房屋建筑结构及抗震设计

分类：建筑设计论文发表 时间：2020-10-10 14:23 关注：(1)

　　随着社会经济发展水平的迅速提升，人们对房屋建筑的功能和质量提出了更高的标准和要求，受地质灾害的影响房屋建筑的抗震设计越发受到重视。为减少地震对建筑造成的损失，需要优化房屋建筑的结构体系，增强抗震能力。文章从房屋建筑机构体系选型入手，就其抗震设计展开深入探究，希望能对行业发展起到一定的借鉴作用。

　　关键词：房屋建筑；结构体系选型；抗震设计

　　随着城市化进程的推进，居民越发重视房屋建筑的结构和质量，除要保证居住最基本的舒适性之外，更看重建筑结构的稳定性、安全性和抗震性，由此推动我国房屋建筑结构朝着管理智能化和功能齐全化的方向演变和升级。所以，近几年行业内部针对建筑结构体系和抗震性能的研究越来越多。

　　1房屋建筑结构体系选型概述

　　1.1房屋建筑结构体系选型设计的基本原则

　　房屋建筑结构设计以当下的技术条件为依托，通过各种方式让人们享受更好的居住环境，促进社会经济的发展和进步。在进行建筑结构体系选型时应遵循以下几方面的基本原则。（1）适应建筑功能，坚持简单、受力明确的原则。以高层为主的现代房屋建筑逐渐成为主流。随着楼层高度的增加，建筑结构稳固性的重要性愈发凸显。因此在选取合适的建筑结构体系时，既要适应建筑的各项功能，还要确保结构体系和功能相契合。设计方要秉持简单和受力明确的原则，让建筑结构关键部位受力明确，提升其抗震性能。可通过模拟地震的方式测试和分析建筑结构承受的外力，以改实验结果为依据，修正结构参数，优化建筑结构。（2）满足建筑外部造型需要，坚持均匀性和规则性的原则。建筑平面设计对建筑结构起到了举足轻重的作用，应确保设计的规则性，兼顾结构抗震性能和成本支出。外部造型为规则形体的建筑最为常见，其竖向剖面和侧面的受力都比较均匀，所以在选取施工材料时应以此为基准，楼层越高其竖向抗侧力构件的强度和硬度越小。切忌过于追求造型新颖增加结构设计难度，达不到结构受力规则的标准，不仅耗费更多的人力物力，还降低了结构的抗震能力。（3）具备必要强度、延展性和多道设防原则。建筑结构的抗震能力并不取决于单一指标，而是需要从岩性、刚度和强度等多方面指标加以考量。如果结构强度适中，延展性不达标时，一旦遇上地震其结构会出现局部断裂的情况；如果延展性良好，但强度未达标，因地震产生的形变过于扭曲不能自行恢复，容易造成结构的坍塌。所以设计者要综合三方面的标准进行设计，不能顾此失彼，要三者兼具。

　　2房屋建筑结构体系选型的要点

　　2.1结构平面布置

　　房屋建筑的机构平面设计是最基本的环节，其形状不能过于复杂，以简洁为主，承载能力和刚度的分布要均匀。对于凹凸、扭转不规则和楼板局部存在间断等情况应密切关注并严格把控，结构平面设计要达到行业内部的相关标准，避免使用性能过于不规则的平面布置，以免降低建筑结构的稳定性和安全性。

　　2.2结构竖向布置

　　建筑结构竖向的外形也要保证规则，其收进和外挑都不可过于明显和突出，整体分布要均匀，结构侧面的刚度从底部到顶层应渐次均匀减小。结构竖向不规则分为竖向抗侧构件不连续、侧向高度不规则等。随着建筑高度增加，水平荷载条件下的侧移形变会愈发明显，所以设计人员应从结构变形的角度对侧向位移的变动范围进行合理把控。

