抗震設計在房屋建筑結構設計中的應用

張 鑫 天津市海順交通工程設計有限公司遼寧分公司高級工程師

周光禹 沈陽城市學院

高 蕉 沈陽城市建設學院

隨著居民生活水平的提升，對建筑工程的質量及安全性提出了更高的要求，建筑工程的質量受到了更多人的重視。在房屋建筑工程中，房屋建筑結構設計直接關系著整個建筑的質量。在對房屋建筑進行規劃階段，設計人員要對其建設結構進行科學、合理的規劃，這對于提高房屋建筑工程施工效率，保證施工安全性而言極其重要。

我國建筑行業在發展的過程中還存在較多的問題，這就要求設計人員從多方面出發，對房屋建筑工程設計及實施方案進行優化，在不斷的實踐中發現問題、解決問題，并吸取經驗，將其作為促進建筑行業發展的指導依據。各房屋建筑工程建設單位應重視消費者的個性化需求，立足房屋建筑功能，對其進行合理的規劃設計，不斷優化房屋建筑設計結構，進一步促進我國設計行業可持續發展。

1 房屋建筑結構中抗震設計的重要性

地震災害發生時，由于受到地震波的強烈沖擊，地面隨之發生極其猛烈的搖晃，此時如果房屋建筑結構的抗震等級低于地震波的強度等級，那么房屋建筑就會出現整體或者局部坍塌，對居民的生命安全及財產安全造成威脅，嚴重的會給國家經濟造成巨大的損失。因此，房屋建筑設計人員要充分認識到地震災害造成的影響，充分認識到抗震設計在房屋建筑設計中的重要性，高度重視房屋建筑結構的抗震設計[1]。

城市經濟水平的快速提升也在很大程度上促進了建筑行業的發展，房屋建筑的數量在逐年增多，規模也在逐漸擴大，因此設計人員要對設計方式進行創新，從整體上提高房屋建筑結構的設計水平，進一步增強建筑結構的穩定性，通過對建筑物的抗震性能進行優化進一步提高房屋建筑結構的抗震性能。

2 房屋建筑結構抗震設計需要遵循的原則

2.1 整體性原則

房屋建筑結構設計中，抗震設計是尤其重要的一項內容，而且抗震設計還是房屋建筑結構設計中的重點。設計人員在對房屋建筑結構進行設計的過程中要充分結合情況，對房屋建筑整體結構進行規劃和布局[2]。由于房屋建筑的抗震性作用于建筑結構的各個環節，因此設計人員在進行相關設計時，一定要從整體視角進行分析，并對影響抗震設計的因素進行綜合分析，尤其要進一步明確每一個結構構件的作用，通過逐步優化結構構件的設計情況，增強結構構件的協調性，提高房屋建筑結構設計的抗震性能。在具體的設計過程中，設計人員首先要明確每一個結構部位的力學特征，然后根據房屋建筑所處的位置進行結構設計工作。通過對房屋結構進行優化，在滿足抗震設計要求的同時，從總體上提高抗震設計的水平，提高房屋建筑的安全性。

2.2 簡化原則

在房屋建筑結構設計過程中，設計人員首先要明確房屋建筑抗震性能與其結構形式之間的密切關系。一般情況下，房屋建筑結構的形式越簡單，整個建筑的抗震性越強。對一些結構比較復雜的房屋建筑，需要根據力學計算結果進一步確定其抗震性能，也可以通過力學對整個房屋建筑結構的平衡性進行控制。因此，有效簡化房屋建筑抗震結構的設計，能夠在很大程度上提高房屋建筑的抗震性能。通過簡化房屋建筑結構設計，能夠不同程度地減少地震對房屋建筑結構造成的影響，對保證房屋建筑結構的安全性而言非常重要。

2.3 抵抗性原則

在房屋建筑結構設計中，設計水平的高低在很大程度上直接決定著地震災害對房屋建筑結構所造成的影響。設計人員在具體的設計工作中要高度重視抗震設計，尤其要重點關注房屋建筑結構的抵抗性，在此基礎上對設計方案進行不斷優化，從整體上提高設計質量，為房屋建筑結構的整體安全性與穩定性做好保障[3]。為了進一步增強房屋建筑結構的抵抗性，最大程度降低地震災害對建筑房屋結構造成的影響，設計人員還要根據具體要求保證房屋建筑結構各部件受力的均衡性，從多方面增強房屋建筑結構的穩定性。

