抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用

2022-05-07天津市海顺交通工程设计有限公司辽宁分公司高级工程师

中国建筑装饰装修 2022年7期

张鑫天津市海顺交通工程设计有限公司辽宁分公司高级工程师

周光禹沈阳城市学院

高蕉沈阳城市建设学院

随着居民生活水平的提升，对建筑工程的质量及安全性提出了更高的要求，建筑工程的质量受到了更多人的重视。在房屋建筑工程中，房屋建筑结构设计直接关系着整个建筑的质量。在对房屋建筑进行规划阶段，设计人员要对其建设结构进行科学、合理的规划，这对于提高房屋建筑工程施工效率，保证施工安全性而言极其重要。

我国建筑行业在发展的过程中还存在较多的问题，这就要求设计人员从多方面出发，对房屋建筑工程设计及实施方案进行优化，在不断的实践中发现问题、解决问题，并吸取经验，将其作为促进建筑行业发展的指导依据。各房屋建筑工程建设单位应重视消费者的个性化需求，立足房屋建筑功能，对其进行合理的规划设计，不断优化房屋建筑设计结构，进一步促进我国设计行业可持续发展。

1 房屋建筑结构中抗震设计的重要性

地震灾害发生时，由于受到地震波的强烈冲击，地面随之发生极其猛烈的摇晃，此时如果房屋建筑结构的抗震等级低于地震波的强度等级，那么房屋建筑就会出现整体或者局部坍塌，对居民的生命安全及财产安全造成威胁，严重的会给国家经济造成巨大的损失。因此，房屋建筑设计人员要充分认识到地震灾害造成的影响，充分认识到抗震设计在房屋建筑设计中的重要性，高度重视房屋建筑结构的抗震设计[1]。

城市经济水平的快速提升也在很大程度上促进了建筑行业的发展，房屋建筑的数量在逐年增多，规模也在逐渐扩大，因此设计人员要对设计方式进行创新，从整体上提高房屋建筑结构的设计水平，进一步增强建筑结构的稳定性，通过对建筑物的抗震性能进行优化进一步提高房屋建筑结构的抗震性能。

2 房屋建筑结构抗震设计需要遵循的原则

2.1 整体性原则

房屋建筑结构设计中，抗震设计是尤其重要的一项内容，而且抗震设计还是房屋建筑结构设计中的重点。设计人员在对房屋建筑结构进行设计的过程中要充分结合情况，对房屋建筑整体结构进行规划和布局[2]。由于房屋建筑的抗震性作用于建筑结构的各个环节，因此设计人员在进行相关设计时，一定要从整体视角进行分析，并对影响抗震设计的因素进行综合分析，尤其要进一步明确每一个结构构件的作用，通过逐步优化结构构件的设计情况，增强结构构件的协调性，提高房屋建筑结构设计的抗震性能。在具体的设计过程中，设计人员首先要明确每一个结构部位的力学特征，然后根据房屋建筑所处的位置进行结构设计工作。通过对房屋结构进行优化，在满足抗震设计要求的同时，从总体上提高抗震设计的水平，提高房屋建筑的安全性。

2.2 简化原则

在房屋建筑结构设计过程中，设计人员首先要明确房屋建筑抗震性能与其结构形式之间的密切关系。一般情况下，房屋建筑结构的形式越简单，整个建筑的抗震性越强。对一些结构比较复杂的房屋建筑，需要根据力学计算结果进一步确定其抗震性能，也可以通过力学对整个房屋建筑结构的平衡性进行控制。因此，有效简化房屋建筑抗震结构的设计，能够在很大程度上提高房屋建筑的抗震性能。通过简化房屋建筑结构设计，能够不同程度地减少地震对房屋建筑结构造成的影响，对保证房屋建筑结构的安全性而言非常重要。

