浅谈具备抗震功能的民用建筑结构设计

乔凤娇

（青岛市民用建筑设计院有限公司 山东青岛 266400）

我国幅员辽阔、地质结构复杂，其中包含了较大范围的地震带区域，地震烈度在Ⅶ度的国土区域占全国总面积的41%，这对我国人们的生产生活带来严重影响，房屋建筑就深受其害，进行具有抗震功能的房屋建筑结构设计一直是建筑行业关注的热点话题。受结构形式等诸多方面的影响，我国民用建筑的抗震结构设计一直是建筑设计的难点，科学合理的民用建筑抗震结构设计不仅能给人们提供良好的居住环境，更能实现生命安全与财产的有效保证；因此，进行如何通过科学的结构方案设计提高民用建筑的抗震性能，一直都是建筑工程人员不得不思考的重要内容，本文由此展开分析。

1 抗震设计的内容

作为一个系统性较强的完整概念，建筑结构的抗震设计包含了场址选择、结构设计、抗震应用等多个方面。建筑的结构设计是否符合国家相关建设标准，往往会通过其抗震设计进行规范。实践过程中，针对不同地质情况的区域，其抗震设计的结构应用也存在差异，只有实现结构设计的科学化，才能保证其抗震设计的合理。

在设计内容上，概念设计、抗震计算和构造保证措施是抗震设计的三个主要层次。概念设计将房屋建筑抗震设计的原则进行整体化把握，是建筑结构抗震设计的依据和指导；而抗震设计的技术保证通过计算过程进行实现，规范化、标准化的抗震计算是整个抗震设计的重点；另外，构造保证是实现建筑结构薄弱环节改进的主要手段，这些构造优化措施有效的保证了房屋建筑的整体性。从整个设计过程来看，此三个设计层次密切相关、不可分割。一旦任何设计环节出现疏漏，势必造成整体设计的失败。

需要注意的是，概念设计包含了抗震建筑结构设计的总体方案、材料选择、细部优化、和设计原则等诸多内容；其在注重高深度设计原则的基础上，兼顾了细节部位关键性的设计优化，实现了建筑抗震性能的良好发挥。实践过程中，一旦地震灾害发生，则地质的具体情况、地表的运动情况以及地震过程对房屋建筑的影响情况等都难以把控，这就使得单纯的建筑结构抗震计算具有一定的片面性，需要优于实际的措施予以保证。作为抗震建筑结构具体设计的指导，建筑抗震概念的设计充分借鉴了地震灾害和工程经验的实践，对抗震建筑的结构设计提出发展方向。作为整个民用建筑抗震设计过程的前提，概念设计直接决定了抗震设计及构造保证的实施，是整个建筑抗震结构设计过程需要把控的核心[1]。

2 民用建筑的结构形式

随着人们生活水平的不断提高，建筑设计的选择愈发多样化，这也导致了建筑的结构形式发生重大变化。就民用建筑而言，砖木结构、框架结构、钢结构、砌体结构是其主要的结构形式类型，并且由于材料、设计、施工的指标不同，其抗震性能也存在明显差异。

2.1 砌体结构

砌体结构是当前环境下，我国建筑工程设计建设中应用最为广泛地结构形式，其广泛地应用于城市及农村的房屋建设过程中。在其应用过程中，小开间是其主要的应用形式，较多内墙的使用，使得房屋的抗侧力刚度不断增强，进而提高了房屋建筑的抗震性能。需要注意的是，砌体结构的房屋建筑在延性和塑性方面较弱，随着其跨度的不断增大，其结构的抗震能力就会逐渐降低，使得地震过程中，交叉开裂和区域塌落的现象时有发生。

2.2 砖木结构

砖木结构是是我国建筑形式中广为应用的结构类型，其主要集中在农村地区。通常，以木质结构进行楼板、门窗、屋顶、屋架等诸多内容的应用，是木质结构农用建筑的常见方式。与其他结构类型相比，砖木结构的构造设计相对简单，并且建筑材料经济性较高。然而，在抗震防护作用中，受砌筑砂浆强度、木质结构连接等诸多因素的影响，砖木结构的整体抗震性能较差，容易造成损坏，影响正常使用。

2.3 框架结构

民用建筑承重系统中，由梁柱刚接或铰接形成的建筑结构形式被称为框架结构。框架结构建筑的荷载由建筑中梁和纵柱进行承担。在实践过程中，由于建筑的空间分割选择形式多样，且在抗震性能和材料应用方面具有突出优势，故而较为广泛地应用在民用建筑设计过程中。需要注意的是，在框架结构的基础上，建筑人员将其与剪力墙结构进行综合利用，形成了新的框剪结构。这种结构形式的民用建筑在提供较大应用空间的同时，保证了房屋建筑的抗震能力，故而在当前的建筑环境下应用越来越广泛。

2.4 钢材料结构

现代建筑工程项目中，钢材料结构的应用比较普遍，强度高，质量轻是钢材料结构建筑的最主要特征。在应用过程中，良好的延塑性使得其面临一般地震时，房屋的结构形式不会发生较大变化；即使地震灾害的烈度较高，其也可以有效的避免结构破坏而造成的坍塌现象，因此具有极为优越的抗震性能，能够在提升建筑应用安全的同时，保证人们的人身安全和财产安全。然而，与其他结构类型的应用相比，钢材料结构在价格和耐火性上面存在明显缺陷，限制比较明显，这也造成了其在民用结构中的相对其他结构类型较少。

