浅析房建结构设计体系选型及抗震设计

张冬生

汉嘉设计集团股份有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

引言

城镇化建设为房屋建设提供了良好的发展前景，在人们生活水平不断提升的背景下，对房屋建筑结构的安全性、稳定性提出了更高的要求，在具备舒适性的基础上，依然保有遮风挡雨、安全可靠的特点。

1 房屋建筑结构设计的作用与原则

房屋结构设计的主要工作是根据房屋建设设计图纸和施工方案计算房屋结构的内应力，确认房屋结构中各位置的强度和刚度，并对设计方案和具体施工技术进行优化的工作，是保证人们居住建筑具备安全性和稳定性的基础。设计人员需要结合结构体系和建筑材料，并根据建筑所处环境，天气气候，考虑各种因素对建筑耐久性的影响。在此基础上还要保障后期房屋内部舒适性和便捷性，不仅要贴合当前社会发展的快节奏，还要为人们带来温馨的居住环境。而且在可持续发展战略和节能降耗理念的影响下，房屋建筑结构设计应注重自然、经济、生态等方面的优化，在保障质量的前提下，使房屋建筑获得更多的社会效益和生态效益。

房屋建筑结构设计应当要满足三项基本原则，其体系选型和抗震设计也应当遵循基本原则。第一项是安全性设计原则，这是所有房屋建筑结构设计必须遵守的原则，无论何种房屋建筑都必须将安全性放在结构设计的首位，保证人们生命财产安全，尤其是在对房屋建筑结构进行优化设计时，要严格按照质量安全的标准进行设计，并尽可能提高房屋建筑的安全性。第二项是功能性设计原则，作为居住场所，现代房屋建筑不只是遮风挡雨的物体，而是人们舒适愉悦生活的基础，房屋建筑结构设计应当将房屋的各项功能展现出来，为人们提供全面的生活空间。第三项是经济性原则，由于房屋建筑结构较为复杂，后期施工投入资源较多，在遵循节能降耗以及为企业获取更多经济效益的情况下，房屋建筑结构设计应当更好地节约施工成本。

2 房屋建筑结构设计体系选型

2.1 体系选型要求

房屋建筑结构设计体系选型是房屋建设的关键环节，其中需要考虑到建筑结构的诸多方面。对房屋结构体系选型而言，需要考虑水平荷载、轴向变形、侧点位移和结构延性四方面的内容。水平荷载是房建自身重力参数和楼面应用荷载在竖向构件中形成的应力，在确定高度的房屋建筑结构中，竖向荷载基本不会变动，需要多加考虑水平荷载。轴向变形是竖向承载数值较大的情况下，对房建结构梁柱位置造成的挤压作用，就会使轴向产生明显的变形。侧向位移会直接影响房屋建筑结构设计的根本，尤其是在建筑楼层不断增加，处在水平荷载下的侧移变化也会突然增加，很容易脱离安全控制范围。而结构延性在高层建筑中尤为明显，高层建筑对地震的作用力反应明显，变形也相对严重，为避免房屋建筑在遇到地震时受到损坏，必须要稳固房屋建筑结构延性。

2.2 结构多样性选型

房屋建造本身有着多种设计样式，与空间资源、城市规划和人们生活紧密相连。除了使房屋建筑具有稳定安全的特点，还应赋予其多样化的特点，以此满足人民群众多元化的选择需求。

房间建筑结构设计选型应当考虑空间与资源的充分利用，尤其是当前土地资源逐渐稀缺，房屋建筑需要多加利用本身具有的空间扩展居住环境。例如在高层建筑的设计结构中利用有限的外部空间，构建阳台、采光区等与自然相互连接的空间。并且在结构设计中注重光、风资源的利用，不仅能够减少建筑成本，也能够使房屋建筑更加绿色环保。

