抗震設計在房屋建筑結構設計中的運用分析

高正賢

地震是自然界的一種破壞性力量，給人類造成巨大的生命傷害和財產損失。為了提高建筑物抵御地震的能力，抗震設計研究應運而生，其主要是通過優化建筑結構，減少地震對建筑物的破壞程度，保護人民的生命財產安全?；诖?，本文將探討抗震設計在房屋建筑結構設計中的運用，先介紹抗震設計的基本原理，分析常見的抗震設計方法和技術，然后結合抗震設計的實踐案例，了解不同抗震設計方法在實際工程中的運用效果，并探討其優缺點。

1 房屋建筑抗震設計分析

房屋建筑抗震設計是在地震區域中確保建筑物安全的重要環節。為了提高房屋的抗震能力，設計師需要遵循簡化性、抵抗性、整體性3 個原則：

1）簡化性是指在設計過程中盡量減少結構的復雜性，以簡約的形式實現抗震能力。簡化結構能減少不必要的節點和連接，降低材料使用量，并提高施工效率。同時，簡化性設計還可以減少結構的共振現象，減小地震作用對結構的影響。因此，在進行房屋抗震設計時，設計師應考慮使用簡單而有效的結構形式，如框架結構、剪力墻結構。

2）抵抗性是指房屋結構具有足夠的承載能力，能抵抗地震作用。在抗震設計中，設計師要根據地震區域的地質條件和地震活動水平，合理選擇合適的結構形式和材料。例如，使用高強度的混凝土或鋼材料，能增加結構的抗震能力；還要考慮結構的荷載分配和變形控制，確保房屋在地震中能承受住外力的作用。

3）整體性是指房屋結構各部分間的協調，從而增強整體抗震能力。在抗震設計中，設計師需要考慮各個構件間的連接方式和布置位置，確保整個結構能形成穩定的整體。除此之外，應該考慮結構的水平抗震性能和垂直抗震性能以及地震引起的水平位移和垂直位移對結構的影響。設計師通過合理布置支撐構件，提高了整體抗震能力。地震烈度及對應的基本地震加速度值，如表1 所示。其中，g 取值9.8 m/s2。

表1 地震烈度及對應的基本地震加速度值統計表

2 抗震設計在房屋建筑結構設計中的應用

2.1 工程概述

以某房屋建筑工程為主要研究對象，將建筑結構的抗震設防等級設定為8 度，結合抗震要求進行抗震設防。整棟房屋共7 層，采用混凝土現澆方式施工，其中1 層為車庫，2 層為辦公區，主要采用砌筑結構。從項目總體上分析，該房屋建筑工程總面積731.5 m2，縱向長度19.00 m，橫向建筑面積5.50 m2。由于該項目房屋縱向南側沒有圍墻，抗震性能難以達標。提出2 種抗震優化設計方案，以達到上述標準。

2.2 設計要點

2.2.1 設計前期的震害調查

近年來，地震頻發成為世界各地不可忽視的自然災害，在地震中房屋結構承受著巨大的力量沖擊。因此，在房屋結構設計前，工作人員要進行一次全面的震害調查，其主要目的是評估地震對房屋結構的潛在影響，有利于設計師制訂出合適的結構設計方案，進一步增強房屋的抗震能力。調查人員會收集歷史地震數據，包括震級、震源深度、震中距離等信息，幫助其確定該地區的地震活動水平，從而評估房屋所面臨的地震風險。接下來，調查人員會實地檢查現有的房屋結構，尋找可能存在的結構缺陷，觀察墻體、柱子、梁、地基等結構組件的狀況，并進行必要的測試。通過上述調查，確定哪些部分需要進行加固，從而提高房屋的抗震性能[1]。

經專業人員勘察，本文中7 層房屋采用混凝土作為墻體的建筑材料，在縱向一側設置輕體墻，在形成完整梁柱結構的5 層砌體結構中設置車庫和底商。然而，由于這種結構的中柱截面較低，其對應的墻面為磚砌體墻。除第1 層外，從第2 層開始工作人員全部應用傳統砌體施工方法，得到磚砌體墻。從建筑結構布局上分析，這類建筑的上層建筑與下層建筑的墻體之間是有差異的，呈非連續性的特征，沿豎向的一面向墻體傾斜。當出現地震問題時，僅有部分房屋未倒塌，其他房屋均出現嚴重破壞，給居民日常生活帶來不同程度的影響。

