房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型與抗震設(shè)計探究

彭杰

【摘要】科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)選型與完善、適宜的抗震設(shè)計，能夠有效規(guī)避與減少地震發(fā)生時建筑所遭受的不利影響，保障建筑結(jié)構(gòu)安全。對此，本文結(jié)合筆者多方所學(xué)與既往實踐經(jīng)驗，就房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型與抗震設(shè)計展開全面探討，以供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑;結(jié)構(gòu)體系選型;抗震設(shè)計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.042

1、房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型

1.1框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是梁與柱通過剛性連接而成的骨架結(jié)構(gòu)（如圖1），其主要采用型鋼和鋼筋砼材料，具有較強的抗彎、抗壓能力，且由于梁、柱采用剛性連接，因此抗側(cè)移能力、抗振動能力良好。正是由于其良好的抗震性、延展行及整體性，在多層建筑以及高層建筑（<70m）中均能適用。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)

（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是以框架為主體，以剪力墻為輔助，來彌補框架結(jié)構(gòu)不足之處的組合結(jié)構(gòu)體系，其中，框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)豎向荷載，剪力墻結(jié)構(gòu)承擔(dān)水平荷載，兩者共同受力來滿足建筑的荷載要求（如圖2）。該組合結(jié)構(gòu)體系兼具框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，其平面布置靈活、抗側(cè)移能力、抗振動能力良好。且該結(jié)構(gòu)中的剪力墻不僅可以單獨布設(shè)，同時也可布設(shè)在電梯間、樓梯間以及豎向荷載較大的位置，多適用于層數(shù)不超過25層的高層建筑，且最高不得超過30層。

（2）普通剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是通過鋼砼墻板替代框架結(jié)構(gòu)中的梁架，并承擔(dān)建筑物的豎直方向與水平方向的荷載。與框-剪結(jié)構(gòu)相比，剪力墻結(jié)構(gòu)具有更強的剛度，且其整體性及延展性較好，因此，能夠有效抵抗地震時的倒塌作用力。需要注意的是，在剪力墻數(shù)量及布設(shè)時，應(yīng)盡量滿足對稱、均勻的原則，且剪力墻長度不宜過長。該結(jié)構(gòu)體系在建筑層數(shù)不超過40層的高層住宅、公寓中均可適用。

1.3筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)是由剪力墻、框-剪結(jié)構(gòu)演變發(fā)展而成，通過將縱橫相接的剪力墻集中布設(shè)至房屋內(nèi)部或外部進而形成一個較為封閉的筒體骨架結(jié)構(gòu)，其根據(jù)不同組合形式還分為框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、多筒體結(jié)構(gòu)等。該結(jié)構(gòu)體系具有較強的抗側(cè)剛度及抗扭能力，因此表現(xiàn)出了良好的抗震性能，且其剪力墻集中布設(shè)的形式，使其平面布置也較為靈活。該結(jié)構(gòu)體系多用于高層及超高層公共建筑，如著名的西爾斯大樓、紐約世貿(mào)中心大樓等。

2、房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

2.1設(shè)計步驟

在我國頒布的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中，對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提出了明確的要求，即抗震設(shè)計須滿足建筑抗震的“三水準(zhǔn)”設(shè)防目標(biāo)，要求在地震發(fā)生時建筑應(yīng)滿足“小震不會壞、中震可以修、大震不會倒”的抗震目標(biāo)，并依照如下流程進行抗震設(shè)計。首先，合理選擇地震動參數(shù)對彈性作用下的建筑結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)進行計算，并通過充分考慮風(fēng)荷載以及重力荷載作用的影響，根據(jù)房屋建筑結(jié)構(gòu)的承載力情況，對抗震系數(shù)予以適當(dāng)調(diào)整，確保其滿足小震不壞的要求。其次，采用上一階段的地震動參數(shù)值，對層間位移參數(shù)及參數(shù)的設(shè)置情況予以分析，以保證其能夠有效滿足抗震設(shè)計的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，并在抗震措施的作用下達(dá)到良好的抗變形能力及延性，進而達(dá)到中震可修的抗震目標(biāo)。最后，根據(jù)第三水準(zhǔn)即“大震不倒”的抗震動參數(shù)對建筑結(jié)構(gòu)進行分析，尤其要做好抗震薄弱位置的層間位移參數(shù)分析，確保其能夠滿足建筑抗震的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進而滿足大震發(fā)生時建筑不會傾倒的抗震要求。

