探討房屋建筑結構設計體系選型及抗震設計

【摘要】本文從房屋建筑結構抗震設計原則及要求、設計體系選型、具體設計內容等方面，探究了堂屋建筑結構設計體系的選型及抗震設計。從理論基礎和工程實踐等方面對現有技術做出了總結，對我國未來房屋建筑結構設計體系選型和抗震設計做出了展望。

【關鍵詞】房屋建筑;結構設計;體系選型;抗震設計

我國幅員遼闊，自然災害多發，保障人民群眾的基本生命、財產安全成為最基本、最迫切、最長期的攻堅任務。因此，我國的房屋建筑中必須充分考慮其抗震設計，從結構設計體系選型之初便應該充分選擇能夠提升建筑結構強度、保證房屋質量的設計。因此，本文就房屋建筑結構設計體系選型及抗震設計方面進行粗淺探討，以期為本領域設計建造理論添磚加瓦，從而進一步保障我國人民群眾的生命、財產安全，維護國家長治久安。同時，在滿足抗風、抗震、抗洪等一切自然災害的同時，還應滿足國家對于居住建筑的使用時間規定，除考慮結構穩固性和耐久性以外，還必須滿足居住者的舒適性要求。

1、房屋建筑結構抗震原則及要求

1.1房屋建筑結構抗震設計原則

（1）保證房屋建筑結構完整性

建筑結構的完整性體現在建筑能夠具有較為優秀的承載力、延展性、穩定性，在建筑的全生命周期的設計階段強調強柱弱梁、強剪弱彎等基本原則。根據文獻資料和實際項目情況，預估危害房屋建筑結構穩定性的易失穩區域，提前在設計階段進行早期預防，比如使用較為堅固的物料、多層加固等方法。

（2）抗震防線合理性

對于地震高發區，或歷史上發生過大震的地理分區，在進行房屋建筑結構設計的時候必須增設抗震防線，如增設延性框架、剪力墻所構成的框剪結構，其穩定性較一般結構更加穩定，且對于地震頻發的地區，針對余震可進行更多層地震防線布設的措施增加結構穩定性，降低經濟財產損失及人員傷亡。

（3）系統研判筑結構構件之間的耦合關系

分析其強度，區分其強弱水平，對針對地震波的主要耗能構件受地震波影響發生形變后，次要抗震構件可以保證建筑結構穩定性，并能展現出一定彈性。

1.2房屋建筑結構抗震設計要求

（1） 水平荷載

通常來說，水平荷載承受度對建筑物抗震、防風能力起到關鍵決定性作用。

根據大量文獻分析結果，結合工程實踐，彎矩、軸力設計參數是與建筑樓層高度相關。對于高層建筑，經過實踐和模擬驗證，可認為具有相對穩定的高度荷載，相較于豎向荷載，水平荷載的影響相對較低。在對風荷載進行地震參數模擬時發現，兩者之間往往出現一定的變化關系。

（2） 側向位移。

側向位移在建筑的穩定性中起到關鍵性作用，在建筑結構設計過程中，必須保證其處于安全數值。理由如下：結合水平荷載的影響，隨著建筑層數的升高，側向位移的數值與之呈現正相關性。因此，對于高層、超高層建筑，必須嚴格控制其側向位移參數。

（3）軸向變形

軸向變形來源于豎向荷載過大，由于外部不穩定因素，豎向荷載超過房梁受力極限，往往伴隨房梁的軸向變形，長時間的軸向變形會影響連續梁彎矩數值，從而進一步影響連續梁中部支座處的負彎矩數值，使之持續降低。對于高層建筑，豎向荷載量趨于穩定，但如果豎向荷載持續超出房梁受力極限，加之遭遇地震影響，豎向荷載在短時間內急劇增加，則很難保證房屋的穩定性，建筑構件將無法保持穩固，建筑物很有可能被地震摧毀。

2、房屋建筑結構抗震設計體系選型

2.1選型影響因子

對于房屋建筑結構抗震設計體系選型，首先應該確定其選型影響因子，具體分為周邊環境影響、建筑功能需求、結構材料特性三點，具體如下：

（1）周邊環境

在進行建筑結構抗震設計之前，設計師必須仔細研判基地周邊環境。房屋結構與大地直接相接，因此設計師對周邊地質條件應有一定認識，包括淺層的地質參數及周邊地形地貌，分別對應建筑結構設計中的穩定性和建筑風貌設計。

（2）建筑功能需求

隨著人民生活水平的提高，城市居民對建筑的審美要求也提升到了一個新的層次，以往只注重建筑實用性的設計思路已經跟不上時代。根據建筑的不同使用功能，可對建筑內部空間布局做更為細致的劃分，在進行建筑結構體系選型的過程中，應考慮從建筑內部空間功能出發，多樣化選型。

（3）建筑材料特性

建筑結構的設計依托于建筑結構材料，因此在房屋建筑結構抗震設計體系選型的過程中，應合理考量建筑材料的特性，充分發揮不同建筑材料的物理特性，結合材料工程，既考慮新材料的優勢，又以審慎的態度為結構安全負責，從多方面為建筑結構設計提供新思路。

2.2設計體系分析

（1）豎向承重結構

豎向承重結構一般適用于中、低層，抗裂能級低的建筑中，其對建筑材料的強度、剛度要求較高，承重點較低，需加強建設工程中豎向結構的承重能力控制。豎向承重結構不適用于高層建筑。

