房屋建筑结构体系选型与抗震设计探究

彭杰

【摘要】科学、合理的结构选型与完善、适宜的抗震设计，能够有效规避与减少地震发生时建筑所遭受的不利影响，保障建筑结构安全。对此，本文结合笔者多方所学与既往实践经验，就房屋建筑结构体系选型与抗震设计展开全面探讨，以供借鉴参考。

【关键词】房屋建筑;结构体系选型;抗震设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.042

1、房屋建筑结构体系选型

1.1框架结构

框架结构是梁与柱通过刚性连接而成的骨架结构（如图1），其主要采用型钢和钢筋砼材料，具有较强的抗弯、抗压能力，且由于梁、柱采用刚性连接，因此抗侧移能力、抗振动能力良好。正是由于其良好的抗震性、延展行及整体性，在多层建筑以及高层建筑（<70m）中均能适用。

1.2剪力墙结构

（1）框架-剪力墙结构。该结构是以框架为主体，以剪力墙为辅助，来弥补框架结构不足之处的组合结构体系，其中，框架结构承担竖向荷载，剪力墙结构承担水平荷载，两者共同受力来满足建筑的荷载要求（如图2）。该组合结构体系兼具框架结构与剪力墙结构的优点，其平面布置灵活、抗侧移能力、抗振动能力良好。且该结构中的剪力墙不仅可以单独布设，同时也可布设在电梯间、楼梯间以及竖向荷载较大的位置，多适用于层数不超过25层的高层建筑，且最高不得超过30层。

（2）普通剪力墙结构。该结构是通过钢砼墙板替代框架结构中的梁架，并承担建筑物的竖直方向与水平方向的荷载。与框-剪结构相比，剪力墙结构具有更强的刚度，且其整体性及延展性较好，因此，能够有效抵抗地震时的倒塌作用力。需要注意的是，在剪力墙数量及布设时，应尽量满足对称、均匀的原则，且剪力墙长度不宜过长。该结构体系在建筑层数不超过40层的高层住宅、公寓中均可适用。

1.3筒体结构

筒体结构是由剪力墙、框-剪结构演变发展而成，通过将纵横相接的剪力墙集中布设至房屋内部或外部进而形成一个较为封闭的筒体骨架结构，其根据不同组合形式还分为框架-核心筒结构、框筒结构、筒中筒结构、多筒体结构等。该结构体系具有较强的抗侧刚度及抗扭能力，因此表现出了良好的抗震性能，且其剪力墙集中布设的形式，使其平面布置也较为灵活。该结构体系多用于高层及超高层公共建筑，如著名的西尔斯大楼、纽约世贸中心大楼等。

2、房屋建筑结构抗震设计

2.1设计步骤

在我国颁布的建筑结构抗震设计规范中，对建筑结构的抗震设计提出了明确的要求，即抗震设计须满足建筑抗震的“三水准”设防目标，要求在地震发生时建筑应满足“小震不会坏、中震可以修、大震不会倒”的抗震目标，并依照如下流程进行抗震设计。首先，合理选择地震动参数对弹性作用下的建筑结构的地震效应进行计算，并通过充分考虑风荷载以及重力荷载作用的影响，根据房屋建筑结构的承载力情况，对抗震系数予以适当调整，确保其满足小震不坏的要求。其次，采用上一阶段的地震动参数值，对层间位移参数及参数的设置情况予以分析，以保证其能够有效满足抗震设计的规范标准要求，并在抗震措施的作用下达到良好的抗变形能力及延性，进而达到中震可修的抗震目标。最后，根据第三水准即“大震不倒”的抗震动参数对建筑结构进行分析，尤其要做好抗震薄弱位置的层间位移参数分析，确保其能够满足建筑抗震的相关标准，进而满足大震发生时建筑不会倾倒的抗震要求。

2.2设计内容

（1）减少地震能量输入。通过对震害而发生破坏的建筑分析可知，选址的地质条件差、基础处理不当等，是导致建筑受震害而出现损坏的主要因素之一。因此，在进行建筑结构的抗震设计时，首要条件是要合理的进行选址，尽量规避软土、液化土或以发生山体滑坡等位置，最大限度减少震害发生时地震能量的输入，进而削弱地震時对建筑的破坏程度。其次，根据基于位移的抗震设计，对建筑所在场地的地质条件、地形特征做好细致勘察，建筑基础应按要求做好夯实，进而确保结构的弹性变形能力在地震的影响下，能够达到作用力的变形要求。

（2）合理采用延性结构。在进行抗震设计时，根据项目实际合理采用延性结构，对建筑结构的刚度予以适当控制，或通过合理采取“墙柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的形式，加大建筑结构的延性，能够使震害发生时建筑构件的塑性变形能力显著增强，加大对地震能量的消耗，使地震对建筑结构的作用变小，进而有效避免脆性破坏而导致的建筑物严重受损。

（3）重视抗震结构设计。抗震加固设计中，较为常用的结构体系包括：框筒结构、筒中筒结构以及框-剪结构，以加大建筑结构的抗侧刚度以及抗扭能力，进而减少地震的破坏力。另外，为有效保证建筑结构的抗震性能，在条件允许时也可采用钢骨砼结构、钢管砼结构或钢结构，以在一定程度上降低柱截面的尺寸大小，进而提升建筑结构的抗震性能。同时，还可转变以往硬性抗震模式设计，并通过柔性抗震设计，合理控制建筑结构刚度，通过“以柔克刚”的理念，加大地震作用下的能量消耗，减少地震冲击作用力对建筑的损坏。

（4）合理设置抗震防线。发生地震后，尤其是在强震过后往往会伴随多次余震，若仅设置一道抗震防线，则极有可能会导致余震时，建筑结构因损伤积累而出现倾覆性坍塌。因此，高层建筑可根据当地抗震设计要求进行多道抗震防线的布设，其中，框-剪结构抗震性能较好，其多道防线的抗震结构能够有效抵抗地震发生时的作用力。在进行框-剪结构的设计时，须结合建筑物的防震等级要求，增加剪力墙的布设数量，以保证其具备足够的承荷能力，且不得低于地震发生时倾覆力矩的一半，进而显著提升建筑结构抵抗地震的能力。

结语：

建筑结构体系选型不够合理、抗震设计不够规范，将严重影响到建筑的安全、稳固、耐久使用，因此，需要严格依循建筑抗震设计原则与标准要求，切实做好建筑结构体系选型并完善与规范建筑抗震设计，以真正达成“小震不会坏、中震可以修、大震不会倒”的抗震目标。

参考文献：

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