房屋建筑结构设计中的抗震设计探讨

张海殿

中建工程设计有限公司

一、引言

房建项目无论是在人们的日常生活中还是在生产经营中，都占据着较为突出的位置，与人们的生产生活息息相关。由于社会经济与生活水平的改善，民众对房建的质量提出的要求越来越高，对于建筑物的抗震性能也越来越重视。自然灾害对于人类而言是无法预测、难以战胜的，严重威胁人民的生命和财产安全，同时，会对房建工程造成较大的破坏，属于非常严重的安全隐患。因此，房建结构抗震设计的优化，不仅是考核房建工程整体质量时最为关键的一项指标，也极具现实意义。

二、房屋建筑抗震设计的基本原则

1.整体合理性原则

在房建结构的抗震设计中，要做好整体性规划，将抗震设计融入结构设计工作中，确保房建整体的结构设计能够与标准相符。不过，抗震设计工作也具有自己的特殊性，在开展结构设计期间，要对抗震性能做出针对性的分析研究以确定具体设计方式。在实际设计与建设期间，对房建结构设计提出相应的标准要求，并结合各方面的相关因素予以综合考虑，在确保基本设计要求能够得到满足的前提下，对抗震设计加以优化，使房建项目更加稳定，使其整体安全性更具保障。

2.尽量多设抗震防线

房建结构设计属于一个框架体系，建筑结构相互连接是比较复杂的，其结构之间的联系也需要更加紧密。因此，在为房建工程展开结构抗震设计时，可以依照结构设计的具体特点，将结构抗震设计中的要点作为重点体现出来，使得房建结构设计中的所有构件都能更紧密的相互联系，从而强化房建工程的整体稳定性、坚固性。在发生地震时，难免会出现一系列余震，会给房建项目带来多次破坏。如果房建的承载性能不够强大，就会受到多次余震的连续影响下被最终摧毁。因此，在房建结构抗震设计期间，需要通过多设几道抗震防线的方式来改善房建工程的抗震性能，改善结构的稳定性。在房建抗震设计期间，还应该对地震能量尽可能地进行分散、损耗，利用屈服区分布系统，削弱地震带来的破坏力，使房建不会受到严重的破坏，保证房建工程的安全性。

3.科学处理构件相互间强弱关系

在房建结构进行设计时，要对每一个构件展开处理，控制好各构件相互间的屈服状态、弹性变化，将各个构件相互之间存在的辅助效果充分发挥出来。在房建结构设计中，不同构件在结构中承担的功能也不同，需要相互结合、相互辅助才能形成一个完整的作用体系。在结构中的屈服构件对地震能量进行消耗时，需要有符合要求的弹性构件为其提供支持，以确保地震能量可以被持续损耗，把地震灾害可能带来的影响降到最低。因此，要对所有构件相互间的强弱关系展开深入、全面的研究，并且做出具体划分，保证对构件间的强弱关系做出最为科学、最为合理的处理，实现对构件间作用力的充分利用。

三、房建工程结构设计中抗震设计的具体应用

1.建筑场地的选择

地震带来的影响力还有破坏力通常是比较大的。因此，在房建结构设计中，先要对选择哪里作为建筑场地加以考虑。

首先，房建场地的土质一定要足够坚硬，另外场地不可以凸凹不平，最好能平坦开阔一些。在土质相对而言比较疏松的情况下，沉降问题难以避免，导致房建的地基自身就有着严重的问题，即使没有外力影响，也很可能出现建筑倒塌现象。在遇到地震时，地基不稳问题，直接让房建工程的抗震性变得很差，从而失去最基本的安全保障。因此，对房建场地的选择务必要给予足够的重视，特别值得一提的是场地土质状况，一定要为后续的房建结构设计打下一个扎实可靠的基础。

