淺析房建結(jié)構(gòu)設(shè)計體系選型及抗震設(shè)計

張冬生

漢嘉設(shè)計集團股份有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

引言

城鎮(zhèn)化建設(shè)為房屋建設(shè)提供了良好的發(fā)展前景，在人們生活水平不斷提升的背景下，對房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性提出了更高的要求，在具備舒適性的基礎(chǔ)上，依然保有遮風(fēng)擋雨、安全可靠的特點。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用與原則

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要工作是根據(jù)房屋建設(shè)設(shè)計圖紙和施工方案計算房屋結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，確認房屋結(jié)構(gòu)中各位置的強度和剛度，并對設(shè)計方案和具體施工技術(shù)進行優(yōu)化的工作，是保證人們居住建筑具備安全性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。設(shè)計人員需要結(jié)合結(jié)構(gòu)體系和建筑材料，并根據(jù)建筑所處環(huán)境，天氣氣候，考慮各種因素對建筑耐久性的影響。在此基礎(chǔ)上還要保障后期房屋內(nèi)部舒適性和便捷性，不僅要貼合當(dāng)前社會發(fā)展的快節(jié)奏，還要為人們帶來溫馨的居住環(huán)境。而且在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能降耗理念的影響下，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注重自然、經(jīng)濟、生態(tài)等方面的優(yōu)化，在保障質(zhì)量的前提下，使房屋建筑獲得更多的社會效益和生態(tài)效益。

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)要滿足三項基本原則，其體系選型和抗震設(shè)計也應(yīng)當(dāng)遵循基本原則。第一項是安全性設(shè)計原則，這是所有房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須遵守的原則，無論何種房屋建筑都必須將安全性放在結(jié)構(gòu)設(shè)計的首位，保證人們生命財產(chǎn)安全，尤其是在對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計時，要嚴格按照質(zhì)量安全的標(biāo)準進行設(shè)計，并盡可能提高房屋建筑的安全性。第二項是功能性設(shè)計原則，作為居住場所，現(xiàn)代房屋建筑不只是遮風(fēng)擋雨的物體，而是人們舒適愉悅生活的基礎(chǔ)，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)將房屋的各項功能展現(xiàn)出來，為人們提供全面的生活空間。第三項是經(jīng)濟性原則，由于房屋建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，后期施工投入資源較多，在遵循節(jié)能降耗以及為企業(yè)獲取更多經(jīng)濟效益的情況下，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)更好地節(jié)約施工成本。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系選型

2.1 體系選型要求

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系選型是房屋建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中需要考慮到建筑結(jié)構(gòu)的諸多方面。對房屋結(jié)構(gòu)體系選型而言，需要考慮水平荷載、軸向變形、側(cè)點位移和結(jié)構(gòu)延性四方面的內(nèi)容。水平荷載是房建自身重力參數(shù)和樓面應(yīng)用荷載在豎向構(gòu)件中形成的應(yīng)力，在確定高度的房屋建筑結(jié)構(gòu)中，豎向荷載基本不會變動，需要多加考慮水平荷載。軸向變形是豎向承載數(shù)值較大的情況下，對房建結(jié)構(gòu)梁柱位置造成的擠壓作用，就會使軸向產(chǎn)生明顯的變形。側(cè)向位移會直接影響房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的根本，尤其是在建筑樓層不斷增加，處在水平荷載下的側(cè)移變化也會突然增加，很容易脫離安全控制范圍。而結(jié)構(gòu)延性在高層建筑中尤為明顯，高層建筑對地震的作用力反應(yīng)明顯，變形也相對嚴重，為避免房屋建筑在遇到地震時受到損壞，必須要穩(wěn)固房屋建筑結(jié)構(gòu)延性。

2.2 結(jié)構(gòu)多樣性選型

房屋建造本身有著多種設(shè)計樣式，與空間資源、城市規(guī)劃和人們生活緊密相連。除了使房屋建筑具有穩(wěn)定安全的特點，還應(yīng)賦予其多樣化的特點，以此滿足人民群眾多元化的選擇需求。

房間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計選型應(yīng)當(dāng)考慮空間與資源的充分利用，尤其是當(dāng)前土地資源逐漸稀缺，房屋建筑需要多加利用本身具有的空間擴展居住環(huán)境。例如在高層建筑的設(shè)計結(jié)構(gòu)中利用有限的外部空間，構(gòu)建陽臺、采光區(qū)等與自然相互連接的空間。并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計中注重光、風(fēng)資源的利用，不僅能夠減少建筑成本，也能夠使房屋建筑更加綠色環(huán)保。

城市作為建筑結(jié)構(gòu)的一種整體性布局，房屋建筑設(shè)計應(yīng)當(dāng)提高人們生活的多樣性以及便捷性，例如在給排水、電氣、暖通等施工建設(shè)前，就應(yīng)當(dāng)有房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行確認，在房屋建筑設(shè)計體系中做好結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性和功能性，以此增強房屋建筑的使用質(zhì)量。另外，房間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計還需遵循當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和風(fēng)俗習(xí)慣等因素。比如在我國南方建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，就要考慮降雨頻繁的情況；而在北方要注重降雪的影響。從多方面出發(fā)，在保證建筑穩(wěn)定安全的同時提高建筑的可靠性和功能性，使人們的居住環(huán)境更加美好。