2.2設(shè)計內(nèi)容

（1）減少地震能量輸入。通過對震害而發(fā)生破壞的建筑分析可知，選址的地質(zhì)條件差、基礎(chǔ)處理不當(dāng)?shù)龋菍?dǎo)致建筑受震害而出現(xiàn)損壞的主要因素之一。因此，在進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計時，首要條件是要合理的進行選址，盡量規(guī)避軟土、液化土或以發(fā)生山體滑坡等位置，最大限度減少震害發(fā)生時地震能量的輸入，進而削弱地震時對建筑的破壞程度。其次，根據(jù)基于位移的抗震設(shè)計，對建筑所在場地的地質(zhì)條件、地形特征做好細(xì)致勘察，建筑基礎(chǔ)應(yīng)按要求做好夯實，進而確保結(jié)構(gòu)的彈性變形能力在地震的影響下，能夠達(dá)到作用力的變形要求。

（2）合理采用延性結(jié)構(gòu)。在進行抗震設(shè)計時，根據(jù)項目實際合理采用延性結(jié)構(gòu)，對建筑結(jié)構(gòu)的剛度予以適當(dāng)控制，或通過合理采取“墻柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件”的形式，加大建筑結(jié)構(gòu)的延性，能夠使震害發(fā)生時建筑構(gòu)件的塑性變形能力顯著增強，加大對地震能量的消耗，使地震對建筑結(jié)構(gòu)的作用變小，進而有效避免脆性破壞而導(dǎo)致的建筑物嚴(yán)重受損。

（3）重視抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計?？拐鸺庸淘O(shè)計中，較為常用的結(jié)構(gòu)體系包括：框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)以及框-剪結(jié)構(gòu)，以加大建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度以及抗扭能力，進而減少地震的破壞力。另外，為有效保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在條件允許時也可采用鋼骨砼結(jié)構(gòu)、鋼管砼結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以在一定程度上降低柱截面的尺寸大小，進而提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時，還可轉(zhuǎn)變以往硬性抗震模式設(shè)計，并通過柔性抗震設(shè)計，合理控制建筑結(jié)構(gòu)剛度，通過“以柔克剛”的理念，加大地震作用下的能量消耗，減少地震沖擊作用力對建筑的損壞。

（4）合理設(shè)置抗震防線。發(fā)生地震后，尤其是在強震過后往往會伴隨多次余震，若僅設(shè)置一道抗震防線，則極有可能會導(dǎo)致余震時，建筑結(jié)構(gòu)因損傷積累而出現(xiàn)傾覆性坍塌。因此，高層建筑可根據(jù)當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)計要求進行多道抗震防線的布設(shè)，其中，框-剪結(jié)構(gòu)抗震性能較好，其多道防線的抗震結(jié)構(gòu)能夠有效抵抗地震發(fā)生時的作用力。在進行框-剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，須結(jié)合建筑物的防震等級要求，增加剪力墻的布設(shè)數(shù)量，以保證其具備足夠的承荷能力，且不得低于地震發(fā)生時傾覆力矩的一半，進而顯著提升建筑結(jié)構(gòu)抵抗地震的能力。

結(jié)語：

建筑結(jié)構(gòu)體系選型不夠合理、抗震設(shè)計不夠規(guī)范，將嚴(yán)重影響到建筑的安全、穩(wěn)固、耐久使用，因此，需要嚴(yán)格依循建筑抗震設(shè)計原則與標(biāo)準(zhǔn)要求，切實做好建筑結(jié)構(gòu)體系選型并完善與規(guī)范建筑抗震設(shè)計，以真正達(dá)成“小震不會壞、中震可以修、大震不會倒”的抗震目標(biāo)。

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