其次，有的区域属于多震带，极易遇震，若在该区域施工，会有极大的安全隐患。房建项目选址的时候，一定要避开这一类危险地带，在可能范围，把房建工程遇震的风险降到最低。在地震带的房建项目，要展开针对抗震处做强化理，改善房建项目的整体承受力，保证房建项目的安全性，使其更具稳定性。发生地震灾害时，经常会同时出现山体滑坡或者是泥石流之类的自然灾害，带来更大的威胁。在为房建项目选择场地期间，要结合各方面因素做出综合考虑，保证不会对房建造成多次破坏。故而，房建设计应该从根本上把安全威胁降到最低，把地震对房建的影响降到最低，保证房建结构的设计、施工都能实例开展（见图1）。

图1建筑项目位置与震害发生图（单位：m）

2.地基和基础的设计

地基在房建设计中属于基础内容，对于房建项目的整体稳定性起到极其关键的作用。在房建设计中，应该保证地基的稳定性，改善地基的刚性，从而改善房建整体的承载性能。在房建设计中，可对地基做统一的处理与设计，确保整体结构具有一致性。通过对结构整体性的严格把控与强化，保证结构间存在的作用力能够互相影响，改善房建的安全性能。在房建地基设计还有建设期间，对于地基埋深务必提出严格的要求。在地基设计期间，要严守设计原则，确保遇到地震时，不会由于剧烈的振幅而发生房建项目的倒塌。在地基设计期间，要展开夯实处理，确保地基密实性，改善地基稳定性。在房建项目的结构设计中，还涉及建筑上部结构与基础之间的连接问题，可以借助构造柱实现构件间的连接，使得房建项目从结构上形成一个整体，实现结构方面的统一，有助于强化房建刚性，使房建工程变得更为稳定。

3.房建工程的宽高设计

房建工程的宽、高，在其结构抗震设计当中是两个关键性因素，对于房建稳定性的影响是巨大的。在遇到地震时，建筑物的高宽比会在房屋发生侧移、倾斜变化时而随之变化，使得房建的稳定性被显著降低，进而对房建的安全性带来影响。故而，在房建设计中，应该对建筑物的设计高度与宽度展开严格的控制，把房屋的高宽比变化降到最低，改善房屋建筑的稳定性，把地震灾害带来的破坏性降到最低。

4.房建结构体系设计

在房建结构设计中，要求平面结构设计务必符合规范，是房建设计工作中一项重点内容。在实际研究设计中，平面结构一般要尽可能简化，使结构不会因过于复杂而对房建体系带来不良的影响。平面结构设计经过优化后，房屋结构体系就能在分布上变得更均匀，把房建结构系统设计中可能存在的质量、刚度偏差降到最低，使房建的整体稳定性更具保障。故而，在设计房建结构体系时，要将设计的合理性与均匀性作为重点，改善建筑物的稳定性，把房建自身的安全隐患降到最低，避免房建项目遇到地震灾害时受到多次破坏。

5.防震缝设计

在房建结构抗震设计中，可以通过设置防震缝，消耗更多的地震能量，对房建的完整性展开针对性的保护。在房建项目中设计防震缝时，要将房建工程合理划分成多个较小的单位，各单位尽量保持一致，确保规划设计具有统一性。在设计防震缝时，要参照房建项目的实际高度，设计的防震缝高度一定要合理。防震缝时一定要独立处理，保证其抗震效果能充分发挥出来，为房建工程提供更可靠的保障。

四、抗震设计案例

1.工程基本情况

某民用建筑设有地下室2层，地上部分有15层，建筑主体高59.86m。两层地下室用作地下车库与电气设备用房。地上1层～2层裙房用于商业场地，主楼15层全部用作写字楼。实例工程采用的是框筒结构，裙房部分采用的是框架结构；建筑类别属于一类。设计使用寿命为50年，地下室部分做二级防水，地下室选择的防水混凝土要求抗渗等级为P8，屋面层的防水等级设计为II级，抗震设防烈度应该设计为7°，各项主要参数具体见表1。

