建筑物抗震設(shè)計初探

鄭燕萍

【摘 要】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：計算設(shè)計和概念設(shè)計，將兩部分的設(shè)計相結(jié)合確保建筑物的整體受力情況能夠承受荷載的要求，建筑工程因設(shè)計導致負重結(jié)構(gòu)不同，因此要對桿件的受剪承載力進行精密計算和設(shè)計，提高建筑物自身的抗震性能等。本研究結(jié)合案例分析，說明了抗震計算的重要性，最大程度上確保建筑的整體的抗震性能。

【關(guān)鍵詞】 建筑物;抗震;設(shè)計;初探

一、抗震設(shè)計的基本原則

主要有以下幾個方面：以建筑反應(yīng)結(jié)構(gòu)性構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件交互作用為基礎(chǔ)，從工程受力體系角度出發(fā)來提高抗震設(shè)計方案的可行性;建筑工程因設(shè)計導致建筑物的負重結(jié)構(gòu)不同，因此要對桿件的受剪承載力進行精密計算和設(shè)計，提高和優(yōu)化建筑物自身的抗震性能;選擇強度高，密度小的建筑材料以削減自重，削減建筑物對地基的荷載，如選擇質(zhì)量非常好的鋼筋混凝土建筑材料;考慮建筑物的負重結(jié)構(gòu)要求，建筑物主體結(jié)構(gòu)的長和寬的兩個主軸方向做抗震處理，避免建筑物的剛度突變和塑性變形集中，選擇合理的建筑物的剛度和承載力分布，減小建筑物的柱的軸壓比增大柱截面，確保建筑豎向上的力能夠控制在合理的范圍以內(nèi)，在高層建筑設(shè)計時設(shè)置多條抗震防線;強調(diào)建筑物的概念設(shè)計，利用建筑物的概念設(shè)計和模型來進行分析設(shè)計來明確建筑物內(nèi)部的傳力途徑，提高建筑物的受力體系設(shè)計合理性;采用合適的剛度并在側(cè)向剛度方面需要保持均勻變化，平面設(shè)計規(guī)整可以盡量削減建筑物扭轉(zhuǎn)效應(yīng);加強建筑物的建筑結(jié)構(gòu)空間的統(tǒng)一性，考慮建筑物的結(jié)構(gòu)最大程度的側(cè)移度，合理處理高層建筑物中的非結(jié)構(gòu)件，將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)按照延性機構(gòu)設(shè)計;從抗震驗算及構(gòu)造措施等方面入手，將受力簡圖運用于力學模型和數(shù)學模型從而得到受力結(jié)果;力求強度、剛度和變形能力的統(tǒng)一，做好建筑物的薄弱部位的抗震處理，完善隔離及減震設(shè)計;在一定程度內(nèi)控制建筑物的高度和建筑物的寬度之比，均勻分布建筑物的縱墻與橫墻的位置與厚度，合理建筑物的設(shè)置構(gòu)造柱與圈梁的位置、數(shù)量與尺寸，合理設(shè)置建筑物的伸縮縫、沉降縫、防震縫的位置、數(shù)量與尺寸;通過挖掘建筑物所在地基的潛力來充分考慮地基所具有的穩(wěn)定性與程度，避開建筑物建設(shè)的不利地段，例如應(yīng)該避開一些地殼斷裂的區(qū)域，要盡量選擇密實度高，硬度強且較為均勻的土地結(jié)構(gòu)來作為建筑物的地基，要做好建筑物地基的基坑回填夯實，抗震設(shè)計報告內(nèi)容應(yīng)該全面并完整。

建筑物抗震構(gòu)架體的選取要注意的內(nèi)容有：平面結(jié)構(gòu)宜簡單、立面變化要均勻，矩形為最佳選擇方案之一;與抗震相關(guān)的一些參數(shù)計算中關(guān)鍵性的指標數(shù)據(jù)有：建筑結(jié)構(gòu)的位移比、層間化移角、建筑結(jié)構(gòu)的周期比等。

