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摘要：房屋建筑在使用過程中，假如不能抵抗外力作用，尤其是地震所施加的力，輕則致使房屋受損，喪失部分應用功能，存在安全方面問題，重則直接在地震中倒塌，使內部人員失去生命或者是殘疾，且引發嚴重的經濟損失。當前隨著地震災害率上升，需要在房屋建筑結構設計期間，不斷提高抗震設計水平，增強房屋抵抗外力能力，增強建筑安全性。文章以房屋建筑為對象，針對在結構設計中強化抗震設計進行研究，概括設計原則，并介紹了抗震設計應用狀況。

關鍵詞：房屋建筑；結構設計；抗震設計；原則；應用研究

在遇到比較大地震情況下，房屋建筑抗震能力不足，將直接引起坍塌，導致大量人員傷亡和財產損失。在地震災害呈現出增長態勢的當下，房屋建筑結構設計第一要務是保障質量，提高抗震設計水平，以保證房屋有極強的抵御地震力的能力，促進建筑安全性提升。

1建筑抗震設計需遵循原則

1.1整體性

房屋建筑抗震能力如何，主要取決于結構整體穩定性怎么樣，以及抵御地震力能力高低。所以房屋建筑結構抗震設計的重點是嚴格執行結構抗震設計標注，確保建筑結構的整體合理性，以增強房屋安全系數，使其在遇到地震力的時候具有一定的化解能力。房屋建筑結構設計中抗震設計要遵循整體性原則，就是在實際操作中要從全局著手分析和設計，正確合理的進行結構總體布置，確保建筑結構的整體剛度、承載力、穩定性等屬性滿足抗震的基本要求，力求整個建筑有良好抗震能力，而不是某一個部分。房屋建筑結構設計中抗震設計雖然會被落實到各個環節，但設計需從整體上考慮，系統進行分析，掌握可能出現影響結構抗震性因素，然后通過科學設計去消除。房屋建筑結構抗震設計要具有協調性，明確各個部分力的特點，做好調整、協調、控制等，然后從整體上提升抗震性能[1]。

1.2簡化原則

一般情況下，房屋建筑結構越復雜，抗震設計難度會越大。因此在房屋結構設計過程中，應在契合對功能需求同時，考慮抗震的要求，簡化結構形式，以促進房屋建筑結構抗震性能的提高。通常情況，平面形狀簡單、規則、對稱，盡量使質心和剛心重合。偏心越大的結構扭轉效應越大，會加大端部構件的位移，導致應力集中。當由于使用功能與建筑的要求，結構平面布置嚴重不規則時，應將其分割成若干比較簡單、規則的獨立結構單元。結構豎向布置最基本的原則是規則、均勻。結構豎向不規則，將使地震時某些變形特別集中，常常在該樓層因過大的變形而引起倒塌。結構剛度宜為下大上小，自下而上逐漸減小。下層剛度小，將使變形集中在下部，形成薄弱層，嚴重的會引起建筑的全面倒塌。結構平面規則及豎向規則，可以更為準確進行力學計算，確?？拐鹪O計有可靠的依據，從而在設計中有效控制與平衡，最終增強抗震設計成果。房屋建筑結構簡化，結構整體承受地震影響能力提升，地震對房屋破壞性會比較小，房屋建筑可以得到比較好的保護。但需要注意，房屋建筑結構簡單化不能盲目進行，需要在符合各項要求情況下盡量簡化。

1.3抵抗性

房屋建筑結構抗震設計中，最為關鍵的是要堅持結構整體抵抗性原則。結構必須要整體穩固與可靠來抵抗外力作用。實際抗震設計中需要掌握各個部分力學特征，準確計算結構整體抵抗力。還要做好預測，針對抵抗性，確保最終抗震設計效果可達到抗震預期目標，將地震對房屋破壞控制在最小范圍[2]。房屋建筑結構抗震設計在符合抵抗性要求外，應做好抵抗力的管理和控制，使房屋在受到地震力時受力平衡，進一步提高房屋結構穩定性，增強房屋整體抗震性能。

2建筑結構中抗震設計應用分析

2.1合理選擇場地

房屋建筑要提高抗震性能，應從最為基礎的選址著手，把地震及影響的不確定性和規律性結合起來，了解所選場地的地震危險性和小區域因素，合理確定建設場所。由地震引發的次生災害如火山、洪水、滑坡、泥石流等造成建筑物的嚴重破壞，所以從選址工作開始就應該選擇對抗震有利的地段，盡量避開不利的地段，避不開時應采取有效措施確保地基的穩定性，任何情況下均不考慮在抗震危險地段建造建筑物。房屋建筑要建設在地震發生率低的地方，以減少由于區域問題而導致承受過多的地震力，從而使房屋遭到破壞。其次房屋建筑結構抗震設計過程中應研究土質，盡量選擇基土硬度符合要求的地方進行建設。地震作用下，由于地基承載力下降或地基土液化，使得地基部分失效甚至于完全失效，最終導致建筑物傾斜、倒塌。遇到不能滿足需求但必須在這個區域內建造的，應當利用技術去改善，比如換土、加固等手段，以避免地基在地震作用下出現垮塌、位移、變形等。

