结构抗震概念设计方法

【关键字】：概念结构设计 抗震

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

地震（earthquake），是一种普遍存在地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震是地球内部构造运动的产物,地壳在内、外营力作用下，集聚的构造应力突然释放，产生震动弹性波，从震源向四周传播引起。由于地震作用的随机性、复杂性,地震波波形各异，其对建筑物的作用各不相同,震对建筑物的作用与建筑物自身所固有的自振周期、场地土的动力特性有关,所产生的破坏程度也各不相同。中国是一个多地震国家，2008年5月12日发生在汶川的5.12大地震，近7万人丧生，1.8万人失踪，1600万间房屋倒塌，造成了极其惨重的人员伤亡和财产损失。通过对建筑地震震害实例进行分析，找到其原因，机理，并在设计中有效减少地震危害，意义重大。抗震设计概念设计方法是指一些在难以作出具体规定的问题，例如结构破坏机理的概念，力学概念以及由震害试验现象等总结提供的各种宏观和具体的经验等，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。未经抗震概念设计的结构不能称其为抗震结构。建筑结构的抗震设计，是以现有科学水平和经济条件为前提的。 GB50011 - 2010《建筑抗震设计规范》对抗震概念设计的要求更全面、更合实际的规定，增加了“不规则建筑结构的概念设计”，使得概念设计在工程中的应用更具体更明确地落到实处，切实提高了结构的抗震能力。 规范的修改说明“概念设计”愈来愈受到国内外工程界的普遍重视。

地震及结构所受地震作用机理，特性复杂，地震科学还有许多规律未被认识。抗震设计思路发展历程随着建筑结构抗震相关理论研究不断发展，结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。 在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路，其主要内容是合理选择确定结构屈服水准的地震作用来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水准，制定有效的抗震措施使结构和抗震构造措施。现代抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的，其核心在很大程度上取决于良好“的概念设计”。为了保证结构具有足够的抗震可靠性，建筑抗震概念设计主要考虑了以下因素：场地条件；建筑物的平、立面布置及其外形尺寸规则性要求； 抗震结构体系要求-即抗震结构体系的选取、构件的布置以及结构质量的规则分布；非结构构件的布置，结构材料与施工质量等。

. 场地条件 正确地进行建筑场地选择和场地抗震性能评价,对于建筑物的结构抗震设计有十分重要的意义。影响建筑物震害的场地因素主要是局部地形特征、地质构造、地基土性质、地下水埋深等几方面,这些场地条件常常是造成震害显著差异的重要因素。建筑抗震概念设计，选择建筑场地时，应划分对建筑抗震有利、不利和危险的地段，选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段вμ岢霰芸要求┍芸对建筑抗震不利的地段，当无法避开时，采取有效措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。选择对建筑抗震有利的场地，不应在危险地段建建筑。建筑基础与土质、强风化岩质边坡的边缘应留有足够的距离，其值应根据抗震设防烈度的高低确定，并采取措施避免地震时地基基础破坏。这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地基土的不均匀沉陷、 地震引起的地表错动与地裂等等。特别是有液化现象的场地，一定要按规范避开，加固处理。

建筑物的平、立面布置及其外形尺寸规则性要求建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，结构体型(平立面)简单,结构抗侧力构件的刚度和承载力在平面内规则、对称,在竖向则上下连续且均匀,即在平面、竖向和抗侧力体系上没有明显的和实质上的不连续(突变)。建筑设计不应采用严重不规则的设计方案。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的竖向刚度突交易造成抗震薄弱层（部位），薄弱层可用楼层的实际承载力与设计计算的弹性受力之比来判断，该比值在总体上应保持一个相对均匀的变化，避免大的起伏，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。不规则的建筑物的平、立面布置受力复杂,结构分析难度大,易造成较多的抗震薄弱部位,在抗震措施处理上难免顾此失彼而留下破坏隐患。而体型规则的结构受力简单、明确,容易判断其地震时的反应,便于采取抗震构造措施和进行细部处理。而体型复杂、特别或严重不规则的结构则受力复杂,结构分析难度大,易造成较多的抗震薄弱部位,在抗震措施处理上难免顾此失彼而留下破坏隐患。 如不能避免，也应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，使我们的设计更加完善合理少出问题。丽江地震 512汶川地震中用严重不规则的方案建筑遭受严重破坏，就是前车之鉴。

抗震结构体系的选取、构件的布置以及结构质量的规则分布 抗震结构体系的选取受震级大小，震中远近，场地好坏以及建筑材料，施工条件、经济条件等诸多因素影响，是一个综合的技术经济问题，须进行周密考虑确定。规范对建筑结构体系主要要求是达到体系受力明确，传力台理，传力线路不间断，具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。.保证结构延性能力的抗震措施合理选择了结构的屈服水准和延性要求后，就需要通过抗震结构体系的选取、构件的布置来保证结构确实具有所需的延性能力，从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的构件的布置，质量的规则分布措施包括以下几个方面内容：1.“强柱弱梁”：人为增大柱相对于梁的抗弯能力，使钢筋混凝土框架在大震下，梁端塑性铰出现较早，在达到最大非线性位移时塑性转动较大；而柱端塑性铰出现较晚，在达到最大非线性位移时塑性转动较小，甚至根本不出现塑性铰。水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。2.“强剪弱弯”：剪切破坏基本上没有延性，一旦某部位发生剪切破坏，该部位就将彻底退出结构抗震能力，对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。

非结构构件的布置建筑非结构构件主要包括附属结构构件如附属机械电气设备系统，装饰物如幕墙，围护墙和隔墙等。构件与其结构主体支座和连接等需符合地震时对使用功能的要求。

我国是一个多地震的国家,建筑抗震很重要.现在随着计算机的发展，各种结构设计软件大量涌现，但抗震结构设计概念非常重要，设计人员什么时候都不能丢掉概念而一味地相信计算机。不能丢掉概念而一味地相信计算机。概念设计决定建筑物的抗震性能，如果概念设计不适宜于抗震，那么不管多“精密”的计算也无济于事。要在明确结构抗震概念设计的基础上合理运用。目前我国在学习借鉴世界其他国家抗震研究成果的基础上，逐渐形成了自己的大部分内容都符合现代抗震设计理念先进的抗震结构设计概念思路，但是也有许多要改进的地方，需要我们今后加以完善，通过遵循抗震概念设计的原则，使建筑物具有更可靠的抗震性能。

参考文献

1.聂东方 赵新英,浅谈建筑抗震概念设计，煤炭工程[J]，2009年11期

2.高琼仙,喻萍,王海莹,对建筑抗震设计中概念设计重要性的认识，昆明大学学报[J]，2003年02期

作者：潘旭（1978.7），男，工程师，抚顺建筑工程设计院，113006，