浅谈节能抗震型房屋结构抗震设计

李凤军

（大庆油田庆北工矿服务公司让西工矿服务公司，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

地震是一种严重的自然灾害，威胁着人类的生命和财产安全，我国处于太平洋、欧亚地震带世界两大地震带之间，地震活动范围广，震中分散，随机性强，不易捕捉地震发生的具体地点，难以集中采取防御措施。上世纪20年代以来，我国发生的较大地震统计表如表1所示。

表1 20世纪以来我国较大地震统计

在我国常见的房屋建筑结构有钢结构、钢混结构、框架剪力墙结构、钢混框架结构、砖混结构。近年频发的地震，在对房屋建筑结构造成破坏的同时，从房屋抗震的角度也突出了许多值得工程界认真思考总结的问题。对于地震后建筑的震害情况进行分析总结，找出建筑抗震研究中需要加强的环节，从震害总结的层面研究房屋结构的抗震性能，提高房屋的抗震能力，是摆在工程界面前一个长期和严肃的话题[1]。目前，国家提倡节能减排，建筑节能作为节约能源的一个重要组成部分，如何在保证建筑物舒适度前提下，提高能源利用效率，减少建筑物热损失是目前亟待解决的问题。因此，本文对节能抗震型房屋结构进行研究，具有重要意义。

1 节能抗震型房屋体系构成

1.1 节能保温系统

常见的节能保温系统主要包括：外墙外保温系统、外墙内保温系统、外墙复合墙体保温系统、外墙自保温等。（1）外墙外保温系统是在主题墙的外侧复合保温材料，制作墙体的工程材料本身具有保温隔热的作用，导热系数相对较小，墙体达到一定厚度即可满足节能指标。但外墙外保温系统的施工质量会直接影响节能效率，如果施工质量达不到要求，会缩短使用寿命，危及人身安全；（2）外墙内保温系统是在建筑内部墙体附加保温材料达到节能目的，保温材料层是节能墙体的主要功能部分，由于保温材料在室内，因此尽可能采用导热系数小的高效保温材料，以减少厚度，增大室内使用面积。外墙内保温与外墙外保温施工技术相比，施工不受雨季影响。外墙内保温的缺点是占用室内使用面积，保温材料使用不当可能造成室内污染；（3）外墙复合墙体保温系统采用保温材料与轻质墙体材料共同构成外保温复合夹芯墙体。它是在砖砌体、混凝空心砲块与其他砌体材料所砌筑外叶墙与内叶墙的中间，安装绝热保温材料。外墙复合墙体保温系统构造在严寒地区节能住宅使用较多，目前这种结构应用最多的是50%的节能率的设计[2]；（4）外墙自保温系统指仅使用单一墙体材料就可以满足节能要求的外墙保温体系，墙体材料本身就是保温材料。

1.2 节能保温结构体系

根据工程实际中常用使用形式的不同，节能材料可以分为三种：砌体节能材料、膏状节能材料、板状节能材料。三种不同形式的节能材料对应使用的结构体系也不相同，分别为砌体结构体系、混凝土结构体系、钢结构体系。（1）砌体结构作为传统的结构体系，具有节能效率低，自重大，抗震型差等缺点；（2）混凝土结构体系是我国目前最常用的结构体系，该结构体系配合保温墙板，保温性能相对于砌体结构体系有很大的提高，且抗震性由于砌体结构，但存在着造价高，施工困难，震后维修困难等缺点；（3）钢结构目前发展迅速，相比于以上2种结构体系，存在自重轻，抗震性好，节能等优点。

综合上述节能保温系统与结构体系，轻质保温墙板和楼板与钢结构体系组合成为房屋的节能保温结构体系。

2 房屋抗震设计

目前我国应对地震的措施主要有抗震和减震消震技术，传统抗震理念为提高设计等级，通过结构自身强度抵抗地震冲击波，随着人们对该领域的研究不断深入，通过构造方式来抵抗地震对建筑物的冲击是目前房屋抗震设计的主要研究方向。

2.1 基础抗震技术

地震作用下，房屋结构的运动微分方程[3]为：

其中：m为房屋结构质量；c为房屋结构阻尼系数；k为房屋结构刚度系数；为房屋结构对地面的相对位移、速度、加速度；-地面加速度时程。

通过以上公式可以看出，地震作用能减少，房屋结构相对位移相应减少，最有效的方法就是使用抗震材料，房屋设计中经常使用的抗震装置有夹层橡胶垫、砂垫层抗震、摩擦抗震装置、碎石垫层地基等，采取该种设计方法的以上装置有较强的形变能力，地震时能提供较大阻尼和消耗震动能量。

2.2 耗能抗震技术

该技术是在房屋设计中将结构物中的一些构件变为消耗能量的部件，或者某些节点处设置阻尼器，平时这些构件不起作用，在发生地震时，耗能部件开始发挥作用，消耗了进入房屋结构的能量，保护主体结构不受破坏。

2.3 房屋加固技术

房屋加固除了构件由于强度不足或延性不足做针对性对构件进行加固外，尚应对房屋进行整体性加固，是使现有建筑达到规定的抗震设防要求而进行的设计及施工，例如框架结构可增设剪力墙，使地震作用下的柱子内力与变形减少，从而达到抗震加固的目的。加固设计应以提高建筑物的整体抗震强度和变形能力为主，通过对原有的抗震构件进行加固或增加新的抗震构件，提高结构的整体抗震能力，改善结构的刚度与强度分布的不均匀性，加强易倒塌构件的连接，提高抗震能力。加固设计及加固施工应与抗震鉴定结合考虑，加固设计应在遵循抗震设计规范的基础上，采用专家会审法、经验借鉴法、科研成果借鉴法、投入与产出经济分析法等方法。

2.4 增设剪力墙加固技术

房屋结构刚度增大时，结构形变减小，只要刚度取得合理，地震作用虽然增加，但结构变形仍然减小。实践证明，大多数房屋结构增设剪力墙后，形变减小，地震作用主要有剪力墙抵御，房屋结构中的内力与形变减小，达到抗震目的。

3 结语

我国现行的城市建筑抗震设计规范《建筑抗震设计规范》中对城市房屋建筑结构的抗震设防目标是：“小震不坏，中震可修，大震不倒”，本文所讨论的是一种节能抗震型房屋及相关抗震技术的设计，能够在节能的基础上，保持抗震性，通过后期计算研究，可以讨论节能效率更高的保温材料与抗震效果更好的抗震技术。目前的技术水平对未来发生地震的地点、时间和大小无法进行准确的预测，因此在房屋结构抗震设计的过程中，必须要对房屋受力影响因素进行深入考虑，才能使房屋结构抗震设计获得更多的数据支撑，提高房屋结构抗震设计水平。