探討房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)

摘 要：在建筑行業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型以及抗震設(shè)計(jì)一直是關(guān)注的重點(diǎn)，因?yàn)檫@兩種要素直接關(guān)系著房屋建筑的質(zhì)量，因此如何綜合考慮這兩點(diǎn)，同時(shí)滿足業(yè)主的要求是設(shè)計(jì)師的重要任務(wù)。本文從房建概況入手，綜合分析房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以期為同類設(shè)計(jì)提供借鑒，并促進(jìn)建筑行業(yè)的健康快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：房建；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；體系選型；抗震設(shè)計(jì)

引 言

隨著城市化規(guī)模的日益擴(kuò)大，房建項(xiàng)目正如火如荼的展開，尤其是高層建筑物。但是目前國內(nèi)的建筑設(shè)計(jì)存在的種種弊病，嚴(yán)重阻礙著其發(fā)展步伐。建筑設(shè)計(jì)師過分關(guān)注建筑物的美觀性，對建筑結(jié)構(gòu)問題理解不夠深入，導(dǎo)致一部分建筑物存在安全隱患。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)中的兩大要素，應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的高度關(guān)注。

1 房建設(shè)計(jì)概況

1.1 房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型應(yīng)考慮的因素

1.1.1 綜合考慮周圍環(huán)境

建筑物的周圍環(huán)境對其結(jié)構(gòu)和選型也有著非常重要的影響，這種情況下，有關(guān)部門應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有的已經(jīng)掌握的相關(guān)的建筑物周邊環(huán)境以及自然環(huán)境的特點(diǎn)，對其基本的設(shè)計(jì)方案的合理性進(jìn)行評(píng)估。此外，還要根據(jù)建筑物的急促結(jié)構(gòu)的位置所處的環(huán)境即相關(guān)的地質(zhì)條件和地貌特點(diǎn)對其將結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行分析，然后在對建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行確定，因?yàn)橹車h(huán)境影響著總體的建筑選型，而建筑選型又間接的決定了建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的布置情況，所以要在建筑結(jié)構(gòu)的形式確定的過程中充分的發(fā)揮周邊環(huán)境的優(yōu)勢，將其設(shè)計(jì)同周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一。

1.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足建筑功能要求

不同的建筑物在使用的過程中，根據(jù)其功用的不同，也應(yīng)該對建筑設(shè)計(jì)和選型進(jìn)行調(diào)整，即根據(jù)不同的建筑使用需要對不同的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)別布置，可以有效的實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的資源的充分利用。目前，我國的建筑的功能逐漸的趨于多樣化，用戶對于建筑工程的使用功能的多樣化需求也在不斷的增加，所以為了更好的實(shí)現(xiàn)對功能的劃分，應(yīng)該注重對建筑內(nèi)部的空間的合理規(guī)劃。在建筑選型的過程中充分的考慮建筑功能的要求和需要，不僅可以有效的提高建筑的使用效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的費(fèi)用的節(jié)約。

1.1.3 充分考慮結(jié)構(gòu)材料的特性和功能

建筑物的結(jié)構(gòu)材料也是影響其結(jié)構(gòu)選型的一個(gè)非常重要的方面，即在建筑結(jié)構(gòu)的選型的過程中，要充分的考慮不同材料的使用特性，對材料的使用功能和特點(diǎn)進(jìn)行分析，以更好的實(shí)現(xiàn)對材料的使用，并且應(yīng)該在結(jié)構(gòu)的選型和結(jié)構(gòu)的布置的過程中充分的發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更好的建筑結(jié)構(gòu)調(diào)整?，F(xiàn)代建筑的基本結(jié)構(gòu)材料主要是鋼鐵，但是隨著建筑的不斷發(fā)展，鋼鐵的成分和性質(zhì)的變化也為建筑的結(jié)構(gòu)調(diào)整提出了更加多樣化的選擇。