房屋建筑結(jié)構(gòu)的舒適性是人們生活的基本需求，在當(dāng)前快節(jié)奏的生活背景下，人們與房屋的關(guān)系逐漸變淡。在選型方面，人們所需要的內(nèi)容更傾向于房屋內(nèi)部的舒適性，而從在建筑的外部形態(tài)。這就需要設(shè)計人員多加考慮時代發(fā)展中人們的需求，既要貼合當(dāng)前快速發(fā)展的時代背景，又要給人們不同的選擇方向，才能滿足人民群眾對房屋建筑結(jié)構(gòu)的需求。

2.3 房屋建筑結(jié)構(gòu)

房屋建筑結(jié)構(gòu)主要有剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)三種，科學(xué)合理地選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)，能夠提升房屋建筑的穩(wěn)定性和安全性，也能夠為建筑美觀提供支撐。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系簡單來說是運用鋼筋混凝土墻板將建筑圍成一種框架，將傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中的梁柱用鋼筋混凝土墻板替代，使建筑結(jié)構(gòu)的承載力更強。在高層建筑、大型建筑不斷增多的背景下，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力和作用力的提升勢在必行，利用鋼筋混凝土墻板能夠有效維護剪力墻結(jié)構(gòu)。而且剪力墻結(jié)構(gòu)的水平作用力也有所提升，可以提高房屋建筑的空間整體性，將房屋建筑內(nèi)部的梁面、棱角隱藏，方便后續(xù)裝修裝飾設(shè)計和施工。現(xiàn)階段，剪力墻結(jié)構(gòu)體系在普通建筑當(dāng)中較為常見，這種剛性體系具有一定的延展性，即便受到一定程度的損害，也不會為房屋建筑的穩(wěn)定性帶來太大影響。此外，傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)會和樓板之間形成明顯的受力結(jié)構(gòu)，在房屋建設(shè)中無法對剪力墻進行調(diào)整或拆除，降低了房建結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性。而當(dāng)前短肢剪力墻結(jié)構(gòu)逐漸擴展，可以在寬度較小的房屋結(jié)構(gòu)上使用，后期裝修裝飾施工也能夠在小范圍內(nèi)對室內(nèi)空間進行改造，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性[1]。

框架剪力墻結(jié)構(gòu)即框剪結(jié)構(gòu)，其原理是將房屋建筑的水平荷載交由剪力墻承擔(dān)，而框架則承擔(dān)豎直方向的建筑荷載。其優(yōu)勢在于，在追求穩(wěn)定性方面，框剪結(jié)構(gòu)的抗震效果更加優(yōu)秀，建筑物的設(shè)計高度也可以有所提升。并且框剪結(jié)構(gòu)對于一般的剪力墻結(jié)構(gòu)而言，在房屋建筑內(nèi)部空間的布置上更為自由，有利于滿足房屋建筑工程的空間需求。在水平荷載方面，框剪結(jié)構(gòu)的水平荷載側(cè)向變形有所降低，在材料成本和舒適度方面也比普通剪力墻結(jié)構(gòu)更為優(yōu)良。最為關(guān)鍵的是，框剪結(jié)構(gòu)在水平荷載下的大部分剪力都由剪力墻承擔(dān)，底層框架柱的截面尺寸可以進行縮小，不僅能夠優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)空間，還能節(jié)約建筑材料，為施工企業(yè)提供更多經(jīng)濟效益。

筒體結(jié)構(gòu)是由多個筒體組合在一起實，現(xiàn)對承重結(jié)構(gòu)的全面承載，筒體結(jié)構(gòu)是剪力墻結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)向復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計延伸的一種體系選型，多用于較為復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，尤其是當(dāng)今一些具備生態(tài)性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，圓弧狀建筑形體可以為其提供更強的荷載動力。筒體結(jié)構(gòu)是剪力墻和密柱框架相結(jié)合的體系，與框剪結(jié)構(gòu)類似，其可以應(yīng)用在房屋建筑的內(nèi)外部，使房屋建筑整體形成一個封閉的空間筒體結(jié)構(gòu)，以此獲得更強的荷載力。

2.4 綠色環(huán)保設(shè)計

在我國節(jié)能降耗、綠色環(huán)保的政策理念下，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系選型也必須考慮到綠色生態(tài)方面的內(nèi)容。除了要求房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員具有一定的生態(tài)環(huán)保節(jié)能意識外，還需將設(shè)計體系選型落到實處。一方面應(yīng)當(dāng)加強建筑綠化內(nèi)容，使居住者可以體驗到綠色生態(tài)的居住環(huán)境，例如降低噪音干擾，在底層房屋建筑周圍增添草坪、喬木、灌木等植物，通過綠化手段來增加房屋的生態(tài)性。或是通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，使房屋建筑與周邊生態(tài)環(huán)境更加貼合，例如增加陽光、通風(fēng)等方面的設(shè)計。另一方面，則是直接在房屋建材或結(jié)構(gòu)上使用綠色材料或理念，利用綠色節(jié)能材料，降低混凝土使用量，選擇可回收再利用的材料。不過也需要注意，這必須建立在確保房屋建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全基礎(chǔ)之上。