二、案例分析

第一個案例：某高層建筑的建筑層數(shù)為21層，地上18層，地下3層，建筑總高度72.7m，地下3層均為車庫，地上的一層和二層是商業(yè)裙房，主建筑體是21層寫字樓?？蚣?核心筒結(jié)構(gòu)，裙房是框架結(jié)構(gòu)，建筑的種別屬于一類建筑。主體使用年限是75年，地下室的防水等級是2級，防水混凝土抗?jié)B等級P8，屋面防水等級II，抗震烈度7。

高層建筑結(jié)構(gòu)的受力體系有兩部分組成：第一部分為核心筒（該核心筒又有四個小筒組成，連系梁連接四個小筒為一個大筒），第二部分為外框架，抗震方向一共有兩道，提升高層建筑結(jié)構(gòu)整體的承載能力以及抗側(cè)剛度，水平荷載帶來的傾覆M和L，第一部分為核心筒和第二部分為外框架共同承受，其中，和第二部分為外框架相比，核心筒來承受了更多的M和L。結(jié)構(gòu)設(shè)計師分成兩種情況來計算結(jié)構(gòu)：通過加設(shè)加強層和不設(shè)加強層，經(jīng)過對比選擇無加強層的設(shè)計方案，因為此方案滿足規(guī)范要求，不會產(chǎn)生內(nèi)力突變，同時剪力墻的配筋構(gòu)造也需要特別注意做相應(yīng)的加強處理。

結(jié)構(gòu)設(shè)計師借助ETABS和SATWE、則選擇10組地震記錄波和5組人工地震波，求得的平均值來指導建筑物的抗震設(shè)計。若建筑模擬場景為經(jīng)過大震，則需進行動力彈塑性的時程分析，最終確定采取的措施來修補大震后的建筑物。

第二個案例：臺北101（官方稱為臺北金融中心）有101層，高508米，位于臺北，常見地震和強臺風，是目前世界上最高的建筑。建筑物的高度，特殊的地理和環(huán)境條件，是結(jié)構(gòu)工程師面臨的最大挑戰(zhàn)之一。特別是它在地震或風力作用下的動態(tài)性能需要深入研究。該建筑的結(jié)構(gòu)是一個巨型框架系統(tǒng)，由鋼管混凝土（CFT）柱，鋼支撐芯和皮帶桁架組成，它們結(jié)合起來抵抗垂直和側(cè)向載荷。在這項抗震試驗中進行了振動臺試驗，以確定CFT柱和鋼構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系和有限元類型，以建立高層建筑的有限元（FE）模型。對超高層建筑的地震響應(yīng)進行了數(shù)值研究。采用臺北盆地產(chǎn)生的地震譜來計算內(nèi)柱力的橫向位移和分布。此外，彈性和非彈性地震響應(yīng)的時程分析使用表示地震事件的比例加速度圖，回歸期分別為50年，100年和950年。計算結(jié)果表明，具有巨型框架系統(tǒng)的超高層建筑具有較大的儲備強度，高層結(jié)構(gòu)可滿足嚴重地震事件下的設(shè)計要求。

在做建筑物的抗震設(shè)計時必然要遵照相干法律和法規(guī)條例、規(guī)章制度及與相關(guān)抗震設(shè)計的基本原則。為保證人們的生命安全，抗震概念設(shè)計是不可缺少的，本研究從工程受力體系方面、桿件的受剪承載力方面、建筑材料的優(yōu)化選擇方面、建筑物主體結(jié)構(gòu)負重方面、剛度和承載力分布方面、抗震驗算及構(gòu)造措施方面、建筑物的高度和寬度之比方面、概念設(shè)計和模型設(shè)計方面、考慮地基的穩(wěn)定性方面、抗震設(shè)計報告方面、抗震參數(shù)計算中關(guān)鍵性的指標數(shù)據(jù)等方面詳細介紹了抗震設(shè)計的基本原則。

參考文獻：

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