2.2建筑高度和寬度設計

房屋結構抗震設計中，控制好建筑高度尤為重要。房屋建筑高度如果超出抗震規范標準的A級高度，抗震性能會下降，相應的抗震等級要求需提高。房屋建筑高度如果超出抗震規范標準的B級高度，則需要進行專門論證分析。房屋建筑結構抗震設計中一旦出現高度超高的現象，不能置之不理，而是要重新調整結構體系，最后確保高度在抗震規范所要求的范圍之內，減少側移的發生，有效達到抗震作用。房屋建筑結構抗震設計還要控制建筑寬度，提高房屋建筑寬度與高度比的合理性。當地震發生的時候，房屋建筑會出現一定的波動，當房屋建筑達到一定高度時，容易出現傾斜現象。當房屋建筑高度不變，寬度減少的情況時，會加地震的波動效應。通過合理控制房屋建筑的高寬比，有效防止房屋在地震力作用下出現嚴重傾斜，或者是因為力作用發生移動而引發比較大問題發生。

2.3確定好抗震等級

房屋建筑結構抗震設計過程中，必須確定好建筑結構的抗震等級。一般情況下，先判斷建筑的抗震設防類別。甲類建筑屬于重大工程和地震時可能發生嚴重災害的建筑，乙類建筑屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑，丙類建筑屬于一般建筑，丁類建筑屬于抗震次要建筑。確定好抗震設防類別后，再結合本地區抗震設防烈度來確定建筑結構的抗震等級。合理設置抗震等級，可保證在地區發生地震以后，房屋不受破壞，或者是破壞小，輕易不會出現建筑坍塌的問題，起到保護生命安全的作用。這個主要針對的是常規地震，而房屋建筑結構抗震設計中需要考慮到異常情況，也就是說地震等級大的問題，必須要保證具備一定的抗震能力，至少也能夠為房屋內群眾逃離爭取時間，使其不至于在瞬間倒塌。房屋建筑結構抗震設計應從當地實際狀況出發，搜集地震數據信息，明確歷年來發生地震等級和周期性，在此基礎上根據抗震需要，合理確定抗震等級。

2.4剪力墻設計

房屋建筑結構中與抗震相關比較多，例如常見的剪力墻，就是經常使用的一種抗震結構形式。目前主流房屋建筑為高層建筑或是超高層建筑，一般都會設置剪力墻，以達到抗震的目的。剪力墻在自身平面內剛度很大，平面外剛度很小，因此剪力墻結構盡量采用雙向布置。一般情況，剪力墻宜均勻對稱的布置在建筑物的外圍四周、樓梯間和電梯間四周及平面形狀變化較大的部位。剪力墻布置時，如因建筑使用需要，一個方向無法設置剪力墻，應采用其他抗側力構件，使縱橫兩個方向在水平力作用下的位移值接近。剪力墻在豎向布置需上下連續均勻，如果出現自上而下不連續性，會導致剛度突變，這個時候需要通過調整墻體的厚度來提升剪力墻的抗側性。剪力墻的洞口布置對剪力墻在房屋結構中抗震性能有比較明顯的影響。對于剪力墻開洞，要有規則，避免到處開洞及散亂開洞，盡量讓剪力墻的洞口以列的形式設計。不規則開洞會導致應力不均衡，造成建筑物潛在的薄弱環節。當開洞無法避免時，應對開洞周邊進行一定加強措施。剪力墻設置優勢在于，可使建筑上半部分可靠性和穩定性提升，當出現地震后可抵抗力的作用，保證房屋安全，或者是延緩倒塌的時間，為逃生和救援換取時間。剪力墻設計結合抗震規范的構造要求，使房屋結構中剪力墻的支撐能力提升，承受一定的荷載，從而增強結構抗震能力。剪力墻在結構中主要起到的是支撐作用，并在受力的時候隨著情況變化而變化，提高結構的安全性和穩定性，使建筑有比較強的抗震性能。連梁是剪力墻結構中抗震關鍵構件，它是指剪力墻與剪力墻相連，跨高小于5的梁。連梁具有跨度小，截面大的特點。在地震作用下與之相連的剪力墻構件剛度大，容易出現剪切斜裂縫。連梁在地震作用下, 端部產生的彎矩, 剪力和軸力, 能夠減小與之相連的剪力墻的內力和變形, 對剪力墻起到一定的約束作用, 改善剪力墻的受力狀態。在剪力墻和連梁的協同工作中，剪力墻應該具有足夠的剛度和強度。在地震作用下，結構允許進入彈塑性狀態，連梁可以產生塑性鉸。根據抗震設計要求，剪力墻的設計應該保證不發生剪切破壞，也就是要求剪力墻和連梁的設計符合強剪弱彎的原則。因此在進行結構整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。一般在實際設計中我們在0.55~1之間取值，以符合截面設計的要求。在連梁設計中，剛度折減后，仍可能發生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況，這時可以增加連梁跨度以減少連梁剛度，或者增加連梁截面寬度，使連梁的承載力不超限。高層建筑的剪力和連梁的設計受很多因素的制約。連梁的內力和剪力墻的多少、每片剪力墻的水平力大小、連梁的剛度、與之相連的墻肢剛度等都有關。因此在進行連梁設計時，要把互相制約的因素統一協調，以取得比較理想的設計結果。

