基于抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用研究

设计中的应用研究胡晓倩(上海东大建筑设计(集团)有限公司，上海200433 )［摘 要］以现有房屋建筑结构抗震设计的不足作为切入点进行分析，再以此为基础，结合国外经验论述房屋建筑结构中抗 震设计方法，给出加强总体设计、优化力的传导设计等内容，最后进行实例分析，可为后续工作提供参考。［关键词］抗震设计；总体框架；传力结构；抗震标准［中图分垂号］TU352.il ［文献标志码］A ［文章编号］1001-523X (2019) 10-0001-02Research on Application of Seismic Design inBuilding Structural DesignHu Xiao-qian［Abstract ］ Seismic design is one of the key indicators for evaluating building performance. From the point of view of safety, it needs to be strengthened. Based on this, this paper takes the shortcomings of seismic design of existing building structures as the breakthrough point, and then on this basis, combines foreign experience to discuss the seismic design method of building structures, gives the contents of strengthening overall design and optimizing the transmission design of force, and finally carries out an example analysis to provide reference for the follow-up work.［Keywords ］ seismic design ； overall frame ； force transfer structure ； seismic standard抗震设计在重视“计算设计”的同时，着重从结构的整 体出发，强调建筑刚度、强度、地基部分等方面的概念设计， 出具抗震的基本方向，再结合建设地点需要，给出各类具体 参数，谋求提升建筑综合性能。1现有房屋建筑结构抗震设计的不足1.1总体框架设计不合理框架的不合理性是导致建筑抗震性能不佳的核心因素。 在现有的房屋设计中，部分人员优先强调观感，抗震性能没 有得到充分重视。资料表明当地震发生时，建筑下部（距离地面1/3处）的 扭应力，是导致建筑力平衡被打破、严重损坏甚至倒塌的主 要原因。在对应位置进行抗震设计（如外凸），原则上可以提升建 筑应对地震的能力，目前部分建筑并没有做出针对性调整, 依然片面强调建筑总体框架的一致性，抗震能力难以得到 提升。1.2传力结构设计不合理建筑上方的垂直应力、中部的扭应力等，都可以通过传 力结构予以弱化，从而降低地震带来的扰动破坏，未能做好 传力结构设计，也可能导致建筑抗震能力的削弱。如高层建 筑的转换层，人员多在设计的过程中设置转换梁和辅助梁, 使其起到优化建筑抗震能力的作用。部分建筑为保持转换层 具有较大空间，会对围护结构、转换结构进行调整，以满足 建筑上部压力转换为需求，不过多考虑抗震需要，导致建筑 抗震能力下降。1.3抗震标准模糊抗震标准模糊是建筑建设完成后，无法通过有效的量化 指标进行抗震能力的评估，其抗震设计的有效性因此显得模 糊化。如高层建筑建设时，通过以标准文件为基础进行模拟 设计，设计的过程中添加各类抗震指标，之后以模拟结果评 价抗震性能。收稿日期：2019-01-10作者简介：胡晓倩（1979-）,女，江苏徐州人，工程师，主要研究方向

