們提供良好的居住環境，更能實現生命安全與財產的有效保證；因此，進行如何通過科學的結構方案設計提高民用建筑的抗震性能，一直都是建筑工程人員不得不思考的重要內容，本文由此展開分析。

1 抗震設計的內容

作為一個系統性較強的完整概念，建筑結構的抗震設計包含了場址選擇、結構設計、抗震應用等多個方面。建筑的結構設計是否符合國家相關建設標準，往往會通過其抗震設計進行規范。實踐過程中，針對不同地質情況的區域，其抗震設計的結構應用也存在差異，只有實現結構設計的科學化，才能保證其抗震設計的合理。

在設計內容上，概念設計、抗震計算和構造保證措施是抗震設計的三個主要層次。概念設計將房屋建筑抗震設計的原則進行整體化把握，是建筑結構抗震設計的依據和指導；而抗震設計的技術保證通過計算過程進行實現，規范化、標準化的抗震計算是整個抗震設計的重點；另外，構造保證是實現建筑結構薄弱環節改進的主要手段，這些構造優化措施有效的保證了房屋建筑的整體性。從整個設計過程來看，此三個設計層次密切相關、不可分割。一旦任何設計環節出現疏漏，勢必造成整體設計的失敗。

需要注意的是，概念設計包含了抗震建筑結構設計的總體方案、材料選擇、細部優化、和設計原則等諸多內容；其在注重高深度設計原則的基礎上，兼顧了細節部位關鍵性的設計優化，實現了建筑抗震性能的良好發揮。實踐過程中，一旦地震災害發生，則地質的具體情況、地表的運動情況以及地震過程對房屋建筑的影響情況等都難以把控，這就使得單純的建筑結構抗震計算具有一定的片面性，需要優于實際的措施予以保證。作為抗震建筑結構具體設計的指導，建筑抗震概念的設計充分借鑒了地震災害和工程經驗的實踐，對抗震建筑的結構設計提出發展方向。作為整個民用建筑抗震設計過程的前提，概念設計直接決定了抗震設計及構造保證的實施，是整個建筑抗震結構設計過程需要把控的核心[1]。

2 民用建筑的結構形式

隨著人們生活水平的不斷提高，建筑設計的選擇愈發多樣化，這也導致了建筑的結構形式發生重大變化。就民用建筑而言，磚木結構、框架結構、鋼結構、砌體結構是其主要的結構形式類型，并且由于材料、設計、施工的指標不同，其抗震性能也存在明顯差異。

2.1 砌體結構

砌體結構是當前環境下，我國建筑工程設計建設中應用最為廣泛地結構形式，其廣泛地應用于城市及農村的房屋建設過程中。在其應用過程中，小開間是其主要的應用形式，較多內墻的使用，使得房屋的抗側力剛度不斷增強，進而提高了房屋建筑的抗震性能。需要注意的是，砌體結構的房屋建筑在延性和塑性方面較弱，隨著其跨度的不斷增大，其結構的抗震能力就會逐漸降低，使得地震過程中，交叉開裂和區域塌落的現象時有發生。

2.2 磚木結構

磚木結構是是我國建筑形式中廣為應用的結構類型，其主要集中在農村地區。通常，以木質結構進行樓板、門窗、屋頂、屋架等諸多內容的應用，是木質結構農用建筑的常見方式。與其他結構類型相比，磚木結構的構造設計相對簡單，并且建筑材料經濟性較高。然而，在抗震防護作用中，受砌筑砂漿強度、木質結構連接等諸多因素的影響，磚木結構的整體抗震性能較差，容易造成損壞，影響正常使用。

2.3 框架結構

民用建筑承重系統中，由梁柱剛接或鉸接形成的建筑結構形式被稱為框架結構?？蚣芙Y構建筑的荷載由建筑中梁和縱柱進行承擔。在實踐過程中，由于建筑的空間分割選擇形式多樣，且在抗震性能和材料應用方面具有突出優勢，故而較為廣泛地應用在民用建筑設計過程中。需要注意的是，在框架結構的基礎上，建筑人員將其與剪力墻結構進行綜合利用，形成了新的框剪結構。這種結構形式的民用建筑在提供較大應用空間的同時，保證了房屋建筑的抗震能力，故而在當前的建筑環境下應用越來越廣泛。

2.4 鋼材料結構

現代建筑工程項目中，鋼材料結構的應用比較普遍，強度高，質量輕是鋼材料結構建筑的最主要特征。在應用過程中，良好的延塑性使得其面臨一般地震時，房屋的結構形式不會發生較大變化；即使地震災害的烈度較高，其也可以有效的避免結構破壞而造成的坍塌現象，因此具有極為優越的抗震性能，能夠在提升建筑應用安全的同時，保證人們的人身安全和財產安全。然而，與其他結構類型的應用相比，鋼材料結構在價格和耐火性上面存在明顯缺陷，限制比較明顯，這也造成了其在民用結構中的相對其他結構類型較少。

3 具備抗震功能的民用建筑結構設計方案

對民用建筑進行抗震結構設計，首先就應充分考慮其抗震性能的影響因素，然后針對性的進行民用建筑抗震結構的優化設計。實踐證明，建筑場地、地基基礎、結構體系、建筑平面、材料施工、非承重結構等都是影響民用建筑抗震功能發揮的重要原因，只有系統進行這些作用點的優化設計，才能保證建筑結構抗震性能的良好。

