房建結(jié)構(gòu)設(shè)計體系選型及抗震設(shè)計

趙玲

摘 要：城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，大量的人口涌入城市，造成城市人口與土地緊張的局面。為了充分利用城市土地資源，城市大規(guī)模興建高層建筑和超高層建筑，高層建筑的高度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和抗震設(shè)計提出了新的要求。本文主要分析了高層建筑結(jié)構(gòu)常見的剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計原則及抗震設(shè)計要點，希望能提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.120

0 引言

房屋建筑結(jié)構(gòu)是設(shè)計是一項綜合性的工作，涉及到巖土地質(zhì)、地基基礎(chǔ)、風(fēng)荷載等各個方面，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求比較高。我國地處環(huán)太平洋地震帶，地震災(zāi)害比較頻繁，地震發(fā)生對建筑結(jié)構(gòu)沖擊比較大，導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)變形、扭曲，甚至主梁倒塌、斷裂現(xiàn)象，房屋倒塌等現(xiàn)象，危及到人民生命財產(chǎn)?？拐鹪O(shè)計作為房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計重要內(nèi)容，抗震設(shè)計水平直接影響到房屋整體質(zhì)量。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系選型

房屋建筑結(jié)構(gòu)是房屋在建設(shè)過程中形成一定的空間和造型，并能承受自然和人為施加在建筑結(jié)構(gòu)的各種荷載，確保建筑能夠安全使用的骨架，常見的建筑結(jié)構(gòu)有剪力墻、框架剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)。

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)指用鋼筋混凝土墻板代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，鋼筋混凝土墻板承受建筑結(jié)構(gòu)各類荷載引起的應(yīng)力和水平作用力，這種用鋼筋混凝土墻板承受水平作用力和豎向荷載力的結(jié)構(gòu)成為剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)具有以下特點：第一，很好的承載力、整體性和空間作用，抗側(cè)力效果明顯，因此在高層建筑中應(yīng)用效果比較好。第二，剪力墻結(jié)構(gòu)與樓板組成受力結(jié)構(gòu)，所以剪力墻不能隨便拆除或者破壞，用戶無法自行對房子進行改造。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣了，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)使用寬度比較小的剪力墻，用戶可以在小范圍內(nèi)對室內(nèi)空間進行改造，增加了房屋室內(nèi)設(shè)計的靈活性。第三，剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋一般使用平板，可以不設(shè)置梁，空間利用率高。

1.2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)又稱為框剪結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，從而構(gòu)成比較靈活的室內(nèi)空間，滿足不同建筑的功能要求。由于布置了一定的剪力墻，所以這種結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中由剪力墻承受建筑水平荷載，豎向荷載由框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)，這種結(jié)構(gòu)一般適合10-20層的房屋建筑。

1.3 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)是由一個或者多個筒體作為承重結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)是在框架剪力墻結(jié)構(gòu)和全剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)發(fā)展起來的，它將剪力墻和密柱框架集中設(shè)置在房屋建筑的內(nèi)部和外部從而形成一個封閉式的空間筒體，這種結(jié)構(gòu)適合平面或者豎向布置復(fù)雜、水平荷載比較大的高層建筑。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

2.1 簡單性原則

當(dāng)前我國城市建筑朝著高層、超高層建筑發(fā)展，建筑層數(shù)越來越多，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，建筑地基基礎(chǔ)工程所承受的荷載越來越大，這對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中堅持簡單性原則，有利于建筑設(shè)計師對建筑結(jié)構(gòu)模型、應(yīng)力和側(cè)向位移有一個全面的了解，并從中找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施，提高建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

2.2 均勻和規(guī)則性原則

建筑結(jié)構(gòu)平面和豎向布置應(yīng)保持一定的均勻和規(guī)則性，滿足高層建筑規(guī)范對平面凹凸尺寸、高寬比、長寬比等的要求，建筑結(jié)構(gòu)中心和剛度中心保持一致，減少建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)和偏心的影響。地震發(fā)生時，建筑結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)的慣性力快速傳播出去，減少地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞作用力。

2.3 延性原則

高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向位移是建筑設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，樓層的層數(shù)越高，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則水平荷載下結(jié)構(gòu)側(cè)向位移變形越嚴(yán)重，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須確保結(jié)構(gòu)具有一定的延性。一旦建筑結(jié)構(gòu)在外力作用下，結(jié)構(gòu)可以進入非彈性狀態(tài)，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，選擇延性好、強度大的建筑材料：比如高強度鋼筋、高強度混凝土等，這樣能減少樓層剪切力，一旦發(fā)生地震時，建筑結(jié)構(gòu)不會立即受到地震沖擊力，發(fā)生斷裂或者房屋倒塌等現(xiàn)象，確保人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

3 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

3.1 抗震概念設(shè)計

抗震概念設(shè)計是目前建筑領(lǐng)域一種比較先進的設(shè)計理念，和傳統(tǒng)的設(shè)計理念相比，抗震概念設(shè)計不需要通過計算機進行精確計算，而是根據(jù)設(shè)計人員的實踐經(jīng)驗來對設(shè)計方案進行正確構(gòu)思。地震發(fā)生時候，地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞是無法用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)測量。抗震概念設(shè)計則是根據(jù)建筑力學(xué)關(guān)系、建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度進行量化，從而進行科學(xué)合理的布局，選擇適合房屋建筑結(jié)構(gòu)長寬比和高寬比，減少地震對建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)作用，從而提高建筑的抗震性能。其次，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時，要設(shè)置多道抗震防線，一旦地震發(fā)生時，第一道抗震防線遭到破壞，第二道、第三道抗震防線能夠立即啟動，依然起到抗震的作用。概念抗震設(shè)計中，要按照過去的經(jīng)驗，科學(xué)預(yù)見地震發(fā)生時，建筑結(jié)構(gòu)最先受到?jīng)_擊的位置，從而加強薄弱環(huán)節(jié)的設(shè)計，構(gòu)建科學(xué)的建筑防震體系，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果。

3.2 提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能

按照我國高層建筑抗震規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計的時候必須滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的要求。想要達(dá)到這樣的要求，在設(shè)計時候必須結(jié)合房屋建筑工程的抗震烈度，計算出建筑結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用力，并考慮到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)荷載、雪荷載、重力荷載，及時調(diào)整建筑抗震參數(shù)。為了保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下有較好的延性和承載力，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，必須遵守“強柱弱梁、強節(jié)點弱構(gòu)件、強剪弱彎和強底層柱”的原則，梁柱橫截面積大小科學(xué)合理，柱軸壓比滿足建筑結(jié)構(gòu)要求，一旦地震發(fā)生時，房屋建筑結(jié)構(gòu)能夠抵抗地震沖擊力。

4 結(jié)束語

屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作是一項綜合性、專業(yè)性、系統(tǒng)性強的工作，在設(shè)計過程中，需要結(jié)構(gòu)工程師結(jié)合建筑工程的實際情況，經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊陀嬎?，得出切實科學(xué)的設(shè)計模型，從而不斷提升房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，確保建筑工程設(shè)計質(zhì)量。

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