（2）水平承重結構

水平承重結構一般適用于高層建筑中，由水平結構強化建筑的重力承載力，具體類型包括：無梁樓蓋結構、平板體系和密肋樓蓋結構等。

（3）下部結構（基礎結構）

下部結構（基礎結構）是目前建筑工程，特別是高層建筑施工中作為關鍵的部分，合理的下部結構的選型是上部結構以及造型得以實施的保障，是整個房屋建筑建設安全以及建筑經濟效益的前提。因此，對于下部結構的選型應合理分類，具體處理：

①交叉梁基礎結構（十字交叉基礎結構）：交叉梁基礎結構適用于地基軟弱、柱網荷載不均、需具有空間剛度調整不均勻沉降的案例，一般適用于層數不多的框架剪力墻結構或框架中，計算相對復雜，具體指在柱網的雙向布置并于柱位處相交的柱下交叉條形基礎。

②柱下獨立基礎結構：柱下獨立基礎結構是指為單個柱子設置且不與其他基礎聯系的鋼筋混凝土基礎，此類結構適用于層數不高且地基土質較好的建設項目中，一般適用于框架結構中。特殊地，對于巖石地基，需要使用地錨以穩固建筑基礎。

③片筏基礎結構（筏形基礎結構）：片筏基礎結構分為平板式和肋梁式，是一種適用于土質條件比較差（承載力較差）的地基上，為了增加地基土承載力，減小基地壓力，提升基礎整體性，將墻或柱下基礎相連形成一整塊版，將建筑物較高的上部荷載負擔在此板上的一種滿堂式板式基礎。這種基礎也可以調整不均勻沉降。但此類基礎由于基礎剛度較差，設計環節需做好裂縫、地下水位、基礎沉降變形量的勘察和驗算工作，計算筏形基礎結構抗浮能力。特殊地，對于富藏地下水的地區，地表淺處持力層厚度較大，承載力較好，為降低成本，減少工期，往往使用片筏基礎。

3、房屋建筑結構抗震設計內容

3.1抗震設計要求

對于建筑抗震設計的要求要從建筑構件承載力和結構變形時是否能夠滿足彈性設計要求的角度進行。根據現有文獻、建設項目實踐積累、模擬計算和實際地震檢驗，主軸方向的振動是相似的，因此，通過建筑結構設計和建筑材料選擇，控制結構周期、振型和位移是滿足抗震設計的要點。根據相關規范要求，應從實際出發，對樓層剪力與質量系數嚴格選取，使建筑指標特別是建筑高度嚴格對應相應建筑結構，從選型上符合抗震規范。

3.2房屋建筑結構抗震設計的原則

房屋建筑結構抗震設計首先應對建筑側拉力進行考量，從建筑整體布局和結構出發，保證建筑結構穩定性，防止建筑失穩坍塌。房屋建筑結構抗震設計還應遵循整體合理性原則。隨著人民生活水平的提高，僅僅滿足建筑結構要求已經無法滿足城市居民對住房的需要，在結構設計環節應統籌考慮建筑空間的合理性，不能舍本逐末，設計出不舒適的建筑空間。這就要求設計師擁有較高的學術素養，了解建筑設計和結構設計兩個學科的知識并融會貫通。

3.3抗震設計步驟

抗震設計除了考慮建筑結構方面，首先更應了解地震的加速度特點、地震力參數、地震荷載等數據的變化曲線，最后參照具體核算結果和結構自重，確保建筑結構的穩定。其次應從整體剛度、墻體布置、建筑層數、抗震加固四個方面對建筑結構進行處理。

鋼筋混凝土結構具有較好的整體剛度，對地震的防護能力較好，可設置構造柱和構造鋼筋以進一步提升結構穩定性。

多層磚混結構建筑在抗震設計方面則應更多的考慮將建筑內部橫墻、縱墻共同布置為承重墻，同時使用鋼筋混凝土加固易損部位，如在橫縱交接處設置構造柱。

隨著建筑技術的發展，許多城市熱衷于建造高層、超高層建筑，目前國家以對類似行為做出了規范，限制超高層建筑的建設。這是由于隨著建筑層數的增加，其穩定性逐步降低，抗震難度直線增加，受地震影響也比普通建筑大得多，建筑倒塌后的影響也更大。因此對建筑層數做出限制，建立審批制度是對建筑抗震的制度保障。

目前較為成熟和普遍使用的抗震加固方式為結構阻尼，在滿足企業控制成本的要求下，盡量在關鍵部位增加結構阻尼的設置數量，能夠最大限度的增加建筑結構整體阻尼，降低各個方向下的地震波影響，從而在地震情況下保證建筑的整體完整性。

結語：

目前建筑結構的穩定性越來越受到國家的關注，“豆腐渣工程”已淡出人們的視線，并且高強度環保材料的推陳出新，為未來建筑構造技術的革新積累著基礎技術。設計師在現有材料、技術規范的指導下，應統籌好業主和社會間的關系，既為業主負責考慮經濟效益做足空間，也擔負起設計師的社會責任，在設計師負責制的社會背景下做好房屋建筑結構設計，從選型開始，做好建筑全生命周期的抗震設計工作。

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作者簡介：

鄧超（1981-），男，高級工程師，碩士，湖南寧鄉人，主要從事建筑設計工作。