城市作为建筑结构的一种整体性布局，房屋建筑设计应当提高人们生活的多样性以及便捷性，例如在给排水、电气、暖通等施工建设前，就应当有房屋建筑结构设计进行确认，在房屋建筑设计体系中做好结构的统一性和功能性，以此增强房屋建筑的使用质量。另外，房间建筑结构设计还需遵循当地的气候条件和风俗习惯等因素。比如在我国南方建筑结构设计中，就要考虑降雨频繁的情况；而在北方要注重降雪的影响。从多方面出发，在保证建筑稳定安全的同时提高建筑的可靠性和功能性，使人们的居住环境更加美好。

房屋建筑结构的舒适性是人们生活的基本需求，在当前快节奏的生活背景下，人们与房屋的关系逐渐变淡。在选型方面，人们所需要的内容更倾向于房屋内部的舒适性，而从在建筑的外部形态。这就需要设计人员多加考虑时代发展中人们的需求，既要贴合当前快速发展的时代背景，又要给人们不同的选择方向，才能满足人民群众对房屋建筑结构的需求。

2.3 房屋建筑结构

房屋建筑结构主要有剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构三种，科学合理地选择房屋建筑结构，能够提升房屋建筑的稳定性和安全性，也能够为建筑美观提供支撑。

剪力墙结构体系简单来说是运用钢筋混凝土墙板将建筑围成一种框架，将传统框架结构中的梁柱用钢筋混凝土墙板替代，使建筑结构的承载力更强。在高层建筑、大型建筑不断增多的背景下，建筑结构应力和作用力的提升势在必行，利用钢筋混凝土墙板能够有效维护剪力墙结构。而且剪力墙结构的水平作用力也有所提升，可以提高房屋建筑的空间整体性，将房屋建筑内部的梁面、棱角隐藏，方便后续装修装饰设计和施工。现阶段，剪力墙结构体系在普通建筑当中较为常见，这种刚性体系具有一定的延展性，即便受到一定程度的损害，也不会为房屋建筑的稳定性带来太大影响。此外，传统的剪力墙结构会和楼板之间形成明显的受力结构，在房屋建设中无法对剪力墙进行调整或拆除，降低了房建结构设计的灵活性。而当前短肢剪力墙结构逐渐扩展，可以在宽度较小的房屋结构上使用，后期装修装饰施工也能够在小范围内对室内空间进行改造，优化房屋结构设计的灵活性[1]。

框架剪力墙结构即框剪结构，其原理是将房屋建筑的水平荷载交由剪力墙承担，而框架则承担竖直方向的建筑荷载。其优势在于，在追求稳定性方面，框剪结构的抗震效果更加优秀，建筑物的设计高度也可以有所提升。并且框剪结构对于一般的剪力墙结构而言，在房屋建筑内部空间的布置上更为自由，有利于满足房屋建筑工程的空间需求。在水平荷载方面，框剪结构的水平荷载侧向变形有所降低，在材料成本和舒适度方面也比普通剪力墙结构更为优良。最为关键的是，框剪结构在水平荷载下的大部分剪力都由剪力墙承担，底层框架柱的截面尺寸可以进行缩小，不仅能够优化房屋建筑结构空间，还能节约建筑材料，为施工企业提供更多经济效益。

筒体结构是由多个筒体组合在一起实，现对承重结构的全面承载，筒体结构是剪力墙结构和框剪结构向复杂建筑结构设计延伸的一种体系选型，多用于较为复杂的建筑结构当中，尤其是当今一些具备生态性的建筑结构设计中，圆弧状建筑形体可以为其提供更强的荷载动力。筒体结构是剪力墙和密柱框架相结合的体系，与框剪结构类似，其可以应用在房屋建筑的内外部，使房屋建筑整体形成一个封闭的空间筒体结构，以此获得更强的荷载力。

2.4 绿色环保设计

在我国节能降耗、绿色环保的政策理念下，房屋建筑结构设计体系选型也必须考虑到绿色生态方面的内容。除了要求房屋建筑结构设计人员具有一定的生态环保节能意识外，还需将设计体系选型落到实处。一方面应当加强建筑绿化内容，使居住者可以体验到绿色生态的居住环境，例如降低噪音干扰，在底层房屋建筑周围增添草坪、乔木、灌木等植物，通过绿化手段来增加房屋的生态性。或是通过对结构设计的优化，使房屋建筑与周边生态环境更加贴合，例如增加阳光、通风等方面的设计。另一方面，则是直接在房屋建材或结构上使用绿色材料或理念，利用绿色节能材料，降低混凝土使用量，选择可回收再利用的材料。不过也需要注意，这必须建立在确保房屋建筑结构质量安全基础之上。

