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

張皓勇

（廣西藤縣埌南鎮(zhèn)國土規(guī)建環(huán)保安監(jiān)局）

前言

目前，房屋建筑工程快速發(fā)展，在設(shè)計(jì)中可根據(jù)建筑的類型、性質(zhì)與用途選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)在設(shè)防地區(qū)還應(yīng)重視并做好抗震設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)滿足與抗震有關(guān)的所有要求和限值，進(jìn)而從根本上保證抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

（1）建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中水平方向上的荷載往往起到?jīng)Q定性作用。研究表明，建筑層高、自重與應(yīng)用荷載等在結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件產(chǎn)生的彎矩和軸力參數(shù)具有正比關(guān)系。另外，水平方向上荷載作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，這一傾覆力矩條件下產(chǎn)生的軸力，和層高也有正比關(guān)系。需要注意，當(dāng)建筑高度固定時(shí)，其豎向荷載參數(shù)同樣屬于恒定值。但風(fēng)荷載與地震作用屬于水平荷載，且具有一定不確定性，對(duì)結(jié)構(gòu)選型會(huì)造成較大的影響，需要引起相關(guān)人員的高度重視[1]。

（2）在高層建筑中，它受到的豎向荷載往往較大，在豎向荷載持續(xù)作用下，結(jié)構(gòu)梁柱處會(huì)產(chǎn)生一定軸向變形，在軸向變形產(chǎn)生后，會(huì)使連續(xù)梁的彎矩產(chǎn)生一定程度的波動(dòng)，使連續(xù)梁支座處負(fù)彎矩有所下降。此外，如果豎向荷載較大，則還會(huì)使構(gòu)件長度等重要參數(shù)產(chǎn)生變動(dòng)。對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，應(yīng)以測得的變形為依據(jù)，對(duì)構(gòu)件長度實(shí)施調(diào)整，保證設(shè)計(jì)的合理性。

（3）與常規(guī)層高相對(duì)較矮的建筑明顯不同，對(duì)于高層建筑，其側(cè)向位移對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要影響，應(yīng)引起高度重視。如果建筑的層高較大，則受到水平方向上的荷載作用后，側(cè)向變形與位移都將明顯增大。基于此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，在水平荷載持續(xù)作用下，結(jié)構(gòu)的測側(cè)向位移必須得到嚴(yán)格控制，處在允許范圍內(nèi)。

（4）對(duì)高層建筑而言，與普通建筑相比，其結(jié)構(gòu)柔性相對(duì)較大，使其在地震作用下表現(xiàn)出的變形將更為嚴(yán)重。對(duì)此，為保證結(jié)構(gòu)因受到地震作用而產(chǎn)生塑性變形后，依然能保持一定變形參數(shù)，避免在地震后倒塌，應(yīng)采取有效的構(gòu)造措施，以此保證建筑結(jié)構(gòu)的整體延性，提高其穩(wěn)定性。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系

（1）對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)而言，它指的是在建筑中，其受力結(jié)構(gòu)為由剪力墻構(gòu)成的。針對(duì)這一體系，建筑結(jié)構(gòu)受到的水平荷載與垂直荷載都能由剪力墻來承擔(dān)。通過對(duì)這種具有一定剛性的結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用，能使結(jié)構(gòu)具有良好延性，受力后，可保證荷載傳遞的準(zhǔn)確性與均勻性。此外，保證整體性也能提高結(jié)構(gòu)的抗地震作用性能，可在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中予以充分考慮。

（2）對(duì)框架剪力墻結(jié)構(gòu)而言，它是由框架與剪力墻構(gòu)成的全新受力體系，其框架和純框架有所不同，而且剪力墻和純剪力墻也有很大的不同。這是因?yàn)椋诮ㄖ南虏繕菍樱贾玫募袅Σ粫?huì)產(chǎn)生太大的位移，拉動(dòng)框架按照彎曲型曲線發(fā)生變形，由剪力墻承受主要水平力，而上部樓層則完全相反，其布置的剪力墻實(shí)際位移不斷增大，存在一定向外側(cè)傾斜的趨勢，但框架則會(huì)發(fā)生向內(nèi)側(cè)的位移，框架拉動(dòng)剪力墻結(jié)構(gòu)按照剪切型曲線發(fā)生變形，其中框架不僅承擔(dān)主要的外部荷載，而且還承擔(dān)將剪力拉回的作用力，而剪力墻除了不承擔(dān)由荷載作用產(chǎn)生的水平方向上的力，還由于為框架施加新的水平力而承擔(dān)一定負(fù)剪力。因此，在上部樓層中，即便由外部荷載造成的剪力相對(duì)較小，但框架當(dāng)中也會(huì)產(chǎn)生很大的剪力。這是目前小高層建筑中最常用的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)體系主要是指將框架與剪力墻組合到一起，以此形成完全的結(jié)構(gòu)體系。建筑豎向荷載由剪力墻與框架兩部分承擔(dān)，水平方向上的作用則由具有很大抗側(cè)剛度的剪力墻結(jié)構(gòu)來承擔(dān)。該結(jié)構(gòu)體系不僅具有框架便于布置和施工方便的優(yōu)勢，而且剛度較大，具有良好抗震能力，所以目前正常用在住宅建筑當(dāng)中。此外，需要注意的是，當(dāng)豎向構(gòu)件采用墻體時(shí)，該墻體不僅要承擔(dān)水平方向上的荷載，而且還要承擔(dān)一定風(fēng)荷載及地震作用，所以剪力墻在當(dāng)前的抗震規(guī)范當(dāng)中還被稱之為抗震墻[2]。

