建筑結構設計中的抗震設計探析

文/孔偉 山東雄獅建筑裝飾股份有限公司 山東滕州 277500

建筑結構設計中的抗震設計探析

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，雖然我國經濟發展程度正在不斷加大，但是由于各種自然災害問題的頻出，尤其是地震問題，造成我國人民的生命財產安全受到一定的威脅。地震災害的出現往往會帶來巨大的毀滅，但是這種災害問題是很難人為控制或者是預測的，所以很難從根本上防護這一問題。由此，有效的將抗震設計方法融入到建筑結構設計過程中，提升建筑的抗震性能，保證建筑的穩固程度，具有一定的現實意義，這也是當前具有一定的防護措施。

建筑；結構設計；抗震設計

1、引言

在目前人類面臨的自然災害當中,地震災害的破壞性是不容忽視的。地震的突發性強,可預報性卻相對較低,強烈地震對人身和財產造成的傷害和損失是巨大的。為了盡量減少建筑結構受到地震的影響,建筑設計師應該對建筑的抗震設計進行專門的研究和熟練的掌握,盡量使設計的建筑物符合抗震的要求,有效地降低地震給人們帶來的痛苦。

2、抗震設計在建筑結構設計中的重要性分析

在人類史上，發生的地震災害都造成了嚴重的人員傷亡和經濟損失，如唐山大地震、汶川地震等。隨著全球化、城市化發展進程的加快，許多國家、城市高層建筑的數量不斷的增加，城市人口密度也在不斷的增加，過多的人和財富都集中在一個區域，一旦該區域發生地震災害，其造成的人員傷亡和財產損失是不可估量的。地震是一種自然災害，現階段的科學技術手段并不能夠完全準確的預測地震災害的方法，并且也沒有相應有效的防止對策。針對地震這種不確定、危害性的大自然災害，世界各國的地震工程界都進行了深刻的反思——如何利用現有的抗震思想和技術降低地震給建筑帶來的損失。目前，全球90%以上的國家進行建筑抗震設計堅持的原則為“小震不破壞建筑結構、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用，在很大程度上提高了建筑結構的抗震性能。但是，在小、中地震災害發生時，會導致出現建筑部分結構功能喪失的現象，由于建筑內的技術裝備、裝飾等費用超過建筑結構本身的費用，其造成的經濟損失是不可估量的，由此可見加強建筑結構抗震設計的重要性。

3、建筑結構設計中的抗震設計

3.1工程概況

某塔樓總建筑面積為56000m2。標準層尺寸為40.9m×32.5m。塔樓地上42層，第1～5層為商業配套使用，20層及35層為避難設備層，其余樓層主要功能為住宅公寓；地下4層，主要功能為商業、停車庫及設備用房，建筑高度為192.700m。

根據規范，本工程的設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，結構重要性系數γo=1.0。抗震設防類別為標準設防類，抗震設防烈度為7度。設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。設計基本地震加速度值為0.10g，多遇地震水平地震影響系數最大值為0.08，反應譜特征周期Tg=0.35秒，阻尼比為0.05。根據地震安全性評價報告，小震規范反應譜小于安評報告提供的反應譜。因此，小震設計采用安評報告提供反應譜進行計算分析，中震、大震參數仍按照規范取用。

3.2結構選型與布置

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

3.2.2地下室結構。地下室核心筒底板厚3000mm，非核心筒區域底板厚1000mm，側壁厚度為600～800mm，頂板采用普通鋼筋混凝土梁板樓蓋。

3.2.3上部結構體系。由于本工程所處地區風荷載較大并起主導作用，因此滿足提高結構的抗側剛度是關鍵，所以綜合考慮，本工程采用框架-核心筒結構體系。

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大的抗側力剛度。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性能化設計

綜合考慮本工程地處7度區，且為超B級超限高層建筑，設定其結構總體按性能目標為C級。

中震階段的內力計算采用彈性方法，用SATWE 分別進行中震彈性設計、中震不屈服設計。經過對外框柱進行承載力分析，分析表明底部加強區的外框柱滿足中震彈性的要求，非底部加強區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。剪力墻構件底部加強區滿足中震抗拉不屈服、抗剪彈性要求，剪力墻無需配置型鋼。

大震階段的內力計算采用等效彈性方法，用SATWE 進行大震不屈服設計。大震不屈服設計結果表明：在大震作用下，外框柱未開裂，滿足性能化要求，墻體通過墻內鋼骨的調整，基本滿足大震墻體抗拉、抗剪性能設計要求。

綜合上述分析結果，本工程結構構件的抗震性能水準可達到預期的目標。

3.4加強措施

結構除了高度超限，其它不規則性整體不超限，因此核心筒可采用一級抗震等級，外框柱采用一級抗震等級。同時對底部加強區的關鍵豎向構件進行抗彎中震不屈服和抗剪中震彈性設計。最后對底部剪力墻進行大震的受拉受剪復核，以保證大震不倒的目標。

核心筒在底層厚度為900mm，底部加強區使用型鋼混凝土剪力墻，增加延性及滿足軸壓比要求。對底部加強區的關鍵剪力墻構件進行中震不屈服驗算，提高在中震作用下的抗拉及抗剪性能。

針對外框柱，除了滿足一級抗震等級的構造，同時保證大、中震達到較高的性能要求。在小震組合設計時還應滿足0.2V0的框架剪力調整，經調整后，外框柱的承載力進一步提高。

針對連梁，連梁構件是重要的耗能構件，設置鋼骨會使連梁的耗能性能減弱，因此設置連梁鋼骨的準則：保證風荷載作用下連梁構件不超筋，同時由于地震作用的引起超筋，連梁可以不專門設置鋼骨。

結語：

在建筑結構設計中，建筑物的結構抗震設計是整個建筑結構設計中最關鍵的設計位置之一。所以，在設計建筑結構時，設計人員一定要把建筑物的抗震能力放在關鍵的部位實施考慮。另外，在詳細施工的過程中，施工企業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產安全做出實質性的貢獻。

[1]徐培福,戴國瑩.超限高層建筑結構基于性能抗震設計的研究[J].土木工程學報,2005,(1):1-10.

[2]楊曉波,胡珊珊.建筑結構工程在抗震設計中的探索[J].蚌埠學院學報,2013,(2):5-8.