2.3 抵抗性原则

在房屋建筑结构设计中，设计水平的高低在很大程度上直接决定着地震灾害对房屋建筑结构所造成的影响。设计人员在具体的设计工作中要高度重视抗震设计，尤其要重点关注房屋建筑结构的抵抗性，在此基础上对设计方案进行不断优化，从整体上提高设计质量，为房屋建筑结构的整体安全性与稳定性做好保障[3]。为了进一步增强房屋建筑结构的抵抗性，最大程度降低地震灾害对建筑房屋结构造成的影响，设计人员还要根据具体要求保证房屋建筑结构各部件受力的均衡性，从多方面增强房屋建筑结构的稳定性。

3 抗震设计在房屋建筑结构设计中的具体应用

3.1 房屋建筑的选址

房屋建筑结构建设过程中，房屋建筑建设地址的选择至关重要。合理的选址能够在很大程度上降低地震灾害对房屋建筑造成的破坏性影响。不同结构和土体对房屋建筑结构所造成的影响也存在明显的差异，在对房屋建筑结构进行设计的过程中，设计人员首先要对土体的性能进行优化，减少土体性能对建筑结构整体造成的影响，避免房屋建筑结构出现变形等现象。

相关管理人员在选择房屋建筑的建设地址时，要对区域内的地震能量情况进行检测，尽可能选择已经释放过地震能量的区域。同时，为了保证土体质量，应尽量选择地势平坦的区域，如果由于受到多种因素的影响而不能有效规避软土质区域，则设计人员应充分发挥出自身职责，利用自身所具备的专业性优势，采用有效方式对设计方案进行优化，然后根据房屋建筑工程的抗震级别及整个房屋建筑工程的具体情况选择一些有效、可行性较强的加固措施，进一步降低地震灾害对房屋建筑结构造成的威胁。

3.2 抗震等级的设定

在房屋建筑结构设计中应用抗震设计，设计人员首先要准确地设定抗震等级。混凝土结构抗震等级设定如表1所示。为了进一步提高房屋建筑的抗震能力，降低地震灾害对房屋建筑结构造成的破坏程度，为房屋建筑结构整体安全性做好保障，设计人员还要加强对房屋建筑结构抗震设计的管理。首先要保证房屋建筑设计的抗震等级高于当地抗震等级，准确设定抗震等级后就能够有效避免常规地震条件下房屋建筑结构出现的坍塌现象，同时还能够提高房屋建筑的抗震能力，为居民安全逃生争取宝贵的时间[4]。其次要根据所确定的地震等级进行房屋建筑结构的设计，通过不断优化设计方案保证其科学性和合理性。在具体的工作中，设计人员还要与其他相关部门进行积极的沟通与联系，结合多方面的资料，明确当地历史地震的等级，并将此作为本次设计参考的依据，进一步确定本项目房屋建筑抗震等级。最后还要重视地震周期因素，适当提高房屋建筑的设计等级，以有效避免发生地震时房屋建筑抗震性能降低等现象发生，这对提高房屋建筑总体安全性非常重要。

表1 混凝土结构抗震等级设定

3.3 通过优化布局削弱地震的能量

在对房屋建筑结构计的过程中，应用抗震设计时，为了能够进一步降低地震对房屋建筑结构造成的影响，最为常用、也是最为重要的措施之一就是尽可能地削弱地震的能量。而要想满足这一条件，最大程度地减轻地震所造成的危害，房屋建筑结构设计人员要严格按照抗震等级进行房屋建筑结构的设计。为从总体上提高房屋建筑结构的设计质量，设计人员要尽可能规避发生地震灾害时造成的建筑物位移等现象[5]。设计人员要想进一步削弱地震的能量作用，就要对房屋建筑结构进行科学分析，并采用多种方式对房屋建筑结构的布局进行优化，以减轻地震灾害对房屋建筑结构造成的影响。在此过程中，需要用到定量分析。

对房屋建筑结构进行优化的过程中，设计人员要注意变形缝和沉降缝的设置。对于房屋建筑结构的变形缝，应充分考虑温度变化对伸缩缝造成的影响。一般情况下，当温度出现不断变化时，房屋建筑结构也会由于受到热胀冷缩因素的影响而出现变形，导致房屋建筑结构的长度出现了变化。设计人员可以通过设置防震缝对房屋建筑结构进行划分优化。例如，可以将房屋建筑结构划分多个抗侧力结构单元，将防震缝的宽度控制在7.00 cm 以上，在房屋建筑砌体中，将其宽度控制在5.00 cm 以上。

