建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)探析

文/孔偉 山東雄獅建筑裝飾股份有限公司 山東滕州 277500

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)探析

文/孔偉 山東雄獅建筑裝飾股份有限公司 山東滕州 277500

近年來(lái)，雖然我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度正在不斷加大，但是由于各種自然災(zāi)害問(wèn)題的頻出，尤其是地震問(wèn)題，造成我國(guó)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到一定的威脅。地震災(zāi)害的出現(xiàn)往往會(huì)帶來(lái)巨大的毀滅，但是這種災(zāi)害問(wèn)題是很難人為控制或者是預(yù)測(cè)的，所以很難從根本上防護(hù)這一問(wèn)題。由此，有效的將抗震設(shè)計(jì)方法融入到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，提升建筑的抗震性能，保證建筑的穩(wěn)固程度，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，這也是當(dāng)前具有一定的防護(hù)措施。

建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)

1、引言

在目前人類面臨的自然災(zāi)害當(dāng)中,地震災(zāi)害的破壞性是不容忽視的。地震的突發(fā)性強(qiáng),可預(yù)報(bào)性卻相對(duì)較低,強(qiáng)烈地震對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)造成的傷害和損失是巨大的。為了盡量減少建筑結(jié)構(gòu)受到地震的影響,建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該對(duì)建筑的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行專門(mén)的研究和熟練的掌握,盡量使設(shè)計(jì)的建筑物符合抗震的要求,有效地降低地震給人們帶來(lái)的痛苦。

2、抗震設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性分析

在人類史上，發(fā)生的地震災(zāi)害都造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，如唐山大地震、汶川地震等。隨著全球化、城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，許多國(guó)家、城市高層建筑的數(shù)量不斷的增加，城市人口密度也在不斷的增加，過(guò)多的人和財(cái)富都集中在一個(gè)區(qū)域，一旦該區(qū)域發(fā)生地震災(zāi)害，其造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失是不可估量的。地震是一種自然災(zāi)害，現(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)手段并不能夠完全準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)地震災(zāi)害的方法，并且也沒(méi)有相應(yīng)有效的防止對(duì)策。針對(duì)地震這種不確定、危害性的大自然災(zāi)害，世界各國(guó)的地震工程界都進(jìn)行了深刻的反思——如何利用現(xiàn)有的抗震思想和技術(shù)降低地震給建筑帶來(lái)的損失。目前，全球90%以上的國(guó)家進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)堅(jiān)持的原則為“小震不破壞建筑結(jié)構(gòu)、中震建筑可加固、大震建筑不倒”，該抗震原則的廣泛推廣和應(yīng)用，在很大程度上提高了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。但是，在小、中地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)建筑部分結(jié)構(gòu)功能喪失的現(xiàn)象，由于建筑內(nèi)的技術(shù)裝備、裝飾等費(fèi)用超過(guò)建筑結(jié)構(gòu)本身的費(fèi)用，其造成的經(jīng)濟(jì)損失是不可估量的，由此可見(jiàn)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性。

3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

3.1工程概況

某塔樓總建筑面積為56000m2。標(biāo)準(zhǔn)層尺寸為40.9m×32.5m。塔樓地上42層，第1～5層為商業(yè)配套使用，20層及35層為避難設(shè)備層，其余樓層主要功能為住宅公寓；地下4層，主要功能為商業(yè)、停車(chē)庫(kù)及設(shè)備用房，建筑高度為192.700m。

根據(jù)規(guī)范，本工程的設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γo=1.0?？拐鹪O(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為7度。設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，反應(yīng)譜特征周期Tg=0.35秒，阻尼比為0.05。根據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，小震規(guī)范反應(yīng)譜小于安評(píng)報(bào)告提供的反應(yīng)譜。因此，小震設(shè)計(jì)采用安評(píng)報(bào)告提供反應(yīng)譜進(jìn)行計(jì)算分析，中震、大震參數(shù)仍按照規(guī)范取用。

3.2結(jié)構(gòu)選型與布置

3.2.1基礎(chǔ)類型。根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，主要為豎向承壓控制，本工程采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖層，入巖深度2.0m，樁端持力層天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為18MPa。樁長(zhǎng)約為9.5m～18.5m。

3.2.2地下室結(jié)構(gòu)。地下室核心筒底板厚3000mm，非核心筒區(qū)域底板厚1000mm，側(cè)壁厚度為600～800mm，頂板采用普通鋼筋混凝土梁板樓蓋。

