建筑物抗震設計初探

鄭燕萍

【摘 要】建筑結構設計包括：計算設計和概念設計，將兩部分的設計相結合確保建筑物的整體受力情況能夠承受荷載的要求，建筑工程因設計導致負重結構不同，因此要對桿件的受剪承載力進行精密計算和設計，提高建筑物自身的抗震性能等。本研究結合案例分析，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。

【關鍵詞】 建筑物;抗震;設計;初探

一、抗震設計的基本原則

主要有以下幾個方面：以建筑反應結構性構件與非結構性構件交互作用為基礎，從工程受力體系角度出發來提高抗震設計方案的可行性;建筑工程因設計導致建筑物的負重結構不同，因此要對桿件的受剪承載力進行精密計算和設計，提高和優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，如選擇質量非常好的鋼筋混凝土建筑材料;考慮建筑物的負重結構要求，建筑物主體結構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，在高層建筑設計時設置多條抗震防線;強調建筑物的概念設計，利用建筑物的概念設計和模型來進行分析設計來明確建筑物內部的傳力途徑，提高建筑物的受力體系設計合理性;采用合適的剛度并在側向剛度方面需要保持均勻變化，平面設計規整可以盡量削減建筑物扭轉效應;加強建筑物的建筑結構空間的統一性，考慮建筑物的結構最大程度的側移度，合理處理高層建筑物中的非結構件，將鋼筋混凝土結構按照延性機構設計;從抗震驗算及構造措施等方面入手，將受力簡圖運用于力學模型和數學模型從而得到受力結果;力求強度、剛度和變形能力的統一，做好建筑物的薄弱部位的抗震處理，完善隔離及減震設計;在一定程度內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，合理建筑物的設置構造柱與圈梁的位置、數量與尺寸，合理設置建筑物的伸縮縫、沉降縫、防震縫的位置、數量與尺寸;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定性與程度，避開建筑物建設的不利地段，例如應該避開一些地殼斷裂的區域，要盡量選擇密實度高，硬度強且較為均勻的土地結構來作為建筑物的地基，要做好建筑物地基的基坑回填夯實，抗震設計報告內容應該全面并完整。

建筑物抗震構架體的選取要注意的內容有：平面結構宜簡單、立面變化要均勻，矩形為最佳選擇方案之一;與抗震相關的一些參數計算中關鍵性的指標數據有：建筑結構的位移比、層間化移角、建筑結構的周期比等。

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裙房，主建筑體是21層寫字樓。框架-核心筒結構，裙房是框架結構，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，防水混凝土抗滲等級P8，屋面防水等級II，抗震烈度7。

高層建筑結構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，提升高層建筑結構整體的承載能力以及抗側剛度，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。結構設計師分成兩種情況來計算結構：通過加設加強層和不設加強層，經過對比選擇無加強層的設計方案，因為此方案滿足規范要求，不會產生內力突變，同時剪力墻的配筋構造也需要特別注意做相應的加強處理。

結構設計師借助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計。若建筑模擬場景為經過大震，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，特殊的地理和環境條件，是結構工程師面臨的最大挑戰之一。特別是它在地震或風力作用下的動態性能需要深入研究。該建筑的結構是一個巨型框架系統，由鋼管混凝土（CFT）柱，鋼支撐芯和皮帶桁架組成，它們結合起來抵抗垂直和側向載荷。在這項抗震試驗中進行了振動臺試驗，以確定CFT柱和鋼構件的本構關系和有限元類型，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進行了數值研究。采用臺北盆地產生的地震譜來計算內柱力的橫向位移和分布。此外，彈性和非彈性地震響應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。計算結果表明，具有巨型框架系統的超高層建筑具有較大的儲備強度，高層結構可滿足嚴重地震事件下的設計要求。

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

參考文獻：

[1]鄭榮.淺析房屋建筑結構設計中抗震設計的應用[J].工程技術：文摘版，2016，（11）：38.

[2]張曉松.抗震概念沒計任建筑結構設計中的應用[J].建筑與裝飾，2017（8）.