　　2.3结构延性

　　同楼层较低的建筑相比，高层建筑结构柔性参数更为显著，所以当发生地震时建筑就容易发生变形且变形程度远高于底层建筑。为使房屋结构建筑在发生变形后还具备一定的变形能力，以防因地震造成建筑的歪斜和坍塌，应通过多种方式使得结构更加坚固，增强对地震产生的冲击的抗击能力。

　　3高层建筑中常见结构体系

　　3.1筒体结构

　　筒体结构包括框加-核心筒和筒中筒两种结构。前者外部为普通框架，中心是密柱框架或抗剪薄壁筒；后者外部为框筒，中心为薄壁筒。简体结构简洁轻便、受力科学、审美价值高，一般应用于楼层较高的建筑。现阶段全球高度位列前100名的建筑大约有三分之二采用的是该种结构。

　　3.2剪力墙结构

　　剪力墙结构使用钢筋混凝土来承担水平和竖向的拉力，剪力墙构成了抗侧力设施的全部，可以控制结构的水平力。剪力墙结构将柱、梁的棱角巧妙的隐没在房间内部，极大扩充了室内的空间，为房间内的装修省去了不必要的繁琐流程；墙身平面内刚度较大，平面外刚度较小，所以其抗侧力的力度更大；整体上属于刚性体系，延展性能良好，可以在一定程度上抗击地震带来的冲击，即使偶尔发生地震也不会造成较为严重的破坏。

　　3.3框架-剪力墙结构

　　该结构又被称为框剪结构，框架柱和剪力墙共同构成了受力的设施。该结构不仅可以留存较为宽阔的室内室内空间，能够适应建筑的各种功能；同时侧向刚度较大，框架结构承受了竖向荷载，剪力墙结构承受了水平荷载。使用该种结构可以大大增强建筑的抗震能力，适用于当今最主流的高层建筑；建筑空间在布置上更加灵活、方便和自由，方便建筑施工和后期装修；由于水平荷载下的剪力完全由剪力墙承受，所以最底部的框架柱截面不需要太大，较小的面积就能很好满足承载力的需求，减少了建筑成本花费的同时还节约了使用空间，缩减施工周期，增加了企业的经济收益。

　　4房屋建筑结构的抗震设计

　　4.1结构性能目标分析

　　为了保障建筑结构体系选型工作正常开展，我国已经落实相关政策，规范和引导建筑的抗震设计。同时提出了三个具体确切的抗震目标，即在发生不同等级地震的情况下建筑结构应达到的相应的标准。具体说来如下：当地震等级较低时，建筑结构完好如损，没有受到地震波动造成的损坏；当地震等级为中等时，建筑结构有轻度损坏，能够修复到正常水平；当地震等级较大时，建筑结构某些部位遭受破坏，但整体框架并没受太大影响，仍然保持原状，处于稳定状态。为达到这三种状态下的要求，需要从以下两方面入手改进建筑的结构。（1）结构抗震性能。在考虑房屋建筑结构的抗震设计时，遵循行业内部的规范和标准，假设工程等级为B级，那么结构性能就要高出一个等级即C级。在发生地震时，这种设计可以直接达到第一抗震性能的标准，在设防烈度地震时可以达到第二抗震性能的程度，在预测罕见地震时能够满足第三抗震性能。（2）地震条件下结构设计要求。结构的弹性设计是其复核结构变形程度和承载压力状况的唯一标准。度量和测算弹性不难发现，结构沿主轴发生的振动具有共性，其周期和振型都应该处于一个科学规范的区间内，结构产生的地震作用要契合高度的分布状况。此外，连梁截面和剪力墙应同剪应力的控制相匹配。