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2.结构体系

结构受力体系当中的外框架与核心筒组成，构建出了两道抗震防线，为结构提供了基本的重力荷载性能和抗侧刚度，负责承受水平荷载引起的剪力与倾覆弯矩，核心筒承负的份额比重加大。将设加强层条件下的小震计算结果与不设加强层条件下的结果进行对比分析，发现实例工程的结构在不设加强层的条件下，仍能符合规范对整体计算提出的指标要求，且不设加强层就不会引发刚度、内力的突变，故最终选择的外框架+核心筒体系，是不设加强层的。（1）在建筑中心位置上，按全高程范围连续布置的贯通型钢混核心筒，核心筒剪力墙的设计厚度在X方向上自底部的1300mm开始，渐变为顶部的500mm，在Y方向上自底部的1200mm渐变为顶部的400mm。剪力墙的墙厚与混凝土材料的强度等级全都沿高度而逐渐变化；（2）楼盖系统采用普通钢混梁板式，因其结构Y向比较窄，Y向布置的框架柱、核心筒、梁、墙体都要尽可能对齐，选择宽扁梁B×H=1000mm×700mm作为主要框架梁，按梁截面B×H=400mm×900mm设计周边框架梁，可提供的Y向刚度与抗扭刚度均比较大。全楼层梁板全部都选择C30混凝土。结构1～1层由于局部有开洞，设有穿层柱7条。顶部楼层因实例工程造型所需，局部做斜柱设计。

3.结构超限的抗震加强需求

（1）计算分析。选择SATWE和ETABS两个不同的力学模型对结构做对比分析，小震计算分析时，参数取值选择的是安评反应谱与规范反应谱二者中的不利值。在小震条件下，通过对结构弹性时程所作补充分析，实际地震记录波五组和人工地震波两组的CQC法，从两者间选取一个大值。抗震性能设计应该对结构展开小、中、大震条件的计算分析，保证结构抗震性能足以实现性能C的目标。中震条件下的抗震性能选择SATWE展开近似分析。选择Perform-3D软件对结构展开罕遇地震条件下的弹塑性时程动力分析，分析结构在遭遇大震阶段，其抗震性能目标能不能满足，检验是否有薄弱楼层或薄弱构件，并针对薄弱部位选择有效措施加以强化。楼板应力选择ETABS模型来展开分析，找出楼板当中的薄弱部位并予以加强。选择MIDAS/Gen软件，可按实际施工状况模拟出结构的逐层搭建、加载过程，能够将钢混结构的徐变收缩考虑进来，分析因徐变收缩产生的变形对整个结构带来的影响（详见图2）。

图2地震荷载下的结构计算简图

（2）计算结果。实例项目在小震条件下的反应谱计算中，将扭转耦联效应、偶然偏心还有双向地震效应纳入考虑。连体部分按弹性板假定，塔楼部分按刚性楼板假定，风荷载选取50年一遇的基本风压。借助MIDAS和SATWE两种模型对结构求取振型周期，发现所得结果中最大误差不过9.78%。误差与振型阶数之间未见明显相关性。两种软件计算出来的结构周期比（Tt/T1）一个是0.777，另一个是0.780，全部都满足规范要求的＜0.85，意味着连体建筑具有较好的抗扭刚度。

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由表2来看，计算地震条件下的有效质量参与系数＞90%，完全符合规范要求。实例建筑结构主要振型包括以平动为主的振型与以扭转为主的振型，其中以平动为主的振型又可分为以X向平动为主和以Y向平动为主两种振型；扭转为主的振型中，周期最长的叫做第一扭转为主的振型。

4.抗震加强措施

核心筒剪力墙、框架全部都设计成特一级抗震。-2层～5层剪力墙筒体选择型钢砼结构，并对内部构造配筋做加强处理，对剪力墙及其底部加强区进行延性强化，保证剪力墙在罕遇地震条件下不会先产生剪切破坏。

五、结语

当前，房屋建筑结构设计广受关注，在房建结构设计中，通过对抗震设计的灵活应用，可以改善房建项目的结构稳定性。在房建结构设计期间，一定要保证各项抗震设计的科学性与合理性，保证结构的稳定性、安全性均能得到改善。对房建结构的抗震设计加以合理优化能使房建工程获得更好的发展。