为结构设计。然而建筑建设完成后内部的空间改造，尤其是承重结构 变化，会直接影响建筑的抗震能力，长期使用后建筑的老化、 沉降等，也无法在早期设计中得到充分考量，上述问题会影 响建筑结构抗震设计有效性的评估。2国外经验借鉴2.1意大利经验分析意大利位于喜马拉雅一地中海火山地震带周边，境内多 火山，地震也较为频繁，其建筑抗震设计多年来得到广泛重视, 处于世界领先水平。如意大利巴勒莫市在进行高层建筑建设时，会优先考虑 地基部位的设计，建设与基础部分存在柔性连接的若干橡胶 弹簧，当小规模地震发生时，地震波导致的扰动，可通过弹 簧抵消，不会直接作用于建筑主体结构，进而保证建筑安全。在意大利中部地区，建筑的抗震设计重视刚柔性隔震、 减震，以加层设计的方式，重点提升建筑下部的抗震能力。 所谓加层设计，是指加强底层承重能力，改变固有传力结构, 增加更多的传力渠道，快速分散来自上部的垂直负载，实现 减震效应。在建筑基底部分增加的复合材料，则能实现刚柔性隔震, 其核心理念，是不再僵化的认为地表是“惯性参考系”，更多 重视动态因素的应对。2.2日本经验分析2016年，日本学者在东京建设了一栋弹性建筑，该建筑 髙12层，底部进行了弹性处理，利用分层橡胶、硬钢板组 和阻尼器提升底部应对地震波扰动的能力，当地震级别达到 6.6级时，建筑依然平稳。对该建筑的抗震设计进行分析，可发现其主要强调地震 破坏的消除，利用复合材料、阻尼器能呈现大负载形变的优 势抵消地震机械能，通过钢板保证其整体性。但该模式造价 过高，目前无法大规模推广。另有日本学者提出了伸缩抗震设计理念，在建筑下部应 用具有弹性的钢梁和滚珠作为承重结构，当地震出现时，滚 珠的前后移动可抵消大约80%的机械破坏，从而控制建筑损 坏，该设计同样受到造价高昂和技术瓶颈制约，难以大规模• 1 •第46卷第10期2019年5月推广”3房屋建筑结构中抗震设计方法建筑结构Building Structure建筑技术开发Building Technology Development3.1加强总体设计以当前我国建筑抗震设计的不足以及日本、意大利等地 的经验为基础，谋求强化建筑结构抗震能力，应首先加强整 体设计。如意大利的建筑底部弹性设计和日本的弹性结构设计，都 着眼于框架性抗震能力优化。以高度在50m的高层建筑为例, 可在实际工作中，于地基部位应用厚度在0.3-0.4m左右的橡 胶层作为缓冲，考虑到地震的一般性特点，为避免资源的过 个方面措施，同时应用BIM技术做动态模拟。转换层设计上，设置两处主转换梁，平行分布于转换层内， 间隔1.9m.于两处主转换梁两侧，各设置4处辅助梁，取斜 式设计，两端分别连接主转换梁和转换层围护结构，并增加 与围护结构的接触面积，借以加强传力效果。地基设计上，釆用橡胶和钢板复合应用的方式，将钢板 嵌入橡胶材料中，上部下部厚度均为0.15m,之后铺设于建筑 地基处。利用上部橡胶结构承受建筑垂直应力，下部橡胶结构抵 消地震扰动。外凸设计上，于转换层外围，设置外凸混凝土 度消耗，可釆取交错式设计，制作截面积在0.09~0.16m2左右 的橡胶棍，铺设于建筑下部，间隔在0.8m左右即可。上部以 土壤填埋，常规建设地基承重结构。当地震发生时。橡胶管受压出现形变，可抵消来自地震 波的破坏，且能在地震影响消失后快速恢复，重复投入到下 一阶段的防护中。建筑距离地面1/3处，可采用外凸式设计, 增加该部位抗扭应力的水平，应对扭应力破坏。3.2优化力的传导设计力的传导很大程度上影响建筑抗震能力，可利用多个渠 道使上部竖直压力得到传导。我国建筑也可以在后续工作中 参考该设计，在建筑底部进行加层，原本有建筑围护结构、 钢筋混凝土承担的传力、导力功能可继续保留，额外设置向 固定方向倾斜的若干结果。如向地下室内部倾斜15。的斜式墙，可选用普通钢筋和水 泥作为原料，制备后续在0.1-0.2m左右的混凝土板，使其连 接于地下室墙体的中部位置。当地震出现时，上部负载可借 由斜式墙导入地下，避免地下室承重结构瞬间压强过大导致 的垮塌问题。与此同时，建筑内传力、导力设计也需要进一步极强，如 转换层的设计，要求保持主转换梁，额外设置辅助梁。