2.5 房屋建筑優(yōu)化設(shè)計

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)為后續(xù)施工提供便利。例如在暖通工程設(shè)計中需要考慮暖通施工和客戶應(yīng)用兩方面，多數(shù)情況下兩者的結(jié)構(gòu)設(shè)計是相同的，既要減少房屋結(jié)構(gòu)對暖通系統(tǒng)的干擾，又要考慮到客戶后期使用或維修的便捷性。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有諸多細節(jié)性問題需要設(shè)計人員進行考慮，比如在陽臺設(shè)計中，就需要將陽臺設(shè)計高度控制在1.2m左右，或是在一些高度、陰陽角、墻壁等方面考慮孩童的安全因素。只有重視房屋建筑結(jié)構(gòu)的各種要點，才能為住戶提供更多的便利和更高的安全保障。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

3.1 理論設(shè)計

房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)結(jié)合動力理論、反應(yīng)譜理論與擬靜力理論。首先是動力理論為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計，其核心是將地震發(fā)生時段作為一個單獨的時間段列出，在這個時間段詳細分析地震動加速度的變量參數(shù)，而房建結(jié)構(gòu)就是整個計算體系中的自由量，在準確算出時間段內(nèi)建筑物對地震作用的反應(yīng)情況后，就可以針對這些情況進行抗震設(shè)計。其次，依據(jù)反應(yīng)譜進行抗震設(shè)計時，只需考慮地震發(fā)生過程的加速度特性，并對建筑進行抗震優(yōu)化，不過其數(shù)據(jù)信息較少，在高層或大型建筑中抗震設(shè)計中只能作為輔助信息。最后是擬靜力理論，其需要對地震力的大小參數(shù)進行計算，根據(jù)房屋當(dāng)?shù)氐卣鹣禂?shù)和房屋結(jié)構(gòu)的乘積進行計算。

3.2 實踐步驟

在對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行實踐設(shè)計時，需要在房屋建筑結(jié)構(gòu)受到彈性作用力時，選擇適宜的地震動參數(shù)，并對其產(chǎn)生的地震效應(yīng)做出準確計算，也要將風(fēng)力影響與重力荷載作用力影響作為考慮因素，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在有影響因素的條件下依然能夠符合抗震標(biāo)準，以此選用適宜的房屋建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件和相應(yīng)設(shè)計工作。之后要依據(jù)地震動參數(shù)對房屋建筑結(jié)構(gòu)的層間位移、側(cè)向位移進行計算分析，需要保障兩者的相關(guān)參數(shù)符合房屋建筑抗震標(biāo)準，并在設(shè)計構(gòu)造中優(yōu)化對地震作用力的反饋，提高房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定度。在實踐設(shè)計中還需針對達到第三標(biāo)準的地震動參數(shù)的房屋結(jié)構(gòu)進行計算，對結(jié)構(gòu)中較為薄弱的環(huán)節(jié)和位置進行參數(shù)計算，并按照抗震需求優(yōu)化調(diào)整，進一步提升房建結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 房屋結(jié)構(gòu)選型與抗震一體化

在現(xiàn)代化的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震應(yīng)當(dāng)與結(jié)構(gòu)體系相互融合。雖然現(xiàn)代化房屋建筑為人們提供了諸多不同類型的房屋，但是它們卻有著共同的特點，那就是具有不同程度的應(yīng)對各種自然災(zāi)害的能力。例如，南方為了應(yīng)對多雨的氣候，采用一種三角形的拱頂作為房屋的房頂，而這種結(jié)構(gòu)也具有一定的抗震作用，而在房屋建筑材料的選用方面也采取了不同的材料。通常情況下，房屋建筑抗震會根據(jù)地區(qū)地震情況和規(guī)模，選擇不同的材料，在滿足基礎(chǔ)抗震要求的基礎(chǔ)上，以及能夠應(yīng)對一些常見自然氣候，選用的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計將會更符合抗震所需的強度和剛度。為了進一步提升房屋建筑結(jié)構(gòu)選型和抗震的融合，應(yīng)當(dāng)將結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震設(shè)計所涉及的因素相互統(tǒng)一，達到一體化的作用，使房屋建造結(jié)構(gòu)設(shè)計體系選型與氣候、抗震等因素融為一體。

4 結(jié)束語

建筑規(guī)模和建筑高度不斷提升，對房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性也提出了新的要求，通過探討房屋建筑結(jié)構(gòu)的體系選型因素，分析了剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)在房屋建筑設(shè)計中的作用效果，并對房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震進行了設(shè)計，針對結(jié)構(gòu)房屋安全穩(wěn)定進行了優(yōu)化，使房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的更加合理與舒適，提高房建整體質(zhì)量。