1.2 房建抗震設(shè)計(jì)存在的問題

近些年來，我國建筑抗震技術(shù)有一定程度的改進(jìn)。但是和國外先進(jìn)技術(shù)相比，我國建筑抗震設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展速度緩慢，還不能妥善處理建筑設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)之間的關(guān)系；雖然我國引用了西方發(fā)達(dá)國家抗震設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)施工過程中未能充分考慮建筑自身的實(shí)際情況，抗震設(shè)計(jì)理論技術(shù)的存在以下問題：①未能充分考慮實(shí)際的設(shè)計(jì)施工情況。在實(shí)際的建筑抗震設(shè)計(jì)過程中，抗震設(shè)計(jì)從固有參數(shù)出發(fā)，未能充分考慮實(shí)際情況，設(shè)計(jì)按照“計(jì)算設(shè)計(jì)”這一思路來完成，對于一定抗震和力學(xué)參數(shù)統(tǒng)一規(guī)范。例如在我國建筑抗震設(shè)計(jì)中，將地震降級(jí)系數(shù)固定為2.81，把小級(jí)別的地震固定了統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。許多小級(jí)別地震被用于構(gòu)造設(shè)計(jì)中，構(gòu)造截面的實(shí)際承載力設(shè)計(jì)以及變形檢測計(jì)算未能結(jié)合實(shí)際情況。②沒有合理規(guī)范的設(shè)計(jì)理論作指導(dǎo)，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足。僅我國目前的形式而言，我國研究地質(zhì)地震的投入力度不夠，對地震的認(rèn)識(shí)不夠全面，對地展成因和預(yù)測的研究力度不足，防御地震的規(guī)范不夠合理、科學(xué)。建筑地震設(shè)計(jì)沒有合理規(guī)范的設(shè)計(jì)理念作指導(dǎo)，缺乏科學(xué)依據(jù)，使得建筑設(shè)計(jì)未能滿足抗震目標(biāo)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型的要求和特點(diǎn)

2.1 豎向承重結(jié)構(gòu)的選型

豎向承重結(jié)構(gòu)的最重要的特點(diǎn)就是在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，對于材料的強(qiáng)度和剛度的要求比較高，即為了更好的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能的發(fā)揮，要嚴(yán)格的控制豎向結(jié)構(gòu)中的承重能力。這種結(jié)構(gòu)形式主要應(yīng)用于建筑層數(shù)比較少和抗烈能力低的建筑設(shè)計(jì)中，由于該種建筑形式的承重點(diǎn)都處于較低的位置，所以在采用這種結(jié)構(gòu)選型的過程中，不適合應(yīng)用于高層建筑中。

2.2 水平承重結(jié)構(gòu)的選型

所謂水平承重結(jié)構(gòu)，就是在建筑的應(yīng)用過程中，重力的承載主要是由相關(guān)的水平結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，一般來說主要包括平板體系、無梁樓蓋、密肋樓蓋和肋形樓蓋幾種，這些結(jié)構(gòu)的最大的應(yīng)用優(yōu)勢就是可以實(shí)現(xiàn)對樓層層數(shù)的增加。

2.3 下部結(jié)構(gòu)的選型

對建筑物而言，尤其是高層建筑物，其基礎(chǔ)是重要組成部分。它將上部結(jié)構(gòu)傳來的巨大荷載傳遞給地基。高層建筑基礎(chǔ)形式選擇的好壞，不但關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全，而且對房屋的造價(jià)、施工工期等有重大的影響。高層建筑基礎(chǔ)形式通常有以下幾種：①柱下獨(dú)立基礎(chǔ)：適用于層數(shù)不多、土質(zhì)較好的框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石時(shí)，可采用地錨將基礎(chǔ)錨固在巖石上，錨入長度≥40d。②交叉梁基礎(chǔ)：即雙向?yàn)闂l形基礎(chǔ)。適用：層數(shù)不多、土質(zhì)一般的框架、剪力墻、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。③片筏基礎(chǔ)：適用于層數(shù)不多土質(zhì)較弱或?qū)訑?shù)較多土質(zhì)較好時(shí)用。當(dāng)基巖埋置深度很深，水下水位又很高，但是在距地表淺處有一定承載力和一定厚度的持力層時(shí)，選用片筏基礎(chǔ)比選用樁基礎(chǔ)可以節(jié)省投資和縮短工期。但片筏基礎(chǔ)的剛度較弱，應(yīng)注意對基礎(chǔ)不均勻沉降、變形和裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)?shù)叵滤缓芨邥r(shí)，還要進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析