3 具备抗震功能的民用建筑结构设计方案

对民用建筑进行抗震结构设计，首先就应充分考虑其抗震性能的影响因素，然后针对性的进行民用建筑抗震结构的优化设计。实践证明，建筑场地、地基基础、结构体系、建筑平面、材料施工、非承重结构等都是影响民用建筑抗震功能发挥的重要原因，只有系统进行这些作用点的优化设计，才能保证建筑结构抗震性能的良好。

3.1 进行建筑场地、地基基础的选择

抗震建筑结构设计过程中，实际的工程需要是进行建筑场地和地基基础选择的重要前提[2]。作为整个民用建筑设计的第一步，场地的选择应在工程需要的基础上，充份分析地震活动及工程地质的相关情况，进而实现建设地段安全性能的合理评估。在应用过程中，尽量选择地质结构单一稳定的地方进行设计施工，一旦无法避开不利地带，则应采取必要的抗震防护措施。同时，地基基础设计是民用建筑抗震结构设计的重要组成部分。再设计过程中，应尽量避免在性质不同地基上建立统一单元结构，并且，应采用现代施工技术进行桩基础的设置，减少天然桩基使用。需要注意的是，我国的地质结构复杂，部分区域存在液化土、软性粘质土，在这些土层进行房屋建筑的结构设计，容易因地震而形成沉降或倾塌等，故对其应进行地基基础的加强，确保其刚度和整体性满足实际应用需要。

3.2 保证构件标准，优化抗震结构体系

民用建筑结构的抗震体系应在建筑功能用途、建筑高差、场地地基基础、材料施工、设防烈度等因素的基础上，运用经济合理的手段进行选择。抗震结构体系的设计内容包括以下内容：①对计算简图和地震传递途径进行合理设计，确保建筑计算简图的明确和荷载传递的有效。②通过多道抗震防线的设置，避免因民用建筑部分损坏而造成的整体抗震性能下降，保证房屋的承载能力良好。③对结构提携的刚度、强度、变形能力、耗能能力进行计算，确保其满足应用需求。④进行民用建筑薄弱部位的优化设计，避免荷载作用下的应力集中。⑤对结构体系中主轴方向的动力特点进行规范，确保其属性相近。

结构体系的构件设计是民用建筑抗震结构设计的重要组成部分，其也是抗震体系良好性能发挥的重要保证。设计过程中，抗震结构构件应当选择以下标准进行设计保证：①对钢筋混凝土圈梁、构造柱、芯柱、组合砌体等进行设计优化，保证抗震能力的有效提升；②对混凝土构建的尺寸、钢筋、箍筋等进行计算、配置，在其中，剪切、混凝土压溃、钢筋锚固等都是重要的考虑内容；③为避免民用建筑局部构件或整体失稳，应对其尺寸、连接方式进行设计保证，即在构件节点的强度高于连接构件强度的同时，预埋件锚固强度要高于连接件强度，并在节点核心区外进行预应力钢筋的锚固；④对民用房的连接方式进行优化，目前装配式连接方式能有效的保证民用建筑结构的整体性。

3.3 合理进行民用建筑平面和立面的选择

民用建筑的抗震性能明显较弱，一旦受到地震灾害影响，容易因外力的影响发生扭转、应力集中和塑性变形；而规则化、对称化、均匀化的建筑平立面布置是改善这一缺陷的有效方式。因此，在案进行平、立面设计时，应避免错层设计的发生，同时，若条件合理，应采用防震缝进行结构抗震优化。需要注意的是，若是民用建筑的结构相对比较负责，则应避免防震缝的设计，并且，一旦采用了防震缝应用，则应根据抗震烈度需求、材料种类、结构类型、等情况，将建筑分为规格合理的结构单元，保证伸缩缝、沉降缝能达到防震缝的应用要求。

3.4 进行称重结构与主体结构的规划

要防止地震的附加灾害，减伤灾害损失，进行称重结构和整体结构的抗震设计至关重要。具体而言，设计人员应保证附属结构构件与主体结构的有效连接和锚固，避免地震灾害过程中对人、设备、财产的损坏；而围护墙与隔离墙的设置关系到整体抗震性能，因此，应保证其连接的紧密性和严实性。譬如，设计中应确保框架内的填充墙与房顶保持统一水平高度防止因短柱而造成的结构孤立等。

3.5 进行施工材料和质量的抗震设计

抗震材料的应用是确保民用建筑抗震性能良好的基础保证。在进行抗震结构设计时，应遵照相关抗震要求，进行抗震材料的选择与应用，并保证这些材料符合最低的抗震要求。譬如：泥土砖的强度要高于MUIO，而砌筑砂浆的强度要高于M5，混凝土小型切块强度等级高于MU7.5等。只有充分保证这些材料的应用满足抗震需求，才能确保其设计的合理化，进而实现建筑抗震性能的良好发挥。

4 结论

民用建筑的抗震结构设计是一个专业化程度较高，技术较强的系统过程。随着人们对于防震要求的不断增高，工程建设人员只有在保证明确抗震具体要求的基础上，充分考虑民用建筑的结构特点，并针对性的做好场地选择、地基保证、抗震结构体系优化、平立面处理及材料等方面的规划设计，才能保证民用建筑抗震结构设计的合理化，保证人们生活居住的安全稳定。