建筑结构抗震性能设计探究

建筑结构抗震性能设计探究

发表时间：2019-02-28T15:03:59.153Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：黄世文

[导读] 摘要：抗震性能设计是建筑结构设计的重要内容，对建筑结构安全有直接影响。

清远市城乡规划设计院清远市清城区 511500

摘要：抗震性能设计是建筑结构设计的重要内容，对建筑结构安全有直接影响。本文首先对建筑结构抗震性能设计要点进行分析，包括建筑抗震设计目标和抗震性能要求等。在此基础上，结合某建筑工程案例，具体研究建筑结构抗震设计方法，主要研究内容包括主体结构设计、基础选型、结构超限分析、大震弹塑性计算、抗震加固措施等，以期为相关工程提供参考。

关键字：建筑结构；抗震性能；设计策略

前言：地震是一种常见的自然灾害现象，会对建筑结构产生较大的破坏作用力。因此，在建筑设计之初，就需要充分考虑建筑结构的抗震需求，按照当地的地震灾害发生情况以及建筑等级的抗震设计要求，确保建筑结构的安全性。在具体设计过程中，则需要充分收集相关资料，并准确进行计算分析，确保建筑抗震设计的合理性。总体而言，有必要对建筑抗震设计进行研究，明确其设计要点及具体设计方法。

一、建筑结构抗震性能设计要点

（一）设计目标

在发生地震灾害的过程中，地壳快速释放具有破坏作用的地震能量，会引起地表振动，具有突发性和破坏性。建筑结构抗震设计的目的就是提升建筑结构自身强度和稳定性，从而在受到地震作用影响时，能够将破坏程度降至最低，避免引发结构坍塌、倾覆等严重问题。在工程实践中，需要同时满足工程设计要求和相关标准规范的要求。并将国家和行业制定的标准规范，作为建筑抗震设计依据，由资质合格的设计单位负责制定具体的抗震设计方案。同时，建筑抗震设计还要考虑工程的可操作性，充分开展地质勘察及周边环境调查等工作。分析静态地质状态下的地震变化情况，提升建筑抗震性能，为居住者的生命财产安全提供保障[1]。

（二）抗震性能要求

在实际工程中，建筑结构抗震性能会受多方面因素影响，需要全方位满足结构承载力、结构强度、结构损伤等方面的要求。首先从结构承载力方面来看，一般采用惯性力分析地震作用，判断建筑结构的构件强度，分析在极限状态下，是否会对建筑使用功能造成影响。同时也需要在极限状态下分析建筑的受力变化情况，判断受破坏的构件是否可以修复。一般情况下，如果建筑结构抗侧力和竖向重力荷载能够满足要求，就不会在抗震设防等级下出现大面积坍塌现象。此外，在设计过程中也要研究地震输入能量与结构之间的消能关系，比如地震能力是否能够被建筑结构和阻尼所消耗，从而判断建筑结构是否安全。结构总能耗与地震运动输入的平衡关系为EK+ED+ES=EEQ，其中，EK为结构体系功能，ED为阻尼能耗，ES为体系变形，EEQ为地震输入能量。最后，还要确保地震损伤指数符合要求，如表1所示。

表1 建筑结构地震损伤性能指标

二、建筑结构抗震性能设计的案例分析

（一）主体结构设计及基础选型

某建筑工程为综合建筑，建筑总面积为16.8万m2，抗震设防烈度为7度。在具体的设计过程中，首先要将抗震设计与主体结构设计、基础选型联系起来。该工程建筑的高宽比为6.4，主体结构采用钢筋混凝土剪力墙结构，裙楼采用框架结构，包括局部的框支转换结构和大跨度结构。建筑楼盖采用钢筋混凝土梁结构，地下室的顶板为嵌固层。由于该工程的地形条件较为复杂，在前期准备阶段，通过全面搜集勘察资料，并对超高层墙柱荷载进行分析，决定采用混凝土灌注桩基础。在抗震设计过程中，需要确保各部分结构均能满足小震、中震、大震中的抗震性能要求[2]。

（二）结构超限情况分析

由于该工程存在高度超限建筑，需要充分考虑楼板和构件不连续的问题，在建筑结构体系设计过程中，合理进行布局，对超限情况进行分析。最终给确定结构抗震性能的设计目标为C级。在小震作用下，底部加强区的剪力墙及关键构件、转换梁和转换柱、上部剪力墙、框架梁和框架柱等，都需要满足弹性要求。在中震作用下，各部分结构要满足抗弯不屈服、抗剪弹性要求。在大震作用下，底部加强区剪力墙和转换梁、转换柱，也要满足部分抗弯屈服和抗剪不屈服要求。上部剪力墙的框架柱应满足部分抗弯屈服要求，并满足抗剪截面验算。框架梁和连梁则要满足大部分屈服要求。根据建筑结构超限情况和具体抗震设计要求，开展相关计算分析工作。

（三）大震弹塑性计算

在工程抗抗震设计计算分析过程中，需要对单塔和多塔进行弹性计算，根据平扭耦联、双向地震作用和偶然偏心地震作用等参数，对结构抗震性能是否满足要求进行分析。在上述工程的分析过程中发现，底部部分楼层剪重比未达到设计要求，应该增加计算振型数、地震剪力系数。在计算过程中，选取5组天然波、2组人工波，开展补充弹性时程计算分析。其中，地震波最小峰值的加速度为36cm/s2，其持续时间符合要求。得到的前三周期平均地震影响系数、反应谱结构等，误差均小于20%。在中震和大震弹性计算分析过程中，需要综合考虑结构阻尼比和连梁刚度折减等方面的因素。特别是大底盘双塔结构抗震性能分析，需要采取动力弹性分析方法，分别确定结构在X、Y方向上的最大剪力值，确定剪重比和顶点平均位移值，如果不满足要求，需要采取相应的加固措施。

（四）抗震加固措施

根据上述分析计算结果，部分结构需要采取加固措施，具体包括：（1）剪力墙底部，需要对其配筋率进行调整，将最小配筋率改变为0.5%；（2）转换梁和转换柱，需要采取构件加固措施，具体可在其内部增设型钢材料，确保剪力墙整体结构负荷性能良好，并对其延性性能作出优化；（3）受拉墙肢，对于在中震作用下不屈服的受拉墙肢，需要对其进行调整，改变竖向的钢筋分布状态，调整配筋率，也提升到0.5%；（4）裙楼楼板，需要对裙楼楼板进行加厚处理，将其厚度增加到150mm，同时要进行双层双向配置。裙楼屋面的双向大跨度结构

梁和与其连接的结构柱需要采用加强构件进行加固。在相邻跨延伸的2/3范围内，还需要增加钢骨混凝土结构梁，以满足建筑抗震要求。

结束语：综上所述，针对建筑结构抗震设计在工程设计中占有的重要地位，通过对其设计目标和要求进行分析，可以更加明确建筑结构抗震设计需要满足的条件，确保设计方法的合理性。在此基础上，通过对建筑结构进行合理设计，并对其结构抗震性能进行计算分析，采取加固措施解决存在的问题，可以有效提升建筑抗震性能。

参考文献：

[1]蓝天.高层建筑结构抗震性能和抗震设计的相关研究[J].河南建材,2017(04):90-91.

[2]崔玉磊.高层建筑结构抗震性能处理措施分析与设计[J].城市建设理论研究(电子版),2017(06):141-142.