2.5保證建筑剛性符合要求

從當下設計來看，主流房屋建筑基本上都是鋼筋混凝土結構，具有加固的效果，通?？稍鰪娊ㄖ姸扰c剛性。當前針對鋼筋混凝土結構有明確的要求，上部分和下部分的結構體系要保持一致[4]，否則難以達到抗震要求，也不符合抗震設計相關規范。以建筑上半部分為鋼結構，下半部分為混凝土結構為例，結構體系不一樣，相關部分也會有比較大的差異，比如阻尼和剛性，這種情況下抗震性能難以達到要求。如果在房屋建筑中出現屋蓋是鋼結構，在抵抗側立設計中依然主要依靠的是鋼筋混凝土結構，房屋建筑結構抗震設計需要具體問題具體對待，嚴格執行設計規范和要求。要提到的是并非結構剛性越強越好，超出了界限之后，建造成本會升高，除了會存在嚴重浪費外，還會導致承受的力過大，從而使房屋建筑出現嚴重問題。但結構的剛性也不能過低，因為會在地震力作用下出現變形，情況一般比較嚴重，使房屋有被地震力損壞的風險，故而在任何情況下都要保證剛性符合相關規定。

2.6整體分析與協調

通常情況下房屋建筑具有一定的規則，但也有特殊狀況，就是建筑不屬于規則型的。這類房屋建筑結構抗震設計，必須優化防震縫的設計，將不規則結構分割成若干比較簡單、規則的獨立結構單元。房屋建筑結構抗震設計中力的計算極為關鍵，但需要注意不能僅依靠計算，而是要在設計中堅持從整體出發，分析力的情況，然后做好協調工作，增強豎向抗側力的能力，使建筑在遇到地震時各個部分能一起消減能量和外力，降低對房屋的破壞性。設計中可進行模擬可靠性分析，通過掌握的材料參數，從全局出發，既要分析房屋結構所要承受的荷載力，又要對存在的可能性和不確定性進行研究[5]。此外，地震涉及到了烈度的問題，與結構抗震性能有比較大關聯，結構抗震分析中要掌握相關情況。在此基礎上可明確地震發生之時，各項因素對結構抗震性能的影響，而且是從不同視角上得出的結果，可靠性更強。緊接著要依據掌握的信息和情況，對結構體系展開分析和研究，從抗震角度上準確客觀評價，促進結構體系的優化，最終實現幫助房屋建筑提高抗震性能的目的。

2.7位移設計和消能減震設計

房屋建筑在遇到地震以后，在力的作用下會出現位移，使其出現嚴重質量問題或者是傾斜.位移反映了房屋建筑結構的合理性和平衡性, 位移現象越嚴重，就說明房屋建筑結構的抵抗力越低。所以抗震設計一個重點是分析位移情況，通過科學設計減少和控制在地震力作用下進行位移，從而增強房屋建筑結構抗震能力。這就需要在實際操作中以承載力入手，準確對位移展開計算，并要在期間做好限制計算，同時還要按照要求完成延性計算，這樣就能在期間掌握結構耗能實際狀況，綜合考慮下進行設計和優化，提高結構抗震整體能力。設計人員必須要對結構足夠了解，對于高層建筑來說，主要集中在框架和剪力墻兩個部分。掌握相關部分的關系，最后依據結構構件的變形要求進行設計。結構構件發生彈塑后會出現變形，應做好分析和研究，掌握其和其他變形之間存在的聯系，集中在構件變形部分，最后從優化抗震和降低變形出現率出發做好房屋建筑結構抗震設計。房屋建筑結構抗震設計中還可采用消能減震結構進行抗震設計。相對傳統抗震結構，消能減震結構具有很多優越性。消能減震結構由于設置消能裝置，它們具有很強的耗能能力，在強地震中能率先消耗結構的地震能量，迅速衰減結構的地震反應，并保護主體結構和構件免遭損壞，確保結構在強地震中的安全。消能減震結構雖然增設消能裝置，但主體結構所承受的地震作用大大減小，故可減少構件斷面，減少構件配筋，擴大跨度，增加高度等等，結構物的總造價反而節省。由于采用消能減震結構，結構本身所受的地震作用大大減少，因而可以突破傳統結構設計的某些嚴格限制，按照建筑結構的功能要求，做成非規則結構、大跨度結構、大開間結構、超高層抗震抗風結構等等。使建筑師從“抗震”限制中解放出來，比較自由地進行建筑設計。

3結語

總之，改善房屋建筑結構的抗震性能，可以有效減少地震造成的破壞，以增強使用的安全性，保護好人民生命，同時確保不會因為房屋問題帶來經濟損失。房屋建筑結構抗震設計極為重要，需提高設計能力，堅持整體性、簡化、抵抗性原則，同時從整體上出發進行設計和協調，優化結構抗震性能，以增強房屋建筑安全性。

作者:周一凡 單位:中信建筑設計研究總院有限公司