3.1 建筑構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)的處理

建筑立面和建筑室內(nèi)空間布置出現(xiàn)了更高層次的要求，使得建筑設(shè)計(jì)中采用的建筑構(gòu)件種類、樣式不斷增多。立面利用外貼大理石、瓷磚等，室內(nèi)裝飾采用吊頂、人工藝術(shù)造影、懸掛的裝飾圖畫等。在實(shí)際施工設(shè)計(jì)過程中要充分考慮這些材料、構(gòu)造的抗震能力以及和建筑物結(jié)構(gòu)的連接問題。外貼的大理石、瓷磚必須要保證其和建筑物主體結(jié)構(gòu)錨拉的牢固性，保證在地震時(shí)不會(huì)墜落；保障懸吊的燈具、懸挑的人工藝術(shù)造景和建筑主體的連接點(diǎn)的強(qiáng)度，防止地震時(shí)墜落砸傷人。

3.2 滿足設(shè)計(jì)限值要求

在實(shí)際設(shè)計(jì)及施工過程中，要嚴(yán)格遵循《建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范》中相關(guān)抗震要求限值的規(guī)定，在8度的防烈度情況下，粘土磚多層建筑物的高度不能大于18m，建筑層數(shù)不能大于6層等，超過相關(guān)規(guī)定時(shí)，會(huì)影響建筑抗震能力。此外對于建筑局部的墻體尺度要控制在最小限值，保證墻體截面的抗地震程度能滿足抗震要求，從而避免墻體出現(xiàn)開裂或是倒塌等破壞問題。

3.3 頂部建筑抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

頂部建筑不能過高過重。過高、過重的頂部建筑會(huì)增大變形，增加自身地震能力，相對削弱下部建筑物的抗震能力。要保證建筑重心和下部建筑重心的一致。頂部建筑較高，頂部建筑抗震穩(wěn)定性能良好，變形會(huì)變小，從而不會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)地震的情況。所以在實(shí)際的建筑抗震設(shè)計(jì)過程中，要選擇強(qiáng)度高、剛度均勻、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，保證不會(huì)阻礙建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。

3.4 房建的體型設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑物體型設(shè)計(jì)也是房建設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，建筑物的體型設(shè)計(jì)主要包括建筑物的平面形狀、立體空間布置的設(shè)計(jì)。在實(shí)際的建筑物體型設(shè)計(jì)過程中，要盡量保證建筑物平面和空間形狀的簡單、整潔、規(guī)則，利用矩形、方形、圓形的平面形狀可以有效地抗震：盡量利用外凸、內(nèi)凹的體型：盡可能地避免建筑物側(cè)翼的不對稱或過長；體型結(jié)構(gòu)布局方面要保證建筑物構(gòu)造的剛度能均衡分布，防止由于體型的不對稱造成構(gòu)造質(zhì)量和剛度的不對稱，從而導(dǎo)致建筑物在抗震過程中出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況。

3.5 房建的平面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑的平面設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)，直接體現(xiàn)著建筑物的用途和使用要求，也關(guān)系著建筑物的抗震能力。因此建筑平面的設(shè)計(jì)要充分考慮到結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度的均勻分布；針對剪力墻的設(shè)計(jì)要盡可能地和構(gòu)架抗震目標(biāo)相結(jié)合；對較大剛度的電梯、樓層要采用居中布置的設(shè)計(jì)方式，防止重心偏離出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)地震反應(yīng)。建筑物平面設(shè)計(jì)要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)架的合理設(shè)計(jì)問題，保證建筑物的用途和抗震要求相結(jié)合，發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)過程中的基本作用。

3.6 房建的豎向設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑物的豎向設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在建筑物的沿高度建筑構(gòu)造剛度和質(zhì)量的設(shè)計(jì)中。在工業(yè)建筑和民用建筑的設(shè)計(jì)施工過程中，單層建筑和多層建筑都存在豎向布置的設(shè)計(jì)問題。在實(shí)際設(shè)計(jì)施工過程中，要盡量保證建筑沿豎向的剛度和質(zhì)量分布均衡，高度關(guān)注剪力墻的設(shè)計(jì)均勻問題，保證剪力墻可以沿著豎直方向貫穿到建筑物的底部中，從而防止建筑樓層的剛度過小。

4 結(jié)束語

綜上所述，在建筑物建設(shè)中，要把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型和抗震設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在抗震上的基礎(chǔ)作用。充分考慮建筑設(shè)計(jì)要求，保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度的均衡分布，從而防止扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)的出現(xiàn)，保證建筑設(shè)計(jì)在建筑抗地震設(shè)計(jì)中能發(fā)揮有效作用，提高建筑物的穩(wěn)定性和性能。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：符勇（1979-），男，仡佬族，貴州省務(wù)川縣人，本科，工程師，從事方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。