房屋建筑结构设计中除了变形缝还会有沉降缝，对于房屋建筑结构而言，沉降缝是增强其稳定性与承载力的重要结构。设计人员要结合具体情况合理选择平面的转折位置，同时还要对房屋的交接处进行合理设置，这些都能够在很大程度上规避房屋建筑结构地基出现不均匀沉降的现象[6]。此外，设计人员还要重视沉降缝的设计，如房屋建筑结构沉降缝之间的间距应控制在15.0～25.0 m。

由于在具体的施工过程中会受到多种因素的影响，设计人员应重点考虑施工区域土质因素对建筑物承载力造成的影响，明确相关的验证公式，采用科学的方式对建筑物的承载力进行估算，保证设计方案与实际情况相一致。

在建筑结构的设计中，如果由于受到一些因素的影响导致发生严重的地震灾害，那么建筑物受影响最为明显的部位就是抗震墙，其在受到地震作用的影响后会出现不同程度的裂缝，对于一些裂缝比较严重的情况还会引发建筑物倒塌等危险事故。因此，在建筑物设计过程中，抗震墙的设计极其重要。对于建筑物而言，墙体设计方面需要满足抗震性能的相关要求，设计人员可以采用一些精细化的设计方案。例如，在对墙体进行横向设计时，要始终坚持均匀性原则，当发生地震灾害时，墙体不容易发生横向位移；对墙体进行纵向设计时，为了更好地抵御灾害造成的影响，设计人员要尽可能规避墙体竖向裂缝。将纵向设计和横向设计进行有效结合，才能够从根本上减轻地震灾害对建筑物造成的影响，还能较好地提高建筑结构墙体的承载力。

一般情况下，建筑物墙体的数量在很大程度上决定着建筑物的刚度，当建筑物墙体的数量未能满足建筑工程结构设计的要求时，就会导致建筑结构的刚度减小，建筑结构出现较大程度的位移，使得建筑结构的抗震能力减弱。因此，在抗震墙设计和布局过程中，设计人员要注意充分发挥出抗震墙的功能。

3.4 提高房屋建筑的刚度

在房屋建筑结构设计的过程中，设计人员还要结合具体情况满足居民的个性化需求，并采取有效的措施，在保证房屋建筑结构整体性能的基础上提高其刚度。要想实现这一目标，可以从4 方面进行。一是加强对钢筋混凝土应用的管理。钢筋混凝土是房屋建筑、工程建设过程中极其重要的原材料之一，也是保证房屋建筑工程顺利施工的重要基础。其强度和硬度都比较高，经济性比较好，价格适中。二是选择增设一些钢铁结构，进一步提高房屋建筑结构的抗震性能。在此过程中，设计人员要重视房屋建筑高度比和桩距控制。一般情况下，房屋建筑结构的抗震设计过程中要对房屋建筑结构的高宽比、桩距等进行科学设计，以保证设计方案的科学性和有效性。三是设计人员要考虑房屋建筑结构的类别。在此过程中，需要与非抗震设计等级、抗震设防烈度等进行有效结合，保证所选择的高宽比控制标准的合理性。例如，某房屋建筑工程中，非抗震设计水平为5，抗震设防烈度为8，此结构属于框架结构，设计人员要将结构高宽比控制在3 以下，而如果此房屋建筑结构为框架与剪力墙结构，设计人员就要将结构的高宽比控制在5 以下。四是在对房屋建筑高宽比进行设计的过程中，设计人员要综合考虑各个方向最小的投影宽度，通过适当地增加最小投影宽度，进一步减小房屋建筑的宽度。此外，设计人员也可以根据房屋建筑结构的宏观体型对相关指标进行适当调整，对各软件的计算结果进行适当的优化组合，最终确定桩距下限的基础，并在此基础上结合自身工作经验及施工现场其他因素对桩距进行适当调整。