2 房建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

（1）理論分析，目前應(yīng)用較為廣泛的設(shè)計(jì)理論有以下三種：①反應(yīng)譜基本理論；②動(dòng)力理論；③擬靜力理論。其中，反應(yīng)譜基本理論是指對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，主要考慮與地震有關(guān)的加速度特性；動(dòng)力基本理論是指對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，將地震荷載作用視作完整的時(shí)間過程，再將具有明顯特征的加速度作為輸入變量，使建筑結(jié)構(gòu)變成自由度體系，得出不同時(shí)段地震反應(yīng)后，進(jìn)行合理的抗震設(shè)計(jì)；擬靜力基本理論是指在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，核算地震力參數(shù)，根據(jù)核算的結(jié)果，參考結(jié)構(gòu)自重等相關(guān)因素，為抗震設(shè)計(jì)提供必要的參考依據(jù)，以此保證設(shè)計(jì)質(zhì)量[3]。

（2）在對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行整體抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，可以按照以下基本步驟進(jìn)行：①確定適宜的地震動(dòng)參數(shù)，計(jì)算房屋建筑整體結(jié)構(gòu)受彈性作用后產(chǎn)生的地震效應(yīng)，然后在充分考慮風(fēng)荷載與自重荷載等的影響的基礎(chǔ)上，根據(jù)承載力適當(dāng)調(diào)整和改進(jìn)抗震系統(tǒng)，確保可以滿足第一水準(zhǔn)基本要求，完成構(gòu)件截面相關(guān)設(shè)計(jì)工作；②利用與以上步驟相同的地震動(dòng)參數(shù)，分析房屋建筑整體結(jié)構(gòu)包含的層間位移等相關(guān)參數(shù)，保證參數(shù)處在抗震技術(shù)規(guī)范要求的限值以內(nèi)，同時(shí)，采用合理可行的構(gòu)造措施，保證房屋建筑整體結(jié)構(gòu)可以具備良好的延性性能與變形能力，進(jìn)而滿足第二水準(zhǔn)基本要求；③選擇和第三水準(zhǔn)相匹配的地震動(dòng)參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算房屋建筑整體結(jié)構(gòu)，尤其是薄弱層上的層間位移，使其能和現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范完全吻合，最終滿足第三水準(zhǔn)基本要求[4]。

（3）在磚混結(jié)構(gòu)的房屋建筑中，沿樓板的標(biāo)高布置水平圈梁，增強(qiáng)內(nèi)墻和外墻之間的連接，保證房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體性。通過對(duì)水平圈梁的合理布置，可以避免預(yù)制板產(chǎn)生散落，將磚墻出平面概率降至最低；除此之外，水平圈梁的本質(zhì)屬于一種邊緣構(gòu)件，能有效提高樓屋蓋整體水平剛度，受地震作用后，防止墻體上產(chǎn)生斜裂縫，如果已經(jīng)存在斜裂縫，則能防止其進(jìn)一步延伸和發(fā)展，避免基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降對(duì)整個(gè)房屋建筑造成的不良影響。在設(shè)置構(gòu)造柱時(shí)，必須保證合理性與科學(xué)性，只有這樣才能起到提高房屋建筑整體結(jié)構(gòu)整體性的作用，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的脆性予以改善，保證結(jié)構(gòu)延性。開間采用構(gòu)造柱的墻體，能有效提高其整體變形能力，即便墻體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象，則也可充分利用它的塑性變形與摩擦等作用來大量消耗地震產(chǎn)生的能量[5]。然而，在布置構(gòu)造物與水平圈梁以后，對(duì)于樓層數(shù)相對(duì)較多的磚混建筑，其整體抗裂能力實(shí)際上并未得到有效改善，無法確保此類房屋建筑滿足預(yù)期的小震不壞要求，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中必須對(duì)此予以足夠重視，在樓層數(shù)相對(duì)較多的磚混建筑中，一般不建議布置構(gòu)造物與水平圈梁[6]。

3 結(jié)束語

綜上所述，在房屋建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，抗震設(shè)計(jì)不僅是一項(xiàng)重要內(nèi)容，而且還是一門綜合性技術(shù)，具有很高的專業(yè)性、復(fù)雜性與系統(tǒng)性，房屋建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)其抗震性能有直接影響，決定了建筑在地震作用下能否保持穩(wěn)定和安全。所以，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)要求，對(duì)結(jié)構(gòu)施以科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以此滿足與抗震設(shè)計(jì)有關(guān)的所有要求。通過設(shè)計(jì)盡量提高房屋建筑整體結(jié)構(gòu)抗震性能，避免地震對(duì)建筑造成嚴(yán)重的損害，減少經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

[1]趙宏偉.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)探討[J].山西科技，2012（5）：31～32.

[2]董建啟.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)分析[J].大科技，2015（14）：22～23.

[3]劉緒俊.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)探討[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2016（14）：31～32.

[4]柯罕能，陳懌，金銘達(dá).房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)研究[J].城市建筑，2015（6）：75.

[5]孟慶坤，徐玉玲.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)[J].中國科技博覽，2011（16）：104.

[6]周紹光.探討房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015（23）：35～36.