3.1 進行建筑場地、地基基礎的選擇

抗震建筑結構設計過程中，實際的工程需要是進行建筑場地和地基基礎選擇的重要前提[2]。作為整個民用建筑設計的第一步，場地的選擇應在工程需要的基礎上，充份分析地震活動及工程地質的相關情況，進而實現建設地段安全性能的合理評估。在應用過程中，盡量選擇地質結構單一穩定的地方進行設計施工，一旦無法避開不利地帶，則應采取必要的抗震防護措施。同時，地基基礎設計是民用建筑抗震結構設計的重要組成部分。再設計過程中，應盡量避免在性質不同地基上建立統一單元結構，并且，應采用現代施工技術進行樁基礎的設置，減少天然樁基使用。需要注意的是，我國的地質結構復雜，部分區域存在液化土、軟性粘質土，在這些土層進行房屋建筑的結構設計，容易因地震而形成沉降或傾塌等，故對其應進行地基基礎的加強，確保其剛度和整體性滿足實際應用需要。

3.2 保證構件標準，優化抗震結構體系

民用建筑結構的抗震體系應在建筑功能用途、建筑高差、場地地基基礎、材料施工、設防烈度等因素的基礎上，運用經濟合理的手段進行選擇。抗震結構體系的設計內容包括以下內容：①對計算簡圖和地震傳遞途徑進行合理設計，確保建筑計算簡圖的明確和荷載傳遞的有效。②通過多道抗震防線的設置，避免因民用建筑部分損壞而造成的整體抗震性能下降，保證房屋的承載能力良好。③對結構提攜的剛度、強度、變形能力、耗能能力進行計算，確保其滿足應用需求。④進行民用建筑薄弱部位的優化設計，避免荷載作用下的應力集中。⑤對結構體系中主軸方向的動力特點進行規范，確保其屬性相近。

結構體系的構件設計是民用建筑抗震結構設計的重要組成部分，其也是抗震體系良好性能發揮的重要保證。設計過程中，抗震結構構件應當選擇以下標準進行設計保證：①對鋼筋混凝土圈梁、構造柱、芯柱、組合砌體等進行設計優化，保證抗震能力的有效提升；②對混凝土構建的尺寸、鋼筋、箍筋等進行計算、配置，在其中，剪切、混凝土壓潰、鋼筋錨固等都是重要的考慮內容；③為避免民用建筑局部構件或整體失穩，應對其尺寸、連接方式進行設計保證，即在構件節點的強度高于連接構件強度的同時，預埋件錨固強度要高于連接件強度，并在節點核心區外進行預應力鋼筋的錨固；④對民用房的連接方式進行優化，目前裝配式連接方式能有效的保證民用建筑結構的整體性。

3.3 合理進行民用建筑平面和立面的選擇

民用建筑的抗震性能明顯較弱，一旦受到地震災害影響，容易因外力的影響發生扭轉、應力集中和塑性變形；而規則化、對稱化、均勻化的建筑平立面布置是改善這一缺陷的有效方式。因此，在案進行平、立面設計時，應避免錯層設計的發生，同時，若條件合理，應采用防震縫進行結構抗震優化。需要注意的是，若是民用建筑的結構相對比較負責，則應避免防震縫的設計，并且，一旦采用了防震縫應用，則應根據抗震烈度需求、材料種類、結構類型、等情況，將建筑分為規格合理的結構單元，保證伸縮縫、沉降縫能達到防震縫的應用要求。

3.4 進行稱重結構與主體結構的規劃

要防止地震的附加災害，減傷災害損失，進行稱重結構和整體結構的抗震設計至關重要。具體而言，設計人員應保證附屬結構構件與主體結構的有效連接和錨固，避免地震災害過程中對人、設備、財產的損壞；而圍護墻與隔離墻的設置關系到整體抗震性能，因此，應保證其連接的緊密性和嚴實性。譬如，設計中應確?？蚣軆鹊奶畛鋲εc房頂保持統一水平高度防止因短柱而造成的結構孤立等。

3.5 進行施工材料和質量的抗震設計

抗震材料的應用是確保民用建筑抗震性能良好的基礎保證。在進行抗震結構設計時，應遵照相關抗震要求，進行抗震材料的選擇與應用，并保證這些材料符合最低的抗震要求。譬如：泥土磚的強度要高于MUIO，而砌筑砂漿的強度要高于M5，混凝土小型切塊強度等級高于MU7.5等。只有充分保證這些材料的應用滿足抗震需求，才能確保其設計的合理化，進而實現建筑抗震性能的良好發揮。

4 結論

民用建筑的抗震結構設計是一個專業化程度較高，技術較強的系統過程。隨著人們對于防震要求的不斷增高，工程建設人員只有在保證明確抗震具體要求的基礎上，充分考慮民用建筑的結構特點，并針對性的做好場地選擇、地基保證、抗震結構體系優化、平立面處理及材料等方面的規劃設計，才能保證民用建筑抗震結構設計的合理化，保證人們生活居住的安全穩定。