鋼結構民用建筑房屋抗震設計要點

段曉慶

沈陽市華域建筑設計有限公司 遼寧沈陽 110000

設計師在制定民用房屋建筑的鋼結構方案過程中，應保證鋼結構具有良好的延展性、強度高、自重小、受力均衡，萬一發生地震、火災事故，房屋結構穩定堅固，抗震耐久性能良好，不會產生巨大變形和受損，防止民用建筑結構全面破壞、坍塌，避免居民的財產安全、人身安全遭受損失。

1 民用建筑工程鋼結構設計的原則與具體要求

二十世紀后半期，全球地震災害頻發，各國建筑設計師在實踐分析、總覺經驗的基礎上，研究了民用建筑的設計細節、整體結構、承載受力，正式提出結構抗震性能設計理念，并以此作為民用房屋建筑的結構設計思想原則，以保證民用建筑在遭遇地震災害的時候，結構堅固穩定，避免發生變形坍塌，維護居民的財產安全與人身安全。民用建筑工程鋼結構設計的原則及具體要求包括以下幾點：

1.1 地質水文勘查工作要求

設計人員在準備鋼結構設計方案之前，應全面掌握房屋建筑現場的地質水文勘查數據，禁止憑經驗或者在原有工程地址上，不經過地質水文勘查擬定項目選址。地質水文勘查技術人員應對民用建筑地質中的巖層情況、土質類型做出精確測量和詳細計算，為后續設計工作做好準備[1]。

1.2 鋼結構的平面設計要求

為了保證民用建筑鋼結構的抗震性能，其結構平面設計應避免存在凹陷或者凸起，樓梯、房屋整體的平面結構應保持規則、軸對稱的均衡狀態。

1.3 承重載荷受力的設計要求

在總結與借鑒汶川地震災害中民用建筑結構設計的缺陷基礎上，避免將鋼筋混凝土結構和磚墻落結構混搭使用，造成房屋建筑結構在縱向、橫向上承載受力不均衡，降低了房屋建筑的抗震穩定性能；為了保證建筑結構穩定、承重載荷受力均勻，應在一座建筑中選擇同一種結構體系[2]。

1.4 多道抗震設防的結構設計要求

以強震不倒、中震可修和輕震不壞為原則，盡可能降低地震災害對民用建筑結構的損壞，采用兩道及多道抗震設防的結構設計方法，以增強房屋建筑的結構抗震性能。

2 民用建筑工程鋼結構抗震性能設計的策略及注意事項

2.1 結構高度、寬度比值的抗震設計

我國《建筑抗震設計規范》（以下簡稱為抗規）中，對房屋建筑工程鋼結構的高度、寬度比值設計做出了明確要求，設計師應嚴格依據《抗規》標準，結合房屋工程的實際情況，考慮到高寬比數值越大，鋼結構所需要承受的變形力越強，房屋建筑的結構不穩定性越高，精確測算出高度比數值，合理設定房屋建筑的寬度與高度[3]。

2.2 防震縫的設計策略

依據工程具體情況，假如民用建筑的縱向、橫向結構不符合鋼結構設計的標準原則，需要安置防震縫以增強結構穩定性，防震縫的寬度設計應參照建筑類型、防震烈度等因素；假如，民用建筑的縱向、橫向結構符合鋼結構設計的標準原則，民用建筑結構的穩定抗震性能達到要求，則無需安置防震縫[4]。

我國《建筑抗震設計規范》第6．1．14條規定，地下室頂板作為上部結構嵌固部位時，樓板厚度不宜小于180mm，混凝土強度等級不宜小于C30，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0．25%；結構地上一層的側向剛度，不宜大于相關范圍地下一層側向剛度的0．5倍等構造及計算要求。另有第6．1．3-3、第6．1．10也有與嵌固端相關條文。

高規第8．1．3條規定，抗震設計的框架剪力墻結構，應根據在規定的水平力作用下結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結構總傾覆力矩的比值來確定設計方法；抗規第6．1．3-1條，底層框架部分承擔的傾覆力矩大于地震作用總傾覆力矩的50%時，其框架的抗震等級應按框架結構確定，抗震墻的抗震等級可與其抗震等級相同，底層均指計算嵌固端所在層。

現階段，國內設計師多借助數字化軟件工具，完成民用建筑的鋼結構設計。其中，彈簧剛度方法和水平位移限制方法，是民用建筑地下室鋼結構設計的兩種常用模擬測算方法。

2.3 結構體系布置與選用的抗震設計

當鋼結構民用建筑房屋小于12層時，可以采用框架、支撐等結構；大于12層時，應采用鋼結構。設防烈度在8、9度時，小于12層的建筑可使用偏心支撐、設置防震縫、在墻體內設置鋼板；大于12層時，應采用鋼框架——筒體結構，特殊情況下可設置延伸臂加強結構強度。

使用框架——支撐結構時，框架的設置應對稱。對于小于12層的建筑，應采用中心支撐方式，條件允許的情況下可采用偏心支撐。大于12層的建筑，12層內應采用偏心支撐，高出12層，應采用中心支撐。中心支撐有多種支撐方式，常用的有人字型、交叉型、K型支撐等，其中最不適合剛性結構的是K型支撐。

2.4 鋼結構的樓蓋抗震設計

實踐中，設計師通常使用非組合式的樓板作為鋼結構民用建筑的樓蓋，以增強民用建筑的抗震安全性能。假如，民用建筑的樓層數超過12，需要選擇輕型材料或者裝配式的樓蓋設計方法；假如，民用建筑的樓層數低于12，可以選擇鋼筋混凝土的預制樓板或者其他組合式樓板，具體應結合民用建筑實際情況而定。

2.5 鋼結構的地下室抗震設計

為了增強鋼結構房屋建筑地下室的抗震性能，設計師應當選擇延伸到底部、布置緊密的框架結構設計方法。

3 結語

總而言之，作為設計單位及其設計人員應認識到，抗震性能設計對于維護鋼結構民用建筑安全穩定的重要意義；為了延長民用建筑的使用年限，為了保護居民的生命財產安全不遭受意外損失，設計人員應提高自身的專業能力，遵守國家施工規范要求，優化民用建筑的鋼結構抗震性能設計。