抗震设计在房屋结构设计中的应用

李小燕

摘 要：近年来，我国地震灾害发生愈加频繁，汶川、玉树特大地震灾害给我国带来了严重的生命财产损失。加强建筑工程抗震能力，是有效抵御地震灾害的重要举措。随着建筑设计水平的不断提升，建筑抗震结构设计受到了更多的重视和关注，同时也是衡量一个建筑结构设计水平的重要因素。鉴于此，本文对抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用进行了分析，以供参考。

关键词：抗震设计;房屋建筑;结构设计

当前，城市人口大幅度增加，对建筑住房数量有了更大的要求，造成高层建筑的大量建造，而对建筑结构抗震也提出了更高的要求，需要结构设计人员充分重视结构的抗震设计。

1 抗震设计

结构抗震设计的“三水准设防目标”和为实现这一目标所采取的“两阶段设计步骤”是结构抗震设计的基本要求。

1.1 三水准设防目标

第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用;

此处的低于本地区抗震设防烈度，就是指的50年内超越概率约为63%的地震烈度，即“众值”的烈度，比基本烈度约低一度半，规范取为第一水准烈度，称为“多遇地震”，即小震;

第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用;

此处的相当于本地区抗震设防烈度，就是指50年超越概率约10%的地震烈度，即1990中国地震区划图规定的“地震基本烈度”或中国地震动参数区划图规定的峰值加速度所对应的烈度，规范取为第二水准烈度，称为“设防地震”，即中震;

第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

此处的高于本地区抗震设防烈度，就是指50年超越概率2%～3%的地震烈度，规范取为第三水准烈度，称为“罕遇地震”，就是所说的大震，当基本烈度6度时为7度强，7度时为8度强，8度时为9度弱，9度时为9度强;

因此，我们可以根据地震的震级和烈度来判断我们所设计的房屋在地震时到底是否满足要求，也可以得知我们设计的房屋到底能抵抗多大的地震作用。

1.2 二阶段设计方法

第一阶段是承载力验算及弹性变形，取第一水准的地震动参数（50年内超越概率约为63%的地震烈度，即众值烈度，比基本烈度约低一度半）计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，满足在第一水准下具有必要的承载力可靠度，又满足第二水准的损坏可修的目标。

比如8度区普通民用建筑，我们平时在做设计的时候，到底是如何做的呢，地震动参数如何取值？

根据以上的讲述，取第一水准的地震动参数（50年内超越概率约为63%的地震烈度，即众值烈度，比基本烈度约低一度半）计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，也就是取比8度低1.5度即6.5度计算此8度区建筑来满足小震不坏和中震可修，即满足了前两个水准。但是具体在计算的时候是如何体现的呢？

众所周知，水平地震作用计算，最重要的就是水平地震影響系数的取值，

而与水平地震影响系数关系最大的是水平地震影响系数最大值αmax，因此，规范对于不同烈度给出了三个水平地震影响系数最大值αmax，8度区0.2g对应的水平地震影响系数最大值αmax分别为多遇地震（小震）0.16，设防地震（中震）0.45，罕遇地震（大震）0.90，而我们在计算8度区普通民用建筑的时候，地震动参数是取第一水准的地震动参数。

水平地震影响系数最大值αmax的取值就是对应我们上文提到的三水准设防目标，也就是对应众值烈度、基本烈度、大震烈度，我们在平时普通项目的计算中，水平地震影响系数最大值αmax都是直接按照多遇地震取值，也就是一阶段的设计的具体体现。

对大多数的结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求.

第二阶段设计是弹塑性变形验算。对有特殊要求的建筑、地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。

2 水平地震作用计算

计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。

采用底部剪力法时，各楼层可仅取一个自由度，结构的水平地震作用标准值，应按下列公式确定

式中 ：FEk- 结构总水平地震作用标准值;

a₁一相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值;

G_eq——结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的85%;

建筑的重力荷载代表值（G_eq）应取结构和构配件自重标准值（D）和各可变荷载组合值（L）之和。也就是说重力荷载代表值（G_eq）是由构配件自重标准值（D）和各可变荷载组合值（L）组合而来的。

一般的框架结构的重力荷载代表值为G_eq=D+0.5L，可见自重（D）降低，重力荷载代表值G_eq也减小，从而结构总水平作用（F_EK）减小。

综上，结构自重降低，吸收的水平地震力减小，更有益于结构的整体抗震性能。自重减低后不仅只利于结构的抗震性能，而且降低了造价;自重低后，荷载小从而弯矩小，进一步节约了配筋、混凝土。钢结构体系抗震性能好的原因之一也是因为钢结构的结构自重较轻。

3 抗震设计优化

3.1 科学设计建筑结构布局

建筑结构布局的科学性与合理性对建筑工程抗震能力有着十分重要的影响，提倡平、立面简单、规则、对称。建筑结构布局平面、竖直面的规则性与刚度的均匀性是决定抗震能力的基础和前提。为实现理想的抗震效果，建筑结构布局设计需要满足以下两方面的内容：其一，建筑结构布局中各构件要尽量保持规则、对称的布置方式，特别是建筑物质量中心与刚度中心要保持重合。其二，结构竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，由此避免出现刚度突变和承载力的突变。

3.2 科学选择建筑材料

建筑材料是建筑工程施工必不可少的基本要素，同时也是建筑结构抗震设计所考量的重要内容。建筑材料对于建筑结构强度有着重要影响，并直接作用到建筑结构的抗震能力上。因此在进行建筑结构抗震设计时，设计人员也要对建筑材料进行科学全面的分析，结合建筑材料的性能及建筑结构的差异合理选择材料。对于钢筋混凝土结构钢筋宜优先采用延性、韧性和焊接性较好的钢筋;由于高强度混凝土具有脆性性质，且随强度等级提高而增加，现阶段混凝土墙体的强度等级不宜超过C60。

4 结语

综上所述，对于处于抗震设防区的所有建筑工程必须进行抗震设计。

参考文献：

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程。

[2]GB 50011-2010（2016年版）建筑抗震设计规范。