3 抗震設計在房屋建筑結構設計中的具體應用

3.1 房屋建筑的選址

房屋建筑結構建設過程中，房屋建筑建設地址的選擇至關重要。合理的選址能夠在很大程度上降低地震災害對房屋建筑造成的破壞性影響。不同結構和土體對房屋建筑結構所造成的影響也存在明顯的差異，在對房屋建筑結構進行設計的過程中，設計人員首先要對土體的性能進行優化，減少土體性能對建筑結構整體造成的影響，避免房屋建筑結構出現變形等現象。

相關管理人員在選擇房屋建筑的建設地址時，要對區域內的地震能量情況進行檢測，盡可能選擇已經釋放過地震能量的區域。同時，為了保證土體質量，應盡量選擇地勢平坦的區域，如果由于受到多種因素的影響而不能有效規避軟土質區域，則設計人員應充分發揮出自身職責，利用自身所具備的專業性優勢，采用有效方式對設計方案進行優化，然后根據房屋建筑工程的抗震級別及整個房屋建筑工程的具體情況選擇一些有效、可行性較強的加固措施，進一步降低地震災害對房屋建筑結構造成的威脅。

3.2 抗震等級的設定

在房屋建筑結構設計中應用抗震設計，設計人員首先要準確地設定抗震等級。混凝土結構抗震等級設定如表1所示。為了進一步提高房屋建筑的抗震能力，降低地震災害對房屋建筑結構造成的破壞程度，為房屋建筑結構整體安全性做好保障，設計人員還要加強對房屋建筑結構抗震設計的管理。首先要保證房屋建筑設計的抗震等級高于當地抗震等級，準確設定抗震等級后就能夠有效避免常規地震條件下房屋建筑結構出現的坍塌現象，同時還能夠提高房屋建筑的抗震能力，為居民安全逃生爭取寶貴的時間[4]。其次要根據所確定的地震等級進行房屋建筑結構的設計，通過不斷優化設計方案保證其科學性和合理性。在具體的工作中，設計人員還要與其他相關部門進行積極的溝通與聯系，結合多方面的資料，明確當地歷史地震的等級，并將此作為本次設計參考的依據，進一步確定本項目房屋建筑抗震等級。最后還要重視地震周期因素，適當提高房屋建筑的設計等級，以有效避免發生地震時房屋建筑抗震性能降低等現象發生，這對提高房屋建筑總體安全性非常重要。

表1 混凝土結構抗震等級設定

3.3 通過優化布局削弱地震的能量

在對房屋建筑結構計的過程中，應用抗震設計時，為了能夠進一步降低地震對房屋建筑結構造成的影響，最為常用、也是最為重要的措施之一就是盡可能地削弱地震的能量。而要想滿足這一條件，最大程度地減輕地震所造成的危害，房屋建筑結構設計人員要嚴格按照抗震等級進行房屋建筑結構的設計。為從總體上提高房屋建筑結構的設計質量，設計人員要盡可能規避發生地震災害時造成的建筑物位移等現象[5]。設計人員要想進一步削弱地震的能量作用，就要對房屋建筑結構進行科學分析，并采用多種方式對房屋建筑結構的布局進行優化，以減輕地震災害對房屋建筑結構造成的影響。在此過程中，需要用到定量分析。

對房屋建筑結構進行優化的過程中，設計人員要注意變形縫和沉降縫的設置。對于房屋建筑結構的變形縫，應充分考慮溫度變化對伸縮縫造成的影響。一般情況下，當溫度出現不斷變化時，房屋建筑結構也會由于受到熱脹冷縮因素的影響而出現變形，導致房屋建筑結構的長度出現了變化。設計人員可以通過設置防震縫對房屋建筑結構進行劃分優化。例如，可以將房屋建筑結構劃分多個抗側力結構單元，將防震縫的寬度控制在7.00 cm 以上，在房屋建筑砌體中，將其寬度控制在5.00 cm 以上。

