现代建筑抗震结构类型选择分析

关键词：地震；建筑抗震；建筑设计 

　　2013年4月20日8时02分四川省雅安市芦山县发生7.0级地震，这是继200年汶川8.0级大地震以后，我国再次发生的一次极具破坏性强，波及范围极广的地震。这次地震造成的惨重损失，再次唤醒了建筑业对现代建筑物抗震性能的重视。如何选择合理的抗震结构形式，成为了当前抗震建筑设计前期的重要课题。选择合理的结构形式，首先要了解现代建筑常见的结构形式。 

　　1 常见的建筑结构类型 

　　1.1 砖混结构。现代的砖混结构是由古代的以墙和柱承重的梁板结构发展而来的。砖混结构是以砖墙为主要建筑材料，以屋盖和楼板、圈梁、墙、构造柱以及基础等为结构构件，荷载通过板-梁-墙和构造柱-基础-地基形成传力路线的一种结构式。 

　　1.2 框架结构。框架结构是以钢筋混凝土或者钢为主要建筑材料，以屋盖和楼板、梁、柱以及基础等为结构构件，荷载通过板-梁-柱-基础-地基形成传力路线的一种结构形式。 

　　1.3 剪力墙结构。剪力墙结构在现代建筑中应用广泛，是由框架结构发展而来的一种结构形式。剪力墙结构是以钢筋混凝土为主要建筑材料，以屋盖和楼板、剪力墙以及基础等为结构构件，荷载通过板-剪力墙-基础-地基形成传力路线的一种结构形式。 

　　1.4 框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构综合了框架结构、剪力墙结构形成的一种的结构形式，它继承了两种结构各自的优点，在现代建筑中应用较为广泛。框架-剪力墙结构是以钢筋混凝土为主要建筑材料，以屋盖和楼板、剪力墙、梁、柱以及基础等为结构构件，荷载通过板-剪力墙（或者梁-柱）-基础-地基形成传力路线的一种结构形式。 

　　1.5 筒体结构。筒体结构包括了框架--核心筒和筒中筒结构。筒体结构也是以钢筋混凝土为主要建筑材料，以屋盖和楼盖、钢筋混凝土墙、梁、柱及基础等为结构构件，荷载通过板-钢筋混凝土墙（或者梁-柱）-基础-地基形成传力路线的一种结构形式。 

　　1.6 大跨度结构。大跨度结构是伴随着人类对室内空间的扩大需求而出现。包括现代的空间钢网架、钢桁架、悬索、预应力混凝土、壳体等类型。大跨度结构的主要建筑材料是钢筋混凝土、钢管、型钢、钢丝束、圆钢等，以屋盖和楼盖、大跨度结构、边缘结构（梁、短柱等）、柱及基础等为结构构件，荷载通过板-大跨度结构-边缘结构-柱-基础-地基形成传力路线的一种结构形式。 

　　1.7 其他结构形式。除以上几种结构形式外，还有一些较新型的结构类型，在最近20年越来越多的应用，包括：钢-混凝土混合结构、索张拉结构、索穹顶结构、膜结构和高效预应力结构等。 

　　2 各类结构形式的特点、抗震性能与应用 

　　各种类型的结构各不相同，在选择时必须遵循两个规律：一是符合力学的逻辑性；二是不同的结构形式应与不同的建筑空间相适宜。因此，在进行抗震结构选择时，掌握各种结构形式的特性，使之更好地为空间服务。 

　　2.1 砖混结构。这种结构形式最大的特点是：墙体即需要分隔内部使用空间，又是承担屋面和其他荷载。这种结构形式因不能自由地分隔空间而具有局限性，限制了空间组合的自由度，致使某些功能要求复杂、造型复杂的建筑，不宜采取这一结构形式。其抗震性能较弱，但是由于其造价较低，这种结构形式的建筑存在的数量大，分布范围广，在一些设防烈度较高的地区大量存在。 

　　2.2 框架结构。框架结构的特点可以用建筑大师勒·柯布西耶提出的“新建筑五点”来进行概况：一是底层的独立支柱，底层透空；二是平顶、屋顶花园；三是骨架结构内部平面布局灵活；四是骨架结构使得立面设计自由；五是横向长窗。由于框架结构自身重量轻，能有效地减小地震作用。框架结构也使得建筑可以修筑得更为高大，建筑的造型更加丰富多变。 

　　2.3 剪力墙结构与建筑空间。剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，这种结构能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力。钢筋混凝土墙板能承受竖向和水平力，与框架结构相比，它的刚度很大，空间整体性好，在地震作用下结构位移小，同时在房间内不外露梁、柱楞角，便于室内布置，方便使用。剪力墙结构抗震性能优越，适宜在高层（10 层及10 层以上的居住建筑或高度超过24米的建筑）房屋中运用。 

　　2.4 框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙，有相当大的刚度。框剪结构能够综合框架结构和剪力墙结构的优点，经济性较好。框架—剪力墙结构在多层与高层建筑如商场、住宅、公寓、办公、酒店等中广泛采用。 

　　2.5 筒体结构。筒体结构由框架或剪力墙组合成钢筋混凝土竖向井筒，并以各层楼板将井筒的四壁连接起来。这样的结构形式产生的刚度比剪力墙结构大得多。其内部具有较大的空间，而且布置较为灵活，内部分隔所受限制较少。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。如果将若干筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。 

　　2.6 大跨度结构。大跨度结构形式丰富多样，现代建筑中主要应用在抗震建筑中的有以下几种： 

　　2.6.1 空间钢网架结构造型多样，在工厂进行预制，现场安装，结构自重轻，刚度大，抗震性能良好，同时钢网架结构的平面布置灵活，建筑的造型轻巧多变化，便于进行装饰。 

　　2.6.2 钢桁架结构是一种格构化的结构形式，桁架相当于一根跨度很大的梁，能够创造出很大的室内空间，桁架本身具有一定高度，所以适用于层高较高的空间，适用于做屋顶结构 

　　2.6.3 悬索结构由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构，悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工，悬索结构的建筑造型往往显的宏伟大气，适合在一些大型的公共建筑中应用 

　　2.6.4 预应力混凝土结构是使混凝土在荷载作用前预先受压的一种结构，预应力用张拉高强度钢筋或钢丝的方法产生，常用的方法有先张法和后张法两种，预应力混凝土结构创造出了大空间，随着跨度的增大梁的高度增加，此种结构的自重较前面介绍的大跨度结构重，虽然抗压强度高，但是抗拉强度低，施工中应该注意预防混凝土的开裂和钢筋的锈蚀。 

　　2.6.5 壳体结构是由曲面板材和边缘结构（梁、桁架或拱等）组成的空间结构，具有很好的空间传力性能，能以较小的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构，能覆盖或围护大跨度的空间而不需中间支柱，能兼承重结构和围护结构的双重作用，从而节约结构材料。大跨度结构广泛的应用于大型的公用建筑和工业建筑中，前景广阔。 

　　3 结语 

　　由于经济性的考虑，建筑设计过程中不可避免的会在不同结构体系中进行选择和取舍，有时会选用几种结构体系中抗震性能较低的一种结构体系来满足成本、造价。因此，建筑设计中应充分考虑每一种结构体系的抗震优缺点，在方案阶段就对结构体系有一个较深的思考，无议于是最佳的举措，使抗震一开始便处于有利于的位置。 

　　参考文献 

　　[1] 刘建荣编.高层建筑设计与技术[M].中国建筑工业出版社，2005.