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浅析抗震结构设计
摘要:文章阐述了建筑如何进行抗震设计,从理论知识到计算软件应用都进行了阐述,同时对不同的结构自身特点进行分析。讨论如何在设计中进一步加强建筑物的抗震性能。
关键词:概念设计;结构设计;参数结构;构件设计

面对全球地震频发,作为一名结构设计工作者不仅要懂得如何运用规范及软件进行设计,同时也要在不断实践中总结经验。尤其是经过汶川大地震,建筑不仅仅只要求满足使用功能就可以了。而是如何在经济的条件下保证大震不倒、中震可修、小震不坏。以下是我在设计中自己设计总结的。

一、结构与建筑的协调

近年来,我国建筑业持续发展,在设计中首先要对结构进行概念设计。所谓结构概念设计,即不经过数值计算,或者难以做出精确分析以及规范中无明确条文的规定,仅通过对整体结构分体系之间的力学关系和设计基本原则进行分析,解剖建筑物的荷载路径和结构构架间的相互关系,建立整体结构类型、基本受力分体系。从整体角度把握结构体系的选择以及构件布置。因此结构概念设计对于结构工程设计师来说具有非同一般的意义。
结构体系的选择没有任何标准,它往往随着建筑环境、地基基础条件、建筑材料以及建筑功能、建筑造价等各种因素而有所变化,所以合理的选择结构体系首先要清楚各种结构体系的优点和不足。才能针对不同要求做出正确的选择。结构体系即建筑物的主要受力结构构件组成的系统,它由三部分组成:水平结构体系、垂直结构体、基础结构体系。
水平结构体系构件由梁、板组成。选择梁的类型通常参照楼面荷载数值、墙柱开间和跨度,楼层高度以及使用要求等因素。在一般情况下,梁截面尺寸通常取值:普通简支梁高度为1/12-1/10。多跨连续梁为1/18-1/12,多跨连续主梁及承台联系梁:1/15-1/10。悬臂梁:1/6-1/5。
垂直结构体系构件由柱、墙、简体和桁架组成,根据构件类型组成不同:框架结构、框架一剪力墙结构、剪力墙结构、框架简体结构、简体结构、桁架结构等。现就前三者特点做如下比较:框架结构比较容易实现大跨度空间,有利于建筑功能使用但是结构柱抗侧刚度小,地震力作用下楼层侧移大,楼层高度亦受到限制;剪力墙构件承载力高,可承担较大的水平剪力,但结构开间小且抗震剪力墙整体抗侧刚度大,地震荷载作用下基底剪力较大;框架剪力墙结构则揉和框架结构和剪力墙结构两者的长处。可通过调整剪力墙和框架柱的比例,使楼层层间位移表现出良好的均匀性。此结构一般结合水平结构体系进行整体设计。
基础结构体系分为独立基础,条形基础,桩筏基础,箱型基础。基础埋深要根据建筑场地地基土的土质以及当地地震荷载,风荷载大小进行调整。埋置较深基础因基础对上部结构的嵌固作用能有效的降低震害,但是过大的基础埋深也会造成基础覆土重的增加,从而增加了基础面积。

二、结构构件设计参数的选择与确定

PKPM系列程序是为房屋建筑设计开发的系列程序,结构整体空间分析子程序包括TAT和SATWE两个模块。
TAT是多高层建筑结构采用薄壁杆件原理的空间分析程序,在三维空间分析时,此程序假定楼板平面刚度无限大,在水平力作用下不发生变形,而只发生平移和转动。因此该程序适用于整体楼板且没有大面积开洞的建筑物。SATWE是专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元分析软件。其核心是解决剪力墙和