要求 所有辅助梁均匀分布于主转换梁周边，在正常情况下，辅助 梁可分担上部结构的少许垂直应力，地震发生，上部结构垂 直应力的传导出现异常，也可借助辅助梁将其导入其他区域, 避免瞬间过大的应力集中。建筑还应做好抗震墙和抗震缝设计，在条件允许的情况 下，适当增加抗震墙的后续以及抗震缝的宽度，以提升抗震 性能。3.3做好抗震标准和检查工作抗震标准和检查，是指结合各地地震发生态势，出具更 具针对性的抗震指标，利用现代化的虚拟现实技术进行性能 测试,了解相关指标是否满足设计要求。如我国东部沿海区域, 位于环太平洋火山地震带边缘，面临地震威胁，可参考日本 和意大利建筑标准，给定建筑抗震能力标准文件。进行建筑 建设前，将各类参数代入到BIM虚拟软件中，构建一个基本 模型，再添加地震参数进行测试，了解模型能承受的地震强度, 满足设计要求，可投建；不满足设计要求，则对模型参数进 行修改，进行2次、3次试验，直到其满足设计标准。BIM技 术下，还可以针对一些动态变化进行评估，如结合当地条件, 模拟建成10年后建筑的老化、沉降情况，进行开放性试验, 判断老化、沉降的建筑能否抵御地震破坏，根据模拟结果进 行更多的设计优化。4实例分析4.1对象概况和设计过程2017年，某地进行商民两用建筑建设，含地下室两层, 17层为商场，5层为转换层，6层以上为普通商品房。因建筑 建设地点处于我国西部海滨，面临地中海一喜马拉雅火山地 震带的威胁，建设方与施工方进行反复交流后，拟定加强减 震设计的计划，主要强调转换层设计、地基设计、外凸设计3

• 2 •结构，向楼体外围凸出1.4m,釆用轻质复合材料覆盖外凸部分, 提升外观观感。4.2结果与分析方案出具后，利用BIM技术进行模拟，采用参数调整法, 取设计方案参数代入软件中，生成基础模型，可变参数为模 拟地震强度，观察指标为建筑破坏情况。共进行100次试验, 以4.0级地震为基数，不同组试验增加0.05个震级，反复试验 到6.2级地震烈度。同时模拟建筑老化10年后的抗震能力，结 果见表1。表1模拟结果指标4.04.44.95.35.76.2建成后无破坏无破坏无破坏无破坏无破坏无破坏10年后无破坏无破坏无破坏无破坏无破坏轻微破坏结果上看，6.2级地震烈度下，建筑抗震情况良好，无破 坏问题。当建筑老化后，在6.2级地震破坏下出现轻微破坏, 试验结果满足当地建筑对抗震能力的要求，表明该建筑结构 设计中的抗震设计效果理想。5结束语综上，抗震设计在现代建筑设计中占据重要地位，可通 过各类技术手段予以优化。该项工作目前存在总体框架、传 力结构、抗震标准等方面的问题，结合日本、意大利等国家 的建筑抗震设计经验，可在后续工作中加强总体设计、优化 力的传导设计，并做好做好抗震标准和检查工作。实例分析中， 建筑设计以明确指标为约束，通过开放性试验的方式获取结 果，可作为参考经验予以推广。参考文献［1］ 欧华文.新老抗震规范对钢筋混凝土框架结构的影响分析［J］.住宅与房 地产，2017 (35) : 106.［2］ 保海娥，马学坤，刘培，罗开海.底商类砌体房屋抗震设计方案研究［J］. 工程抗震与加固改造，2017, 39 (S1) : 90-94.［3］ 虞晶晶.基于Pushover的多层砌体抗震能力简化评价方法初步研究［D］, 哈尔滨：中国地震局工程力学研究所，2017.［4］ 洪奇，陈聚磊，盛凯，等.隐式框架钢结构住宅体系在工程中的应用［J］. 建筑技术，201& 49 (S1) : 69-72.［5］ 张建亮，刘莉媛，高鸣，等.砖-混凝土混合承重改造工程抗震加固分 析与设计［J］.建筑技术，2018, 49 (8)： 861-864.［6］ 喻梦利，段绍伟，丁沛.钢-混凝土混合结构减掘理论与试验分析［JJ. 建筑技术，2018, 49 (2) : 162-165.［7］ 郑敬杰，李那，凡俊，等.功能改变对框剪结构安全性影响分析及加固 措施［J］.建筑技术，201& 49 (2) : 170-173.［8］ 吴海波，王新妮.立面不规则隔震结构的抗震性能分析［J］.建筑技术， 2018, 49 (1) : 80-83.［9］ 赵根田，王少敏.PEC柱型钢梁端板连接空间框架抗震性能研究［JJ.建 筑技术，2018, 49 (1) : 84-86.