房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型及抗震設(shè)計(jì)分析

祁福軍 中信戴卡股份有限公司初級(jí)工程師

在設(shè)計(jì)房屋建筑結(jié)構(gòu)體系的過程中，設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮各方面因素。不同房屋建筑結(jié)構(gòu)體系具有不同的施工要求，同時(shí)關(guān)系到房屋建設(shè)效果。因此，需要重視房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型工作，保障整體施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。在選型工作中，綜合考慮各方面因素，提高選型工作的專業(yè)性。此外，需要注重房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，優(yōu)化整體建筑結(jié)構(gòu)抗震性，提高建筑施工質(zhì)量，保障建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型設(shè)計(jì)的原則

1.1 滿足建筑功能

當(dāng)前高層建筑是建筑行業(yè)的主體，樓層高度不斷增加，施工單位需要保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型階段，需要滿足建筑各項(xiàng)功能，同時(shí)需要兼顧建筑功能和結(jié)構(gòu)體系。設(shè)計(jì)人員需要遵守受力簡單、明確的原則，明確建筑各結(jié)構(gòu)的受力性，提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。設(shè)計(jì)人員需要分析建筑結(jié)構(gòu)抗震性，模擬地震發(fā)生過程中建筑結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，合理調(diào)整房屋建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)，提高建筑物的抗震性[1]。

1.2 滿足建筑造型要求

在建筑工程中，建筑平面設(shè)計(jì)屬于重要的一部分，直接影響建筑立面設(shè)計(jì)和豎向剖面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需要保障設(shè)計(jì)工作的規(guī)范性，優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的抗震性，節(jié)省工程建設(shè)成本。建筑人員和設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)溝通，協(xié)調(diào)配合完成相關(guān)工作。建筑造型選擇規(guī)則形體，建筑側(cè)面和豎向剖面受力的均勻性。在實(shí)踐施工中，一些設(shè)計(jì)人員為了保障造型新穎，盲目增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，但是無法滿足結(jié)構(gòu)受力要求，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)抗震性能，施工人員的工作壓力因此增加。此外,在建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)中，需要順利傳遞水平力，通過重合結(jié)構(gòu)重心和剛度重心，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生偏心和扭轉(zhuǎn)問題，如果發(fā)生地震災(zāi)害，還可以保障建筑穩(wěn)固性。

1.3 保障建筑強(qiáng)度和延展性

建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力具有對(duì)象指標(biāo)，需要綜合考量巖性、剛度及強(qiáng)度等指標(biāo)。如果房屋建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)，但是缺乏延展性，發(fā)生地震災(zāi)害之后，建筑結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生斷裂。如果建筑結(jié)構(gòu)具有良好的延展性，但是強(qiáng)度不符合標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)生地震災(zāi)害將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的形變問題，易引發(fā)結(jié)構(gòu)坍塌。因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)階段需要綜合考慮巖性、剛度及強(qiáng)度3 個(gè)方面[2]。例如，某建筑工程在結(jié)構(gòu)選型階段比較2 種方案，第一種方案是鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，第二種方案拱結(jié)構(gòu)。第一種方案的缺點(diǎn)是無法充分利用3/5 的建筑空間，而第二種方案利用落地拱，施工單位合理選擇矢高和外形，可以充分利用建筑空間。

2 概述房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型

2.1 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)主要包括2 種結(jié)構(gòu)，分別是框架——核心筒和筒中筒，框架——核心筒屬于普通的框架，密柱框架和抗剪薄壁筒是中心部分。筒中筒的外部是框筒，薄壁筒是中心。整個(gè)筒體具有簡單的結(jié)構(gòu)，受力效應(yīng)具有科學(xué)性，同時(shí)具有較高的審美性，通常是在高層建筑中利用。當(dāng)前在高層建筑中廣泛利用筒體結(jié)構(gòu)，主要是利用鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)。

2.2 剪力墻

剪力墻結(jié)構(gòu)中心部件是鋼筋混凝土墻板，有效支承豎向利和水平力，剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有顯著的抗側(cè)力。剪力墻結(jié)構(gòu)的墻身平面內(nèi)部具有較大的抗側(cè)移剛度，墻身平面外側(cè)具有較小的剛度，因此對(duì)比框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)具有更好的抗側(cè)力。剪力墻結(jié)構(gòu)還具有顯著的承載力，可以發(fā)揮出空間作用，可以在房間內(nèi)部隱藏柱、梁的棱角，室內(nèi)空間因此被擴(kuò)大，同時(shí)可以簡化房間裝修流程。因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)具有較大剛性和延伸性能，可以有效應(yīng)對(duì)地震沖擊力，如果發(fā)生地震災(zāi)害，可以有效保護(hù)整體結(jié)構(gòu)[3]。

2.3 框架——剪力墻結(jié)構(gòu)

框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的受力設(shè)施為框架柱和剪力墻，利用這一結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展室內(nèi)空間，同時(shí)可以滿足各站建筑功能。因?yàn)閭?cè)向剛度比較大，通過框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)豎向荷載力，利用剪力墻結(jié)構(gòu)可以抵抗水平荷載力。利用框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，可以使建筑抗震性能，更加靈活地布置建筑空間，為后期施工和裝修提供便利。因?yàn)槔眉袅Τ惺芩胶奢d的剪力，因此無須設(shè)置較大的框架柱截面，利用小面積的框架柱截面即可承擔(dān)承載力，不僅可以降低建筑的施工成本，而且還可以節(jié)省建筑空間，提高整體施工效率，保障建筑企業(yè)的綜合效益。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計(jì)

