建筑物抗震设计初探

发表时间:2020/7/6   来源:《新纪实》2019年第8期   作者: 郑燕萍
[导读] 建筑结构设计包括:计算设计和概念设计,将两部分的设计相结合确保建筑物的整体受力情况能够承受荷载的要求,建筑工程因设计导致负重结构不同,因此要对杆件的受剪承载力进行精密计算和设计,提高建筑物自身的抗震性能等。本研究结合案例分析,说明了抗震计算的重要性,最大程度上确保建筑的整体的抗震性能。


        绍兴文理学院土木工程学院  浙江 绍兴  312000
       
        【摘要】建筑结构设计包括:计算设计和概念设计,将两部分的设计相结合确保建筑物的整体受力情况能够承受荷载的要求,建筑工程因设计导致负重结构不同,因此要对杆件的受剪承载力进行精密计算和设计,提高建筑物自身的抗震性能等。本研究结合案例分析,说明了抗震计算的重要性,最大程度上确保建筑的整体的抗震性能。
        【关键词】 建筑物;抗震;设计;初探
       
        一、抗震设计的基本原则
        主要有以下几个方面:以建筑反应结构性构件与非结构性构件交互作用为基础,从工程受力体系角度出发来提高抗震设计方案的可行性;建筑工程因设计导致建筑物的负重结构不同,因此要对杆件的受剪承载力进行精密计算和设计,提高和优化建筑物自身的抗震性能;选择强度高,密度小的建筑材料以削减自重,削减建筑物对地基的荷载,如选择质量非常好的钢筋混凝土建筑材料;考虑建筑物的负重结构要求,建筑物主体结构的长和宽的两个主轴方向做抗震处理,避免建筑物的刚度突变和塑性变形集中,选择合理的建筑物的刚度和承载力分布,减小建筑物的柱的轴压比增大柱截面,确保建筑竖向上的力能够控制在合理的范围以内,在高层建筑设计时设置多条抗震防线;强调建筑物的概念设计,利用建筑物的概念设计和模型来进行分析设计来明确建筑物内部的传力途径,提高建筑物的受力体系设计合理性;采用合适的刚度并在侧向刚度方面需要保持均匀变化,平面设计规整可以尽量削减建筑物扭转效应;加强建筑物的建筑结构空间的统一性,考虑建筑物的结构最大程度的侧移度,合理处理高层建筑物中的非结构件,将钢筋混凝土结构按照延性机构设计;从抗震验算及构造措施等方面入手,将受力简图运用于力学模型和数学模型从而得到受力结果;力求强度、刚度和变形能力的统一,做好建筑物的薄弱部位的抗震处理,完善隔离及减震设计;在一定程度内控制建筑物的高度和建筑物的宽度之比,均匀分布建筑物的纵墙与横墙的位置与厚度,合理建筑物的设置构造柱与圈梁的位置、数量与尺寸,合理设置建筑物的伸缩缝、沉降缝、防震缝的位置、数量与尺寸;通过挖掘建筑物所在地基的潜力来充分考虑地基所具有的稳定性与程度,避开建筑物建设的不利地段,例如应该避开一些地壳断裂的区域,要尽量选择密实度高,硬度强且较为均匀的土地结构来作为建筑物的地基,要做好建筑物地基的基坑回填夯实,抗震设计报告内容应该全面并完整。
        建筑物抗震构架体的选取要注意的内容有:平面结构宜简单、立面变化要均匀,矩形为最佳选择方案之一;与抗震相关的一些参数计算中关键性的指标数据有:建筑结构的位移比、层间化移角、建筑结构的周期比等。
        二、案例分析
        第一个案例:某高层建筑的建筑层数为21层,地上18层,地下3层,建筑总高度72.7m,地下3层均为车库,地上的一层和二层是商业裙房,主建筑体是21层写字楼。框架-核心筒结构,裙房是框架结构,建筑的种别属于一类建筑。

主体使用年限是75年,地下室的防水等级是2级,防水混凝土抗渗等级P8,屋面防水等级II,抗震烈度7。
        高层建筑结构的受力体系有两部分组成:第一部分为核心筒(该核心筒又有四个小筒组成,连系梁连接四个小筒为一个大筒),第二部分为外框架,抗震方向一共有两道,提升高层建筑结构整体的承载能力以及抗侧刚度,水平荷载带来的倾覆M和L,第一部分为核心筒和第二部分为外框架共同承受,其中,和第二部分为外框架相比,核心筒来承受了更多的M和L。结构设计师分成两种情况来计算结构:通过加设加强层和不设加强层,经过对比选择无加强层的设计方案,因为此方案满足规范要求,不会产生内力突变,同时剪力墙的配筋构造也需要特别注意做相应的加强处理。
        结构设计师借助ETABS和SATWE、则选择10组地震记录波和5组人工地震波,求得的平均值来指导建筑物的抗震设计。若建筑模拟场景为经过大震,则需进行动力弹塑性的时程分析,最终确定采取的措施来修补大震后的建筑物。
        第二个案例:台北101(官方称为台北金融中心)有101层,高508米,位于台北,常见地震和强台风,是目前世界上最高的建筑。建筑物的高度,特殊的地理和环境条件,是结构工程师面临的最大挑战之一。特别是它在地震或风力作用下的动态性能需要深入研究。该建筑的结构是一个巨型框架系统,由钢管混凝土(CFT)柱,钢支撑芯和皮带桁架组成,它们结合起来抵抗垂直和侧向载荷。在这项抗震试验中进行了振动台试验,以确定CFT柱和钢构件的本构关系和有限元类型,以建立高层建筑的有限元(FE)模型。对超高层建筑的地震响应进行了数值研究。采用台北盆地产生的地震谱来计算内柱力的横向位移和分布。此外,弹性和非弹性地震响应的时程分析使用表示地震事件的比例加速度图,回归期分别为50年,100年和950年。计算结果表明,具有巨型框架系统的超高层建筑具有较大的储备强度,高层结构可满足严重地震事件下的设计要求。
        在做建筑物的抗震设计时必然要遵照相干法律和法规条例、规章制度及与相关抗震设计的基本原则。为保证人们的生命安全,抗震概念设计是不可缺少的,本研究从工程受力体系方面、杆件的受剪承载力方面、建筑材料的优化选择方面、建筑物主体结构负重方面、刚度和承载力分布方面、抗震验算及构造措施方面、建筑物的高度和宽度之比方面、概念设计和模型设计方面、考虑地基的稳定性方面、抗震设计报告方面、抗震参数计算中关键性的指标数据等方面详细介绍了抗震设计的基本原则。
       
        参考文献:
        [1]郑荣.浅析房屋建筑结构设计中抗震设计的应用[J].工程技术:文摘版,2016,(11):38.
        [2]张晓松.抗震概念没计任建筑结构设计中的应用[J].建筑与装饰,2017(8).
       
        【作者简介】郑燕萍(2000),浙江杭州人,建筑学专业,本科。Email:13255718136@163.com。
        
       
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