房屋建筑結構設計中除了變形縫還會有沉降縫，對于房屋建筑結構而言，沉降縫是增強其穩定性與承載力的重要結構。設計人員要結合具體情況合理選擇平面的轉折位置，同時還要對房屋的交接處進行合理設置，這些都能夠在很大程度上規避房屋建筑結構地基出現不均勻沉降的現象[6]。此外，設計人員還要重視沉降縫的設計，如房屋建筑結構沉降縫之間的間距應控制在15.0～25.0 m。

由于在具體的施工過程中會受到多種因素的影響，設計人員應重點考慮施工區域土質因素對建筑物承載力造成的影響，明確相關的驗證公式，采用科學的方式對建筑物的承載力進行估算，保證設計方案與實際情況相一致。

在建筑結構的設計中，如果由于受到一些因素的影響導致發生嚴重的地震災害，那么建筑物受影響最為明顯的部位就是抗震墻，其在受到地震作用的影響后會出現不同程度的裂縫，對于一些裂縫比較嚴重的情況還會引發建筑物倒塌等危險事故。因此，在建筑物設計過程中，抗震墻的設計極其重要。對于建筑物而言，墻體設計方面需要滿足抗震性能的相關要求，設計人員可以采用一些精細化的設計方案。例如，在對墻體進行橫向設計時，要始終堅持均勻性原則，當發生地震災害時，墻體不容易發生橫向位移；對墻體進行縱向設計時，為了更好地抵御災害造成的影響，設計人員要盡可能規避墻體豎向裂縫。將縱向設計和橫向設計進行有效結合，才能夠從根本上減輕地震災害對建筑物造成的影響，還能較好地提高建筑結構墻體的承載力。

一般情況下，建筑物墻體的數量在很大程度上決定著建筑物的剛度，當建筑物墻體的數量未能滿足建筑工程結構設計的要求時，就會導致建筑結構的剛度減小，建筑結構出現較大程度的位移，使得建筑結構的抗震能力減弱。因此，在抗震墻設計和布局過程中，設計人員要注意充分發揮出抗震墻的功能。

3.4 提高房屋建筑的剛度

在房屋建筑結構設計的過程中，設計人員還要結合具體情況滿足居民的個性化需求，并采取有效的措施，在保證房屋建筑結構整體性能的基礎上提高其剛度。要想實現這一目標，可以從4 方面進行。一是加強對鋼筋混凝土應用的管理。鋼筋混凝土是房屋建筑、工程建設過程中極其重要的原材料之一，也是保證房屋建筑工程順利施工的重要基礎。其強度和硬度都比較高，經濟性比較好，價格適中。二是選擇增設一些鋼鐵結構，進一步提高房屋建筑結構的抗震性能。在此過程中，設計人員要重視房屋建筑高度比和樁距控制。一般情況下，房屋建筑結構的抗震設計過程中要對房屋建筑結構的高寬比、樁距等進行科學設計，以保證設計方案的科學性和有效性。三是設計人員要考慮房屋建筑結構的類別。在此過程中，需要與非抗震設計等級、抗震設防烈度等進行有效結合，保證所選擇的高寬比控制標準的合理性。例如，某房屋建筑工程中，非抗震設計水平為5，抗震設防烈度為8，此結構屬于框架結構，設計人員要將結構高寬比控制在3 以下，而如果此房屋建筑結構為框架與剪力墻結構，設計人員就要將結構的高寬比控制在5 以下。四是在對房屋建筑高寬比進行設計的過程中，設計人員要綜合考慮各個方向最小的投影寬度，通過適當地增加最小投影寬度，進一步減小房屋建筑的寬度。此外，設計人員也可以根據房屋建筑結構的宏觀體型對相關指標進行適當調整，對各軟件的計算結果進行適當的優化組合，最終確定樁距下限的基礎，并在此基礎上結合自身工作經驗及施工現場其他因素對樁距進行適當調整。

4 結語

建筑行業設計人員在對房屋建筑結構進行設計的過程中要科學利用防震設計，在保證房屋建筑質量的基礎上，從多個方面提高房屋建筑整體的抗震性能。在設計應用抗震設計的過程中要遵循相應的原則，尤其要對一些細節問題進行合理把控，降低地震災害對房屋建筑結構造成的破壞性影響，為居民的生命及財產安全提供保障。