現(xiàn)代建筑抗震結(jié)構(gòu)類型選擇分析

黃麗萍

摘 要：文章通過介紹現(xiàn)代建筑的抗震結(jié)構(gòu)的形式，對比各類結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用情況，進(jìn)一步為建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了選型依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地震；建筑抗震；建筑設(shè)計(jì)

2013年4月20日8時(shí)02分四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級地震，這是繼200年汶川8.0級大地震以后，我國再次發(fā)生的一次極具破壞性強(qiáng)，波及范圍極廣的地震。這次地震造成的慘重?fù)p失，再次喚醒了建筑業(yè)對現(xiàn)代建筑物抗震性能的重視。如何選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)形式，成為了當(dāng)前抗震建筑設(shè)計(jì)前期的重要課題。選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，首先要了解現(xiàn)代建筑常見的結(jié)構(gòu)形式。

1 常見的建筑結(jié)構(gòu)類型

1.1 磚混結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代的磚混結(jié)構(gòu)是由古代的以墻和柱承重的梁板結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的。磚混結(jié)構(gòu)是以磚墻為主要建筑材料，以屋蓋和樓板、圈梁、墻、構(gòu)造柱以及基礎(chǔ)等為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，荷載通過板-梁-墻和構(gòu)造柱-基礎(chǔ)-地基形成傳力路線的一種結(jié)構(gòu)式。

1.2 框架結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)是以鋼筋混凝土或者鋼為主要建筑材料，以屋蓋和樓板、梁、柱以及基礎(chǔ)等為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，荷載通過板-梁-柱-基礎(chǔ)-地基形成傳力路線的一種結(jié)構(gòu)形式。

1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用廣泛，是由框架結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的一種結(jié)構(gòu)形式。剪力墻結(jié)構(gòu)是以鋼筋混凝土為主要建筑材料，以屋蓋和樓板、剪力墻以及基礎(chǔ)等為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，荷載通過板-剪力墻-基礎(chǔ)-地基形成傳力路線的一種結(jié)構(gòu)形式。

1.4 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)綜合了框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)形成的一種的結(jié)構(gòu)形式，它繼承了兩種結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用較為廣泛。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是以鋼筋混凝土為主要建筑材料，以屋蓋和樓板、剪力墻、梁、柱以及基礎(chǔ)等為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，荷載通過板-剪力墻（或者梁-柱）-基礎(chǔ)-地基形成傳力路線的一種結(jié)構(gòu)形式。

1.5 筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)包括了框架--核心筒和筒中筒結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)也是以鋼筋混凝土為主要建筑材料，以屋蓋和樓蓋、鋼筋混凝土墻、梁、柱及基礎(chǔ)等為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，荷載通過板-鋼筋混凝土墻（或者梁-柱）-基礎(chǔ)-地基形成傳力路線的一種結(jié)構(gòu)形式。

1.6 大跨度結(jié)構(gòu)。大跨度結(jié)構(gòu)是伴隨著人類對室內(nèi)空間的擴(kuò)大需求而出現(xiàn)。包括現(xiàn)代的空間鋼網(wǎng)架、鋼桁架、懸索、預(yù)應(yīng)力混凝土、殼體等類型。大跨度結(jié)構(gòu)的主要建筑材料是鋼筋混凝土、鋼管、型鋼、鋼絲束、圓鋼等，以屋蓋和樓蓋、大跨度結(jié)構(gòu)、邊緣結(jié)構(gòu)（梁、短柱等）、柱及基礎(chǔ)等為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，荷載通過板-大跨度結(jié)構(gòu)-邊緣結(jié)構(gòu)-柱-基礎(chǔ)-地基形成傳力路線的一種結(jié)構(gòu)形式。

1.7 其他結(jié)構(gòu)形式。除以上幾種結(jié)構(gòu)形式外，還有一些較新型的結(jié)構(gòu)類型，在最近20年越來越多的應(yīng)用，包括：鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)、索張拉結(jié)構(gòu)、索穹頂結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)和高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)等。

2 各類結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)、抗震性能與應(yīng)用

各種類型的結(jié)構(gòu)各不相同，在選擇時(shí)必須遵循兩個(gè)規(guī)律：一是符合力學(xué)的邏輯性；二是不同的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與不同的建筑空間相適宜。因此，在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)選擇時(shí)，掌握各種結(jié)構(gòu)形式的特性，使之更好地為空間服務(wù)。

2.1 磚混結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)形式最大的特點(diǎn)是：墻體即需要分隔內(nèi)部使用空間，又是承擔(dān)屋面和其他荷載。這種結(jié)構(gòu)形式因不能自由地分隔空間而具有局限性，限制了空間組合的自由度，致使某些功能要求復(fù)雜、造型復(fù)雜的建筑，不宜采取這一結(jié)構(gòu)形式。其抗震性能較弱，但是由于其造價(jià)較低，這種結(jié)構(gòu)形式的建筑存在的數(shù)量大，分布范圍廣，在一些設(shè)防烈度較高的地區(qū)大量存在。

