房屋结构设计中抗震技术的运用分析

房屋结构设计中抗震技术的运用分析

张墅褒

龙光地产股份有限公司

【摘要】地震使大量的房屋倒塌是造成人员伤亡的最主要原因，因此抗震技术的应用是房屋结构设计的关键部分。本文从抗震技术的原理、原则出发，简单介绍了传统抗震技术在房屋结构设计中的应用，并通过实例详细分析了新型抗震技术在房屋结构设计中的应用，以期能够对我国抗震技术在房屋结构设计中应用的发展以及进步起到促进作用。

【关键词】房屋结构；设计；新型抗震技术；应用

1引言

近年来，世界各地区地震灾害频发，而我国位于世界两大地震带―环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受板块运动挤压，地震活动十分频繁，如1976年发生的唐山大地震、2008年发生的汶川大地震和2013年发生的雅安地震等，给人民的生命及财产安全带来了不可估量的损失，而造成人员伤亡的最主要原因便是地震使大量的房屋倒塌。据不完全统计，1900年至今，全球地震死亡人数占所有自然灾害死亡人数的63%，其中中国的地震死亡人数最多，占45%，这主要是因为以前中国的房屋抗震能力差，人口密集，约62%的死亡是抗震能力差的砖石房屋倒塌造成的。与此同时，由于地震具有不可预知性和瞬时性，地震爆发时人们无法在短时间内组织有效的抗御行动，我们所能做的只有防范并减轻地震灾害造成的影响，因此，房屋建筑结构设计中对于房屋的抗震提出了更高的要求，研究房屋建筑结构设计中的抗震方法，有效利用一些先进的抗震技术提高房屋的抗震性能，对于在地震时避免不必要的损失及保证居民的生命和财产安全有着十分重大的意义。

2房屋结构设计中的抗震技术的基本原理及原则

2.1抗震技术的基本原理

在地震发生的时候，由于房屋依附在地球表面，所以房屋受到地震破坏的方式主要受地震波（横波与纵波）的影响。地震发生时会以能量波的形式将地壳内释放的巨大能量向周围传递，通过输入能量的方式，使被波及到的房屋整体产生剧烈的震动从而坍塌破坏。而每栋房屋都有自己特定的自振频率，如果这个频率与地震作用的频率接近，便会引起类似共振的效用，带来更加可怕的强大破坏力。因此，在地震发生时，房屋振动的剧烈程度与其本身的阻尼有着直接的关系，当结构设计中房屋的阻尼较小时，消耗和吸收地震的能量就会小，振动幅度就大，从而便会对房屋造成的破坏就严重；反之，当结构设计中房屋的阻尼较大时，消耗和吸收地震的能量就会增大，振动幅度也就越小，振动就越轻，从而有效的降低建筑物的受损程度。

因此，房屋结构设计中，在满足其他需求的同时，抗震技术的基本原理就是在房屋建筑施工中尽可能的增大房屋自身的阻尼，使房屋本身所吸收和消耗的因地震产生的能量变大，以减轻房屋振动、减少房屋损害，从而最终达到抗震的目的。

2.2抗震技术的基本原则

抗震设计的基本理念为“小震不坏，中震有修，大震不倒”，为了达到最终抗震的目的，在房屋结构设计中，应遵循的原则有：

（1）在房屋结构设计中，应保证房屋结构具有完整的连续性；

（2）在房屋结构设计及施工中，应保证房屋结构各个构件之间具有可靠稳固的连接，使房屋保持良好的延展性和强度；

（3）在房屋结构设计及施工中，应保证房屋在横、竖两个力向上具有足够的竖向刚度。

3抗震技术在房屋结构设计中的运用

3.1传统抗震技术在房屋结构设计中的运用

我国一般房屋建筑中通常采用传统的抗震技术，属于被动型抗震，即完全靠抗震结构构件的刚度来抵抗地震，在地震发生时，随着房屋的晃动，抗震构件之间发生裂缝，从而吸收和消耗一部分地震能量，减少地震对房屋结构的破坏。

（1）平立面布局合理

在进行房屋平面、纵向的布局设计时，应尽可能地降低房屋的重心，对房屋的内部结构进行有效的划分，避免采用错落的竖向结构设计方式，使平面、纵向构件简洁整齐，以确保建筑物的整体性，使结构的布局简单规整化，并使房屋结构的纵向上维持在一个比较高的强度和刚度水平，确保受力的均匀性。

（2）合理有效设置房屋圈梁和构造柱

在多层砖混结构房屋及砌体结构中，合理有效的设置圈梁和构造柱可以改善房屋的抗震性能。通过设置构造柱，可以约束墙体的变形，使得房屋具有良好的整体性与连续性，还可以降低墙体发生位移指数，消耗输入的地震所产生的能量，提高墙体的抗剪强度，加强墙体之间的连接；通过圈梁的设置，可有效加强内外墙的连接，降低砖墙平面倒塌的可能性，并限制墙体裂缝的开裂与延伸，提高墙体的抗剪强度以及有效减轻地震时因地基的不均匀沉陷与地表裂缝对房屋造成的影响。