2.2.2 制訂設計方案

地震是一種破壞性極大的自然災害，對于房屋結構來說，具有嚴重的威脅。因此，在房屋建筑結構設計過程中，必須充分考慮抗震能力，制訂相應的設計方案，以確保房屋在地震中能夠保持穩定。不同的結構形式在抗震能力上有差異，在選擇結構形式時應根據地區的地震活動性、土壤條件等因素進行綜合評估。常見結構形式有框架結構、剪力墻結構、框剪結構等。對于高地震活動性地區，應優先選擇剪力墻結構或框剪結構，從而增加房屋的抗震能力。同時，抗震材料是確保房屋結構具備良好抗震性能的關鍵。在材料選擇上，要優先考慮具有較高抗震性能的材料，如高強度鋼筋、高強度混凝土等。還要注意材料的可靠性，選取合適的抗震材料，能有效提升房屋的整體抗震能力。在房屋建筑結構設計中，結構細節合理性對于提升抗震能力非常重要。在設計過程中，應充分考慮結構節點和連接部位的抗震性能，使用適當的連接方式，以增加結構的整體穩定性。且要考慮房屋的儲備能力，即在地震發生的時候，結構是否具備較強的變形能力，從而緩沖地震對房屋的沖擊。對于1 層為車庫和底商的房屋建筑，工作人員通常利用增強橫墻承重的方式，提高建筑自身的穩定性，而忽略處理縱向抗側力構件，無形中降低了建筑整體的抗震性能。本文從剛度控制和技術層面著手，有效地解決上述問題。也就是說，將該類型房屋作為多層砌筑房屋，提出基于剛度控制層面的設計和技術層面的設計，切實優化房屋建筑結構[2]。

1）基于剛度控制層面的設計。工作人員要以增強建筑物墻體抗震性能為重點，嚴格按照建筑物抗震性能設計標準，以底層框架結構抗震墻為主體，科學設置豎向剛度比，提高軸線縱向剛度。結合震害調查資料可知，底框結構太過復雜，若在建筑抗震等級上應用復合材料建立混合結構，建筑抗震等級提高難度較大[3]。為了改善該環節的抗震性能，本文采用剛度比計算公式，科學分析建筑抗震墻的剛度比：

式（1）中：K1為房屋建筑底層剛度；K2為房屋建筑2 層剛度；∑Kω為混凝土抗震墻側向剛度；∑Kf為位于底層的框架側向剛度；∑Kbω為處于底層的抗震墻側向剛度。

工作人員通過以上工作的應用，對不同環節的指標剛度進行了測算，剛度標準得到了有效的規范：第1，對底層防震墻進行剛性控制。以抗震階段抗震墻彎曲變形為設計標準，對剪切形變效應進行科學判斷，對剛度控制限值進行精確計算，從而得出剛度控制標準的不同情況。第2，控制底框剛性。工作人員以彎曲變形剛度為唯一判斷標準，假定框架梁剛性指標要求，對建筑物的抗震性能要求進行事先摸底，對框架柱剛度范圍進行合理控制。第3，控制砌體抗震墻剛度。在研究該性能標準時，工作人員要推斷出墻體寬度和高度比例，如果兩者比例＜1，要采用剪切為標準，避免墻體出現變形問題，合理控制剛度數值；當數值在1 ～4 時，工作人員需要在剪切形變基礎上設置彎曲指標，合理控制剛度控制范圍；如果數值遠超4，要應用等效處理法，控制側向剛度是指為0[4]。

2）基于技術層面設計?？v向抗震結構處理的建議是考慮到房屋建筑縱向抗震性能較弱而提出的，具體如下：第1，無論是車庫還是底商，在滿足抗震墻砌體設計要求、科學設置1 層鋼筋混凝土框架結構、縱向增加抗震量、確保上墻框架與下墻框架相互對齊、全面檢查符合行業的梁柱位置、嚴格按照建筑標準設計等方面，都要注意處理好1 層建筑的通行門軸線。合理控制建筑2 層側向剛度和沿著軸線位置的1層框架結構剛度比例。第2，嚴格遵循均勻布設的原則，從現有的錯落有致排列到均勻分布，兩側按照軸線對稱排列，對1 層建筑的軸線混凝土抗震墻進行科學優化[5]。如果1 層樓屬于單開門型，則應該以側向剛度作為調節物體，合理設置1層的側向剛度系統，這樣才能在地震發生階段有效地防止扭轉作用的發生。第3，將外縱墻底層混凝土構件為優化對象，和橫向墻體相互連接，建立完整的建筑結構，合理優化抗震墻體和梁柱框架[6]。