3.1 分析結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)

為了正常開展房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型工作，我國建筑行業(yè)提出具體規(guī)范政策引導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)工作，明確發(fā)生地震災(zāi)害之后，建筑結(jié)構(gòu)需要滿足的工作標(biāo)準(zhǔn)。如果地震等級(jí)比較低，建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生任何損壞。發(fā)生中等地震，建筑結(jié)構(gòu)只能出現(xiàn)輕度損壞，通過修復(fù)工作即可達(dá)到建筑正常水平。如果地震等級(jí)較大，只能破壞建筑結(jié)構(gòu)某些部位，但是整體框架仍舊保持良好性。為了實(shí)現(xiàn)這三種狀態(tài)，需要利用以下措施改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)：

3.1.1 結(jié)構(gòu)抗震性能

在房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格遵守建筑行業(yè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如果建筑工程為B 級(jí)，整體結(jié)構(gòu)性能需要達(dá)到C 級(jí)。如果發(fā)生地震災(zāi)害，需要達(dá)到第一抗震標(biāo)準(zhǔn)；針對(duì)強(qiáng)烈地震，需要達(dá)到第二抗震性能程度；針對(duì)罕見地震，需要達(dá)到第三級(jí)抗震性能[4]。

3.1.2 地震條件下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在復(fù)核建筑結(jié)構(gòu)變形和承載壓力的過程中，需要結(jié)合結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)。在彈性測(cè)算和度量階段，結(jié)構(gòu)振動(dòng)具有共性特征，需要在科學(xué)規(guī)范區(qū)域內(nèi)控制周期和振型，契合結(jié)構(gòu)地震作用和高度分布情況。此外，在控制剪應(yīng)力的過程中，需要合理匹配梁截面和剪力墻。

3.2 抗震設(shè)計(jì)概述

在建筑施工選址階段，建筑企業(yè)需要綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地理?xiàng)l件及水文條件等。通過實(shí)地考察明確當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，在房屋建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)階段，提前判斷分析地震災(zāi)害可能會(huì)引發(fā)的土地下沉和建筑位移等問題，制定針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案。

在房屋建筑地基設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員需要把握整體結(jié)構(gòu)，契合地基設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。保障房屋建筑寬度和高度的合理性，加強(qiáng)控制構(gòu)造柱質(zhì)量，根據(jù)比例合理控制混凝土混合比例，保障混凝土攪拌和澆灌環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量[5]。

在設(shè)計(jì)防震縫的過程中，需要合理劃分建筑結(jié)構(gòu)，形成合理的小區(qū)域，在上部結(jié)構(gòu)中分離出防震縫，同時(shí)要結(jié)合建筑實(shí)際高度設(shè)置防震縫，保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性，發(fā)生地震災(zāi)害之后可以有效抵御沉降和位移等問題。

3.3 設(shè)計(jì)流程

如果施工現(xiàn)場(chǎng)頻發(fā)地震災(zāi)害，設(shè)計(jì)人員需要科學(xué)測(cè)算揀貨組結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和抗震性，深入分析整體結(jié)構(gòu)的彈性。針對(duì)罕見地震，設(shè)計(jì)人員需要分析房屋建筑結(jié)構(gòu)的彈性。發(fā)生罕見地震之后，不規(guī)則結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生薄弱層，影響建筑穩(wěn)定性，引發(fā)坍塌、傾斜等問題。因此，設(shè)計(jì)人員需要科學(xué)測(cè)算薄弱部位的彈塑性，及時(shí)采取針對(duì)性措施，避免影響結(jié)構(gòu)延展性。設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合地震參數(shù)分析房屋建筑結(jié)構(gòu)，尤其需要分析抗震能力較差位置的移動(dòng)參數(shù)，要滿足抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 設(shè)計(jì)重點(diǎn)

房屋建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)水平關(guān)系到整體建設(shè)效果，因此抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)房屋建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)體系受力效果。評(píng)判結(jié)構(gòu)體系，需要綜合衡量結(jié)構(gòu)的延展性、剛度及能耗等方面，選擇的結(jié)構(gòu)體系要符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化整體施工條件。

施工單位需要深入貫徹落實(shí)建筑結(jié)構(gòu)布置體系，保障結(jié)構(gòu)布置符合規(guī)范要求，避免因?yàn)槭芰Σ痪鶎?dǎo)致結(jié)構(gòu)重心不穩(wěn)定，從而影響建筑抗震性。驗(yàn)收結(jié)構(gòu)布置情況，發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)影響整體受力的均勻性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因此被破壞。為了合理布置整體結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)實(shí)際情況協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)各部位，嚴(yán)格控制抗震墻間距。

設(shè)計(jì)人員需要明確建筑結(jié)構(gòu)中核心抗震部位，優(yōu)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)工作，提高整體房屋建筑結(jié)構(gòu)體系的抗震性。核心抗震部位可以有效防御地震沖擊力，保障整體建筑質(zhì)量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，需要利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，充分體現(xiàn)出剪力墻結(jié)構(gòu)的作用，避免出現(xiàn)傾斜和扭曲等問題，同時(shí)需要加大力度監(jiān)督和管理地基結(jié)構(gòu)，合理布局豎向構(gòu)件。

4 結(jié)語

為了提高房屋建筑的抗震性，建筑企業(yè)需要重視房屋建筑結(jié)構(gòu)體系選型和抗震設(shè)計(jì)工作，根據(jù)實(shí)際情況合理選擇建筑物結(jié)構(gòu)體系，深入研究抗震設(shè)計(jì)理論，保障整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性，優(yōu)化人們的使用效果。