2.5 房屋建筑优化设计

房屋建筑结构设计应当为后续施工提供便利。例如在暖通工程设计中需要考虑暖通施工和客户应用两方面，多数情况下两者的结构设计是相同的，既要减少房屋结构对暖通系统的干扰，又要考虑到客户后期使用或维修的便捷性。在房屋建筑结构设计中有诸多细节性问题需要设计人员进行考虑，比如在阳台设计中，就需要将阳台设计高度控制在1.2m左右，或是在一些高度、阴阳角、墙壁等方面考虑孩童的安全因素。只有重视房屋建筑结构的各种要点，才能为住户提供更多的便利和更高的安全保障。

3 房屋建筑结构抗震设计

3.1 理论设计

房屋建筑结构抗震设计应结合动力理论、反应谱理论与拟静力理论。首先是动力理论为基础的抗震设计，其核心是将地震发生时段作为一个单独的时间段列出，在这个时间段详细分析地震动加速度的变量参数，而房建结构就是整个计算体系中的自由量，在准确算出时间段内建筑物对地震作用的反应情况后，就可以针对这些情况进行抗震设计。其次，依据反应谱进行抗震设计时，只需考虑地震发生过程的加速度特性，并对建筑进行抗震优化，不过其数据信息较少，在高层或大型建筑中抗震设计中只能作为辅助信息。最后是拟静力理论，其需要对地震力的大小参数进行计算，根据房屋当地地震系数和房屋结构的乘积进行计算。

3.2 实践步骤

在对房屋建筑结构进行实践设计时，需要在房屋建筑结构受到弹性作用力时，选择适宜的地震动参数，并对其产生的地震效应做出准确计算，也要将风力影响与重力荷载作用力影响作为考虑因素，使建筑结构设计在有影响因素的条件下依然能够符合抗震标准，以此选用适宜的房屋建筑结构构件和相应设计工作。之后要依据地震动参数对房屋建筑结构的层间位移、侧向位移进行计算分析，需要保障两者的相关参数符合房屋建筑抗震标准，并在设计构造中优化对地震作用力的反馈，提高房屋结构稳定度。在实践设计中还需针对达到第三标准的地震动参数的房屋结构进行计算，对结构中较为薄弱的环节和位置进行参数计算，并按照抗震需求优化调整，进一步提升房建结构的稳定性。

3.3 房屋结构选型与抗震一体化

在现代化的房屋建筑结构设计中抗震应当与结构体系相互融合。虽然现代化房屋建筑为人们提供了诸多不同类型的房屋，但是它们却有着共同的特点，那就是具有不同程度的应对各种自然灾害的能力。例如，南方为了应对多雨的气候，采用一种三角形的拱顶作为房屋的房顶，而这种结构也具有一定的抗震作用，而在房屋建筑材料的选用方面也采取了不同的材料。通常情况下，房屋建筑抗震会根据地区地震情况和规模，选择不同的材料，在满足基础抗震要求的基础上，以及能够应对一些常见自然气候，选用的材料及结构设计将会更符合抗震所需的强度和刚度。为了进一步提升房屋建筑结构选型和抗震的融合，应当将结构设计与抗震设计所涉及的因素相互统一，达到一体化的作用，使房屋建造结构设计体系选型与气候、抗震等因素融为一体。

4 结束语

建筑规模和建筑高度不断提升，对房屋建筑结构的稳定性和安全性也提出了新的要求，通过探讨房屋建筑结构的体系选型因素，分析了剪力墙结构、框剪结构、筒体结构在房屋建筑设计中的作用效果，并对房屋建筑结构的抗震进行了设计，针对结构房屋安全稳定进行了优化，使房屋建筑结构设计的更加合理与舒适，提高房建整体质量。