淺析工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化

肖 輝（湖南科創(chuàng)電力工程技術(shù)有限公司，湖南長沙410000）

淺析工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化

肖 輝（湖南科創(chuàng)電力工程技術(shù)有限公司，湖南長沙410000）

地震災(zāi)害會對工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，對建筑結(jié)構(gòu)用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響，因此，對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行優(yōu)化是極為重要的。基于此，本文主要對工民建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行分析，僅供參考。

工業(yè)與民用建筑；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

1 引言

對于民用建筑來說，良好的建筑結(jié)構(gòu)有利于保障用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，對于工業(yè)建筑來說，其是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的重要部分。良好的建筑抗震結(jié)構(gòu)可最大程度的減少自然災(zāi)害對人民生命健康和經(jīng)濟(jì)的破壞，因此，優(yōu)化建筑抗震設(shè)計(jì)對提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要意義。

2 工民建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的概述

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)時(shí)，為了確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足抗震性要求，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：①為了確保建筑在震后能及時(shí)修復(fù)，投入到使用中，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注重建筑結(jié)構(gòu)的剛性和彈塑性設(shè)計(jì)，避免剛性過大或彈塑性過強(qiáng)；②為了確保建筑結(jié)構(gòu)可安全度過后期多次的小型余震，不能過分追求建筑結(jié)構(gòu)的剛性；③為了防止發(fā)生集體住宅連帶性坍塌的現(xiàn)象，應(yīng)對住宅建筑進(jìn)行高延性的分體系設(shè)計(jì)。

建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)基本按照其抗震級別分為四類，具體內(nèi)容為：建筑抗震等級主要分為甲等、乙等、丙等和丁等，建筑的使用功能和其抗震性能具有直接聯(lián)系，比如一個(gè)甲等建筑物所在區(qū)域一般遭受5級地震，那么甲等建筑物所具備的抗震級別應(yīng)在6級左右，以此類推。

3 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的措施

3.1 合理選擇建筑結(jié)構(gòu)材料

合理科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)材料是提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵，在選取結(jié)構(gòu)材料的過程中，盡量選擇高韌性的熱軋鋼筋作為建筑結(jié)構(gòu)垂直方向的受力鋼筋，且要求鋼筋等級至少應(yīng)達(dá)到HRB335與HRB400，箍筋應(yīng)選擇HPB235級熱軋鋼筋。

3.2 設(shè)置多道抗震防線

抗震防線的設(shè)計(jì)主要目的在于加強(qiáng)建筑某部分豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，以提高建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和可靠性，因此，針對工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可通過設(shè)置多道抗震防線的措施來提高地震抵抗力的效果。若第一道防線由于地震產(chǎn)生的共振而受到損壞，可隨即設(shè)置第二道防線、第三道防線等。同時(shí)，針對鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大的話，可在防震縫兩側(cè)房屋的盡端設(shè)置于防震縫的抗撞墻，如圖1所示。

圖1 防震縫的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.3 增強(qiáng)建筑內(nèi)部對于內(nèi)力的分配作用

優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的目的主要是減小或消除地震的垂直應(yīng)力或水平應(yīng)力對建筑物所產(chǎn)生的影響，因此，建筑內(nèi)部做好對于內(nèi)力分配的設(shè)計(jì)，可從根本上達(dá)到抗震的要求。對于需要分配內(nèi)力的建筑內(nèi)部的墻和柱是處于同一平面的，若發(fā)生高強(qiáng)度地震，結(jié)構(gòu)首先發(fā)生的是彎曲破壞而不是剪切破壞，進(jìn)而起到良好的防震效果。

3.4 提高建筑結(jié)構(gòu)的延性

結(jié)構(gòu)延性主要是指結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的非彈性變形能力，其直接反映出了結(jié)構(gòu)的變形能力。一般情況下，在工民建筑結(jié)構(gòu)中，為了增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的延性的措施，可適當(dāng)采取以下措施：增設(shè)箍筋，確保建筑結(jié)構(gòu)縱向鋼筋不會受到局部受壓而導(dǎo)致穩(wěn)定性遭到破壞；合理控制受力鋼筋配筋率，將受壓鋼筋的數(shù)量控制在合理范圍內(nèi)等。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

某民用建筑所在場地的地震基本烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g，屬于抗震不利地段，建筑場地類別Ⅱ類，設(shè)計(jì)特征周期為0.45s。

4.2 結(jié)構(gòu)選型

本建筑抗震設(shè)防類別為丙等。本建筑主體部分采用核心筒結(jié)構(gòu)形式的鋼筋混凝土框架，具體做法為在建筑中部的電梯井筒及樓梯間四周布置抗震墻框筒，增加外框筒的柱距，減小梁的高度，周邊形成稀柱框架。參照規(guī)范抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，確定抗震等級框架為二級、核心筒為二級。

4.3 計(jì)算結(jié)果分析

（1）位移比。結(jié)合建筑所在的地理環(huán)境，來保證建筑結(jié)構(gòu)具備較高的可靠性和抗震等作用。該工程基于剛性樓板假定，X方向與Y方向最大層間位移與平均層間位移的比值分別為1.19（第26層1塔）、1.28（第26層1塔），屬于平面不規(guī)則中的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，位移比＞1.2，需對雙向地震作用進(jìn)行考慮。

（2）層間位移。計(jì)算過程中不將整體彎曲變形考慮在內(nèi)，X方向與Y方向低戰(zhàn)力作用下的樓層最大位移分別為：1/1055、1/829，且均小于1/800，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（3）剪重比。底層水平剪力與結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值比值：X方向與Y方向均為1.70%，抗震規(guī)范中明確規(guī)定樓層最小剪重比為1.60%，可見該建筑是滿足要求的。

（4）軸壓比?？拐鹨?guī)范6.3.6條規(guī)定核心筒框架在抗震等級為二級柱子的軸壓比限值為0.85，同時(shí)，若剪跨比≤2，且出現(xiàn)短柱時(shí)，軸壓比限值為0.80。以第4層框架柱KZ1為例，層高4.2m，與框架柱相連的框架梁梁高為80cm，柱子的截面尺寸為（100×110）cm，（4200-800）/1100=3.09＜4，這種情況下，柱子的軸壓比限值為0.80，滿足要求。

（5）周期比?？紤]扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的計(jì)算結(jié)果如表1所示：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1的比值為0.8322＜0.9；地震作用最大方向?yàn)?8.346度；X方向與Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)分別為99.02%、99.50%。

表1 考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的計(jì)算結(jié)果

4.4 穿層柱結(jié)構(gòu)抗震性能分析

本工程穿層柱長8.4m（H），根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.2.20條規(guī)定：

柱計(jì)算長度L=1.25×H=1.25×8.4=10.5m；

長細(xì)比L/b=10.5/1.1=9.55；

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.2.15表內(nèi)插得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.995，該框架抗震等級為二級。根據(jù)抗震規(guī)范表6.3.6柱軸壓比限值為λ=0.85，則穿層柱底部最大軸力滿足復(fù)核要求。

5 結(jié)語

綜上所述，工民建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工程，其抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量會對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生直接影響，因此，應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的具體特點(diǎn)，選用科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)方法，來提升工民建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能，以降低地震災(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)所造成的影響，從而促進(jìn)建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

TU352.11

A

2095-2066（2016）34-0176-02

2016-11-13

肖 輝（1986－），男，工程師，研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。