2.2.3 建筑基礎選型

建筑基礎選型有如下幾點：第1，選擇合適的地基類型。地基是建筑物與地面之間的結構，承擔著建筑物自身重量以及地震力的傳遞。根據地基的穩定性和承載能力，分為巖石地基、砂土地基、軟土地基等類型。巖石地基具有較好的穩定性和承載能力，適合用于高層建筑和大型工程；砂土地基的穩定性較差，但承載能力較高，適合用于多層建筑；軟土地基的穩定性最差，承載能力較低，需要采取特殊的處理措施[7]。因此，在選擇地基類型時，需考慮地質條件、建筑物類型和地震烈度等因素，確保地基能滿足建筑物的需求。第2，設計合理的基礎形式?；A形式包括淺基礎和深基礎兩種類型。淺基礎適用于土層較為堅實且承載能力較高的地區，筏板基礎、擴展基礎等；深基礎適用于土層較松軟或承載能力較低的地區，如樁基、鋼筋混凝土樁等。選擇合適的基礎形式需要考慮地質條件、建筑物荷載和地震力等因素，確?；A能夠有效地承擔地震作用，并將地震力傳遞到地下穩定層。第3，采用適當的基礎抗震措施?；A抗震措施是指在設計和施工過程中采取的一系列措施，以提高基礎的抗震性能。例如，通過增加基礎的尺寸、加固基礎連接部位、采用抗震支撐等方式來增加基礎的剛度和強度。此外，還可采用局部加固、懸挑效應、剪力墻等措施來進一步提高基礎的抗震性能。通過合理的基礎抗震措施，有效減小地震作用對建筑物的破壞[8]。

2.3 房屋建筑抗震設計

2.3.1 平面設計

本工程1 層樓建筑為3.3 m，其他樓層建筑高度為3.0 m，內外墻厚度分別為240 mm、260 mm，柱截面尺寸控制為480 mm×360 mm。

在2 ～7 層建筑平面設計過程中，全部應用普通砌體墻設置，對齊縱向框架結構，外部設置陽臺，除了高度存在差異外，其他參數尺寸和1 層平面設計的數據基本相同。

2.3.2 加固設計

為了增強建筑結構的抗震性能，提出2 種加固設計方案。在第1 種加固設計方案中，在建筑兩端開間位置提高墻體厚度，有效優化抗震性能。其中，混凝土墻體厚度在原有基礎上提升到500 mm。同時，在墻體位置開孔，優化庫房施工流程，但這種方案要減少車庫數量，但能提升車庫使用的舒適性，進一步拓展入門空間。在第2 種方案中，其在既有建筑結構基礎上增加混凝土翼墻厚度，將厚度增加到300 mm[9]。這種加固方案雖然不會降低車庫數量，但入門空間較少，無形中降低其使用舒適度（圖1）。

圖1 剪力墻抗震設計（來源：網絡）

2.4 抗震性能測試

通過分析上述2 種加固方案，進一步分析計算內容，判斷剛度比是否達到行業標準。如果剛度比為1.0 ～1.5，則判斷剛度比能達到為行業標準（表2）。通過分析上述結果，發現兩種加固方案的剛度完全滿足1.0 ～1.5 標準。結合相關數據，工作人員要按照建筑實際使用標準，采用一種合理的加固方案[10]。

表2 不同加固方案的剛度比計算結果統計表

3 結語

隨著現代社會不斷發展，抗震設計在房屋建筑結構設計中的運用研究越來越受重視。經過對相關文獻和實踐案例的綜合分析，得出結論：

1）抗震設計是確保建筑結構在地震發生時能安全承受地震力的關鍵。通過采用合理的結構形式、材料選擇、施工技術，有效提高建筑物的抗震性能。研究表明，強震區的建筑結構應該遵循一定的抗震設計準則，包括考慮地震荷載大小、確定合適的結構型式、加固結構節點、連接件等。

2）抗震設計不僅是為了確保建筑物的人員安全，還可減少地震災害對社會經濟的影響。通過合理的抗震設計，降低地震造成的損失，提高建筑物的恢復能力，減少業主和社會的經濟負擔。因此，抗震設計在房屋建筑結構中的運用是非常必要的。

3）抗震設計要綜合考慮多個因素，除了地震力的大小之外，還要考慮建筑物的功能、使用壽命、基礎條件等多方面的因素。例如，在設計過程中，要考慮地震波的特點、結構的柔度和剛度等因素，并根據具體情況進行合理的調整。