　　4.2房屋结构抗震设计流程及重点

　　由于我国地理面积广阔，某些居民的居住区地势险恶，地形复杂，甚至位于地震带的交界处，人民生命财产安全受到地震灾害的严重威胁，所以抗震能力便成为衡量这些地区建筑质量是否达标的重要标志。（1）设计概述。首先，在施工前期的选择建筑场地阶段，应全面了解当地的气候、地理、水文等自然因素，通过实地考察的方式掌握当地的土质、地势及地址灾害发生情况，在结构设计时应就地震灾害造成的土地下沉、建筑位移等问题提前作出判断、分析，制定应急预案。其次，在设计房屋建筑的地基时，应把握好结构的整体性，使地基和结构的设计没有任何违和感，两者的性质能够完全契合。确定房屋建筑的宽度和高度，使其保持在合理的水平，严格把控构造柱的施工质量，按照科学合理的比例混合、搅拌和浇灌混凝土。最后，设计防震缝时合理划分建筑的结构，将其分割成功能独立、布局合理的小区域，将防震缝从上部结构中分离出来，然后根据实际情况确定建筑的实际高度及同建筑相同高度的防震缝，由此使得建筑结构更加稳定和坚固，在发生地震灾害时可以抵御位移或沉降带来的影响。（2）设计流程。第一阶段是在地震频发的外部条件下，测算建筑结构的稳固程度、构建的抗震承载力和地震发生时结构楼层之间的位移，同时也要剖析结构的弹性。通常情况下，建筑结构在这一阶段对抗震设计即可。第二阶段是在发生罕见地震的外部条件下，研究结构的弹性。当出现这一极端情况时，某些不规则的结构会出现非常明显的薄弱层，这种薄弱层会加剧建筑的不稳定性，由此造成坍塌或倾斜，所以需要测算该部位的弹塑性，并及时采取针对性措施使结构的延展性不受影响。第三阶段选取和第三水准地震相匹配的地震参数来分析建筑结构，特别是抗震结构能力较弱的层间位置移动参数，都应该达到抗震设计的具体标准。只有这样才能与第三水准抗震性能相契合。（3）设计重点。首先，建筑整体建设效果取决于其结构体系设计的水平，所以结构体系设计是抗震设计的基础性环节，应高度重视，确保结构体系受力的科学性。评判一个结构体系是否合格，需要从结构的延展性、刚度和能源消耗等角度加以衡量。要尽可能选择条件合规、性能良好、质量达标的结构体系，并以该结构体系作为施工的基本条件，规划施工方案。其次，认识到建筑结构布置的重要程度并在施工中深入贯彻落实。合格的结构布置需要达到规划合理、清楚明晰的具体要求，只有这样才能避免出现受力构建不连续存在间隔、结构重心不稳定等影响建筑抗震性的问题。如果结构布置不能达到验收标准，会对其整体的受力均匀情况产生不利影响，容易导致受力偏颇，破坏结构的稳定性。要想确保结构布置的合理性，不仅要从整体出发把握好结构各部位的平衡和协调，还要将抗震墙间距控制在合理的区间之内。最后，深入掌握建筑结构中最核心的抗震部位，强化细节设计，凸显抗震能力。核心抗震部位不仅对于抵御地震灾害带来的冲击具有重要防御作用，对建筑的整体质量也会产生一定程度的影响，具有不可替代的地位。在设计建筑结构时应严格遵循质量优先的设计原则，沿用最前沿的设计理念，确保剪力墙结构的作用能够充分体现出来，杜绝出现扭曲、倾斜等情况。同时要加强对地基的监督和管理，合理规划和分配竖向构件的布局。

　　5结语

　　随着城市化进程的不断演进，越来越多的高层建筑在城市中拔地而起，逐渐成为建筑行业不可阻挡的趋势和潮流。不论建筑发展到何种程度，质量仍然是衡量建筑是否达标的核心要素，也是促进企业良性健康可持续发展的重要保障。在我国地震频发的地区，只有增强建筑结构的抗震能力，才能使得建筑和经济社会的发展相得益彰，才能凸显更多的经济效益。

　　参考文献：

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　　[3]薛颖.建筑结构中存在的问题和解决对策分析[J].工程技术研究,2017(4):216-217.

　　作者：刘涛