2.2 框架結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可以用建筑大師勒·柯布西耶提出的“新建筑五點(diǎn)”來進(jìn)行概況：一是底層的獨(dú)立支柱，底層透空；二是平頂、屋頂花園；三是骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部平面布局靈活；四是骨架結(jié)構(gòu)使得立面設(shè)計(jì)自由；五是橫向長窗。由于框架結(jié)構(gòu)自身重量輕，能有效地減小地震作用。框架結(jié)構(gòu)也使得建筑可以修筑得更為高大，建筑的造型更加豐富多變。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)與建筑空間。剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，這種結(jié)構(gòu)能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力。鋼筋混凝土墻板能承受豎向和水平力，與框架結(jié)構(gòu)相比，它的剛度很大，空間整體性好，在地震作用下結(jié)構(gòu)位移小，同時(shí)在房間內(nèi)不外露梁、柱楞角，便于室內(nèi)布置，方便使用。剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)越，適宜在高層（10 層及10 層以上的居住建筑或高度超過24米的建筑）房屋中運(yùn)用。

2.4 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)也稱框剪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，構(gòu)成靈活自由的使用空間，滿足不同建筑功能的要求，同樣又有足夠的剪力墻，有相當(dāng)大的剛度。框剪結(jié)構(gòu)能夠綜合框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性較好。框架—剪力墻結(jié)構(gòu)在多層與高層建筑如商場、住宅、公寓、辦公、酒店等中廣泛采用。

2.5 筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)由框架或剪力墻組合成鋼筋混凝土豎向井筒，并以各層樓板將井筒的四壁連接起來。這樣的結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生的剛度比剪力墻結(jié)構(gòu)大得多。其內(nèi)部具有較大的空間，而且布置較為靈活，內(nèi)部分隔所受限制較少。筒中筒結(jié)構(gòu)體系具有更大的整體性與側(cè)向剛度，因此適用于高度很大的建筑。如果將若干筒體組合成成組筒結(jié)構(gòu)體系，則側(cè)向剛度更大，可適用于特別高的超高層建筑。

2.6 大跨度結(jié)構(gòu)。大跨度結(jié)構(gòu)形式豐富多樣，現(xiàn)代建筑中主要應(yīng)用在抗震建筑中的有以下幾種：

2.6.1 空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)造型多樣，在工廠進(jìn)行預(yù)制，現(xiàn)場安裝，結(jié)構(gòu)自重輕，剛度大，抗震性能良好，同時(shí)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的平面布置靈活，建筑的造型輕巧多變化，便于進(jìn)行裝飾。

2.6.2 鋼桁架結(jié)構(gòu)是一種格構(gòu)化的結(jié)構(gòu)形式，桁架相當(dāng)于一根跨度很大的梁，能夠創(chuàng)造出很大的室內(nèi)空間，桁架本身具有一定高度，所以適用于層高較高的空間，適用于做屋頂結(jié)構(gòu)

2.6.3 懸索結(jié)構(gòu)由柔性受拉索及其邊緣構(gòu)件所形成的承重結(jié)構(gòu)，懸索結(jié)構(gòu)能充分利用高強(qiáng)材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工，懸索結(jié)構(gòu)的建筑造型往往顯的宏偉大氣，適合在一些大型的公共建筑中應(yīng)用

2.6.4 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是使混凝土在荷載作用前預(yù)先受壓的一種結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力用張拉高強(qiáng)度鋼筋或鋼絲的方法產(chǎn)生，常用的方法有先張法和后張法兩種，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出了大空間，隨著跨度的增大梁的高度增加，此種結(jié)構(gòu)的自重較前面介紹的大跨度結(jié)構(gòu)重，雖然抗壓強(qiáng)度高，但是抗拉強(qiáng)度低，施工中應(yīng)該注意預(yù)防混凝土的開裂和鋼筋的銹蝕。

2.6.5 殼體結(jié)構(gòu)是由曲面板材和邊緣結(jié)構(gòu)（梁、桁架或拱等）組成的空間結(jié)構(gòu)，具有很好的空間傳力性能，能以較小的構(gòu)件厚度形成承載能力高、剛度大的承重結(jié)構(gòu)，能覆蓋或圍護(hù)大跨度的空間而不需中間支柱，能兼承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的雙重作用，從而節(jié)約結(jié)構(gòu)材料。大跨度結(jié)構(gòu)廣泛的應(yīng)用于大型的公用建筑和工業(yè)建筑中，前景廣闊。

3 結(jié)語

由于經(jīng)濟(jì)性的考慮，建筑設(shè)計(jì)過程中不可避免的會在不同結(jié)構(gòu)體系中進(jìn)行選擇和取舍，有時(shí)會選用幾種結(jié)構(gòu)體系中抗震性能較低的一種結(jié)構(gòu)體系來滿足成本、造價(jià)。因此，建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮每一種結(jié)構(gòu)體系的抗震優(yōu)缺點(diǎn)，在方案階段就對結(jié)構(gòu)體系有一個(gè)較深的思考，無議于是最佳的舉措，使抗震一開始便處于有利于的位置。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉建榮編.高層建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2005.