（3）设置纵横墙

在房屋建筑当中，纵、横墙体是房屋主要的承重构件，在地震力作用下会产生裂缝甚至倾斜倒塌。在房屋结构设计使，应优先采用将横墙作为承重墙或使纵横墙共同承重的结构体系，采用纵墙贯通或增设钢筋混凝土构造柱的方法，保持竖向连续和布置均匀，在同一方向上，应当能够确保适宜的宽度，保证房屋具有足够高的抗剪强度和抗弯强度，从而提高房屋的抗震能力。

3.2新型抗震技术在房屋结构设计中的运用

传统抗震技术的优点是构造简单，技术要求低；缺点则是以增大结构刚度来抵抗地震破坏，以结构构件破坏为代价消耗地震能量，在地震中可能造成建筑物垮塌的严重后果，震后的建筑物修复加固费用也非常巨大，适用性越来越差。而随着科学技术的进步以及对房屋抗震要求的提高，新型的抗震技术在房屋结构设计中逐渐发展起来。

3.2.1建筑隔震技术

隔震技术是采用基础隔震技术将房屋的上部结构和基础隔开，即在建筑物底部与地基之间，增加适当换宠物，使建筑物在受到地震波作用后的加速度反应大大减弱，同时让建筑物的位移主要由隔震系统承担，从而使建筑物在地震中产生的变形非常小，以达到防护目的。通常，基础隔震机构的地震反应只是抗震结构的1/4~1/12，大大提高了结构的安全度。

目前应用较多的基础隔震元件是叠层橡胶支座，如图1，它由一层钢板和一层橡胶层层叠合起来，并经过加工将橡胶与钢板牢固的结合在一起，可使设防目标提高一个设防等级。这种叠层橡胶支座最初应用于1965年伦敦地铁车站上面的建筑，随后在国内外得到实际应用，并取得了很好的防震减灾的效果。例如1994年，美国洛杉矶发生6.7级地震，伤亡7000余人，损失惨重，大多数医院因建筑内部设备损坏而失去功能。与此相反，南加州大学医院因使用了叠层橡胶支座而使各仪器设备均无损坏；1995年，日本发生7.2级的阪神地震，震区内有两栋基础隔震建筑完好无损，内部设施也完全正常；同样，在我国广东汕头市凌海路有一栋8层叠层橡胶支座隔震居民楼，楼内居民在台湾海域强震发生时无任何晃动感等，都表明了建筑隔震技术可以有效的降低地震带来的破坏与损失。

图1叠层橡胶支座

3.2.2消能减震技术

地震中建筑物的节点处受力最大，破坏也最严重，因此出现了在建筑物节点处设置阻尼器的消能减震技术。安置在建筑结构系统关键点上的阻尼装置，可以提供阻力来大量消耗地震输入到建筑物的能量，从而保护主体结构免遭破坏。

目前应用较多的阻尼器为粘滞液体阻尼器，如图2，它具有保持建筑原貌、效果明显、节约经费和缩短工期的优点。粘滞液体阻尼器从美国发展起来，在1994年应用于美国一医疗中心，并在后来应用于意大利一座长1000m，重达25000吨的桥梁和加拿大多伦多皮尔逊国际机场，日本一幢23层建筑也安装了粘滞液体阻尼器来增强结构抵抗地震的能力。在我国上海市新建的世贸国际机场、秦山核电站以及北京展览中心均应用了阻尼器来进行抗震加固，取得了良好的效果。

图2粘滞液体阻尼器

3.2.3其他减震技术

英国科学家目前正在研究抗震房屋裂纹自动愈合技术，依靠纳米聚合粒子在地震挤压作用下形成固体材料而对房屋的裂缝进行自动填补；日本、上海以及台北的101大厦应用了调谐质量阻尼器的智能防震技术，通过调整建筑物的重心而使其保持平衡；日本研究了浮力体系、高强度橡胶等抗震新技术，有效的提高了建筑物的抗震强度。

4结束语

抗震技术的应用是房屋结构设计的关键部分，随着我国以及世界各国的经验、教训总结以及对抗震技术的研发与积累，抗震技术有了长足的发展，而目前房屋结构设计日趋复杂多样，结构体系越来越复杂，受力分析难度也越来越大，而地震对房屋的风险也在加大，现有抗震技术将很难满足各种新型房屋的抗震要求。因此，随着时代发展，房屋结构设计中的抗震技术也需要不断发展，从而才能确保房屋的抗震效果，保障居民的生命和财产安全。

参考文献：

[1]张桂霞.试论房屋建筑结构的抗震设计工作[J].中国新技术新产品，2014（21）：128.

[2]白华.房屋结构设计中抗震技术的运用分析[J].江西建材，2015（13）：32.

[3]付容坤.广州房屋结构设计中抗震技术的运用分析[J].中华民居，2013（10）：5-6.