淺析工業與民用建筑結構抗震設計優化

肖 輝（湖南科創電力工程技術有限公司，湖南長沙410000）

淺析工業與民用建筑結構抗震設計優化

肖 輝（湖南科創電力工程技術有限公司，湖南長沙410000）

地震災害會對工業與民用建筑結構的穩定性及安全性構成嚴重威脅，對建筑結構用戶的生命財產安全造成嚴重影響，因此，對建筑結構抗震性能進行優化是極為重要的。基于此，本文主要對工民建筑結構抗震設計優化進行分析，僅供參考。

工業與民用建筑；建筑結構；抗震設計

1 引言

對于民用建筑來說，良好的建筑結構有利于保障用戶的生命財產安全，對于工業建筑來說，其是提高企業經濟效益與社會效益的重要部分。良好的建筑抗震結構可最大程度的減少自然災害對人民生命健康和經濟的破壞，因此，優化建筑抗震設計對提高建筑結構的穩定性具有重要意義。

2 工民建筑結構抗震設計的概述

在進行建筑結構抗震性設計時，為了確保建筑結構設計滿足抗震性要求，應遵循以下幾點原則：①為了確保建筑在震后能及時修復，投入到使用中，在設計過程中，應注重建筑結構的剛性和彈塑性設計，避免剛性過大或彈塑性過強；②為了確保建筑結構可安全度過后期多次的小型余震，不能過分追求建筑結構的剛性；③為了防止發生集體住宅連帶性坍塌的現象，應對住宅建筑進行高延性的分體系設計。

建筑的抗震標準基本按照其抗震級別分為四類，具體內容為：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系，比如一個甲等建筑物所在區域一般遭受5級地震，那么甲等建筑物所具備的抗震級別應在6級左右，以此類推。

3 優化建筑結構抗震設計的措施

3.1 合理選擇建筑結構材料

合理科學的建筑結構材料是提高建筑結構抗震性能的關鍵，在選取結構材料的過程中，盡量選擇高韌性的熱軋鋼筋作為建筑結構垂直方向的受力鋼筋，且要求鋼筋等級至少應達到HRB335與HRB400，箍筋應選擇HPB235級熱軋鋼筋。

3.2 設置多道抗震防線

抗震防線的設計主要目的在于加強建筑某部分豎向抗側力結構，以提高建筑結構整體的穩定性和可靠性，因此，針對工民建筑結構設計，可通過設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生的共振而受到損壞，可隨即設置第二道防線、第三道防線等。同時，針對鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側的結構，當結構高度、剛度或層高相差較大的話，可在防震縫兩側房屋的盡端設置于防震縫的抗撞墻，如圖1所示。

圖1 防震縫的優化設計

3.3 增強建筑內部對于內力的分配作用

優化建筑結構抗震設計的目的主要是減小或消除地震的垂直應力或水平應力對建筑物所產生的影響，因此，建筑內部做好對于內力分配的設計，可從根本上達到抗震的要求。對于需要分配內力的建筑內部的墻和柱是處于同一平面的，若發生高強度地震，結構首先發生的是彎曲破壞而不是剪切破壞，進而起到良好的防震效果。

3.4 提高建筑結構的延性

結構延性主要是指結構所產生的非彈性變形能力，其直接反映出了結構的變形能力。一般情況下，在工民建筑結構中，為了增強建筑結構的延性的措施，可適當采取以下措施：增設箍筋，確保建筑結構縱向鋼筋不會受到局部受壓而導致穩定性遭到破壞；合理控制受力鋼筋配筋率，將受壓鋼筋的數量控制在合理范圍內等。

4 工程實例

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，設計基本地震加速度0.1g，屬于抗震不利地段，建筑場地類別Ⅱ類，設計特征周期為0.45s。

4.2 結構選型

本建筑抗震設防類別為丙等。本建筑主體部分采用核心筒結構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。參照規范抗震設防烈度為Ⅶ度，確定抗震等級框架為二級、核心筒為二級。

4.3 計算結果分析

（1）位移比。結合建筑所在的地理環境，來保證建筑結構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），屬于平面不規則中的扭轉不規則，位移比＞1.2，需對雙向地震作用進行考慮。

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

（3）剪重比。底層水平剪力與結構總重力荷載代表值比值：X方向與Y方向均為1.70%，抗震規范中明確規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。抗震規范6.3.6條規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，若剪跨比≤2，且出現短柱時，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。考慮扭轉耦聯時的計算結果如表1所示：結構扭轉為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1的比值為0.8322＜0.9；地震作用最大方向為88.346度；X方向與Y方向的有效質量系數分別為99.02%、99.50%。

表1 考慮扭轉耦聯時的計算結果

4.4 穿層柱結構抗震性能分析

本工程穿層柱長8.4m（H），根據混凝土結構設計規范第6.2.20條規定：

柱計算長度L=1.25×H=1.25×8.4=10.5m；

長細比L/b=10.5/1.1=9.55；

根據混凝土結構設計規范第6.2.15表內插得穩定系數φ=0.995，該框架抗震等級為二級。根據抗震規范表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核要求。

5 結語

綜上所述，工民建筑結構的抗震設計是一項綜合性較強的工程，其抗震設計的質量會對人們的生命財產安全及社會經濟的發展產生直接影響，因此，應根據建筑結構的具體特點，選用科學的抗震設計方法，來提升工民建筑結構整體的抗震性能，以降低地震災害對建筑結構所造成的影響，從而促進建筑行業的持續發展。

TU352.11

A

2095-2066（2016）34-0176-02

2016-11-13

肖 輝（1986－），男，工程師，研究生，主要從事結構設計工作。