3.2.3上部結(jié)構(gòu)體系。由于本工程所處地區(qū)風(fēng)荷載較大并起主導(dǎo)作用，因此滿足提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度是關(guān)鍵，所以綜合考慮，本工程采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。

外框架體系將作為有效承重體系，大部分豎向荷載通過(guò)軸力的方式向下傳送，而混凝土核心筒除了承受豎向荷載外，其主要功能是提供了強(qiáng)大的抗側(cè)力剛度。外框柱采用型鋼混凝土柱，提高了外框架的延性，同時(shí)提高承載力，有效的減小了截面尺寸，提高了建筑使用效率。

3.3性能化設(shè)計(jì)

綜合考慮本工程地處7度區(qū)，且為超B級(jí)超限高層建筑，設(shè)定其結(jié)構(gòu)總體按性能目標(biāo)為C級(jí)。

中震階段的內(nèi)力計(jì)算采用彈性方法，用SATWE 分別進(jìn)行中震彈性設(shè)計(jì)、中震不屈服設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)對(duì)外框柱進(jìn)行承載力分析，分析表明底部加強(qiáng)區(qū)的外框柱滿足中震彈性的要求，非底部加強(qiáng)區(qū)的外框柱滿足中震不屈服的承載力要求。外框柱在中震作用下不存在拉力。剪力墻構(gòu)件底部加強(qiáng)區(qū)滿足中震抗拉不屈服、抗剪彈性要求，剪力墻無(wú)需配置型鋼。

大震階段的內(nèi)力計(jì)算采用等效彈性方法，用SATWE 進(jìn)行大震不屈服設(shè)計(jì)。大震不屈服設(shè)計(jì)結(jié)果表明：在大震作用下，外框柱未開(kāi)裂，滿足性能化要求，墻體通過(guò)墻內(nèi)鋼骨的調(diào)整，基本滿足大震墻體抗拉、抗剪性能設(shè)計(jì)要求。

綜合上述分析結(jié)果，本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能水準(zhǔn)可達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

3.4加強(qiáng)措施

結(jié)構(gòu)除了高度超限，其它不規(guī)則性整體不超限，因此核心筒可采用一級(jí)抗震等級(jí)，外框柱采用一級(jí)抗震等級(jí)。同時(shí)對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)的關(guān)鍵豎向構(gòu)件進(jìn)行抗彎中震不屈服和抗剪中震彈性設(shè)計(jì)。最后對(duì)底部剪力墻進(jìn)行大震的受拉受剪復(fù)核，以保證大震不倒的目標(biāo)。

核心筒在底層厚度為900mm，底部加強(qiáng)區(qū)使用型鋼混凝土剪力墻，增加延性及滿足軸壓比要求。對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)的關(guān)鍵剪力墻構(gòu)件進(jìn)行中震不屈服驗(yàn)算，提高在中震作用下的抗拉及抗剪性能。

針對(duì)外框柱，除了滿足一級(jí)抗震等級(jí)的構(gòu)造，同時(shí)保證大、中震達(dá)到較高的性能要求。在小震組合設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)滿足0.2V0的框架剪力調(diào)整，經(jīng)調(diào)整后，外框柱的承載力進(jìn)一步提高。

針對(duì)連梁，連梁構(gòu)件是重要的耗能構(gòu)件，設(shè)置鋼骨會(huì)使連梁的耗能性能減弱，因此設(shè)置連梁鋼骨的準(zhǔn)則：保證風(fēng)荷載作用下連梁構(gòu)件不超筋，同時(shí)由于地震作用的引起超筋，連梁可以不專門(mén)設(shè)置鋼骨。

結(jié)語(yǔ)：

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)位置之一。所以，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員一定要把建筑物的抗震能力放在關(guān)鍵的部位實(shí)施考慮。另外，在詳細(xì)施工的過(guò)程中，施工企業(yè)也要使用合理的方法，盡量提升建筑物的抗震能力，從而為保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全做出實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)。

[1]徐培福,戴國(guó)瑩.超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2005,(1):1-10.

[2]楊曉波,胡珊珊.建筑結(jié)構(gòu)工程在抗震設(shè)計(jì)中的探索[J].蚌埠學(xué)院學(xué)報(bào),2013,(2):5-8.