1、基于结构概念设计的抗震设计研究摘要：概念设计的内容和应用十分广泛，本文基于结构概念设计基础探讨对结构物进行抗震设计的步骤，从结构布局入手，注重抗震多道防线的设计，在必要的抗震计算过程中，计算本身也必须概念清楚，使得设计方案具有经济性和合理性。 关键词：概念设计 结构设计 抗震性能 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 我国是个地震灾害比较频繁的国家，随着我国经济的发展，建筑规模越来越大，与此同时，对建筑在地震作用下的抗震性能要求也不短提高，这使得抗震要求越来越高。但在抗震设计中，仅用计算分析得出的数据进行抗震设计，很难有效的控制结构的抗震性能。本文从结构概念入手分析抗震设计，指
2、明要用“概念”进行分析和判断，控制结构的耗能和薄弱部位。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 1.结构概念设计 所谓结构概念设计一般指不经数值计算，依据整体结构体系结合结构破坏机理，从整体的角度来确定建筑结构的布置和抗震措施的的一种方法。结构概念设计往往需要在建筑设计的方案初期做出有效地对结构体系，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。 我国建筑抗震设计规范 （GB 50011-2010）中 3.4.2 条规定：“建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚
3、度沿竖向宜均匀变化、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、避免侧向刚度和承载力突变” 。 在设计中宜调整平面形状和尺寸，采取构造和施工措施。当需要设伸缩缝、防震缝和沉降缝时，应将结构划分为独立的结构单元。在整个工程设计的方案阶段，建筑师和结构师就应该充分沟通依据场地状况来选择规则的建筑形体，使结构布局尽量简单，同时也满足业主的要求。只有掌握概念设计核心，才能设计出抗震性能与使用功能良好的建筑。 结构的平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层的竖向构件最大的弹性水平位移或（层间位移）和该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值应尽量小，并满足
4、国家规范。平面凹凸尺寸大于相应边长的30%。l/b6.0、l/bmax0.35、l/b2.0。楼板的尺寸和平面刚度急剧变化使得楼板局部不连接应采取有效措施。 应保证结构竖向的规则性。首先保证结构的侧向刚度均匀，该层侧向刚度小于相邻上一层的 70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的 80%；除顶层或出屋面小建筑外、局部收进的水平尺寸大于相邻下一层的 25%。同时保证竖向抗侧力构架的连续性。保证上下墙、柱、支撑的连续，使得楼层的承载力均匀。 2.基于结构概念设计的抗震设计方法 1. 结构体系的合理选择 在抗震设计中，首先要根据建筑平面布置及房屋层数和高度，选用合理的结构体系，如多高层钢筋混凝
5、土结构、砌体结构、钢结构。其次要合理地确定和布置竖向承重构件和抗侧力构件，这些构件一般包括：承重墙体、柱、框架和支撑等。墙体既是竖向承重构件，又是抗侧力构件；框架是由梁和柱刚性连接组成的骨架，它能承受建筑物的竖向荷载，同时也能承担水平荷载；支撑是作为承担建筑物水平荷载的专用构件，主要用于钢结构建筑中。再次是合理地选择楼盖体系。楼板主要功能是沿水平方向分隔建筑中的上下空间，将其承受的建筑使用荷载传递给梁系，同时在多高层中楼板可以有效的传递水平剪力至竖向构件上；最后应合理地选择基础形式，根据不同的结构体系、建筑体型和场地土类别为竖向承重构件选取合理的基础形式。 2.注意结构体系应具有多道抗震防线
6、具有良好的抗震性能的结构应具有应有若干个延性较好的分体系来耗地震能量，这些延性较好的结构构件连接起来协同工作，就相当于设置了多道抗震防线作为后备，就足以抵抗住持续地震的袭击，保证建筑物最低限度的安全。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量。 一次强烈地震的持续时间少则几秒，多则十几秒，一长时间的地面运动下若设置了多道抗震防线作为后备，就足以抵抗住持续地震的袭击，保证建筑物最低限度的安全。如果建筑物采用的是多重抗侧力体系，第一道防线的抗侧移构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替
7、，抵挡住后续的地震动的冲击，可保证建筑物免于倒塌。 3.选用合理的抗震设计计算方法 抗震设计的计算方法主要有反应谱法、时程分析法、push-over 法、基于抗震性能化设计方法。 反应谱法是用动力方法计算质点体系地震反应，建立反应谱；再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载；然后按静力方法进行结构计算设计的方法，因此它是一种拟静力方法。 时程分析法是一种直接动力法，是在地基土上作用地震波后，通过动力计算方法直接求得上部结构反映的一种方法。工程中常用比较简单的弹性动力时程分析方法作地震分析。该法可以真实的描述地震作用的全过程，得到每个构件在每一时刻的内力和位移。 Push ov
8、er 分析方法是一种与反应谱相结合的静力弹塑性分析方法，它是按一定的水平荷载加载方式，对结构施加单调递增的水平荷载，逐步将结构推至一个给定的目标位移来研究分析结构的线性性能，从而判断结构及构件的性能是满足设计要求。Push over 分析的一个结果是结构的荷载-位移曲线，它表示了侧向总剪力与顶点侧向位移的关系。 抗震性能化设计是一种建立在概念设计基础上的抗震设计新的研究手段。抗震性能化设计是以现有的抗震科学水平和经济条件为前提的，一般需要综合考虑使用功能、设防烈度、结构的不规则程度和类型、结构发挥延性变形的能力、造价等因素。为了使设计和建造的工程结构在地震重现期内遭受的地震作用下的反应和破坏程
9、度均在设计预期要求的范围内，不仅能保证生命安全，而且使经济损失最小，除了需要合理确定设防水准外，还需确定结构的性能水准和性能目标。目前基于性能的抗震设计大多数以变形作为设计参数。我国规范建议的性能设计方法是基于变形校核的设计方法。基于变形校核的设计方法采用基于力的设计方法进行结构设计，然后用 Push over 分析方法或时程分析法分析已设计结构的承载力和弹塑性变形需求，选用合适的能力谱和需求谱，对结构进行抗震性能评估，以评估其是否满足期望的性能目标。 3.结语 综上所述，要进行经济、合理的抗震设计必须注重抗震概念设计，它贯穿在方案确定到结构计算的整个过程中。 参考文献: 1林同炎，S.D.思多台斯伯利 ，结构概念和体系，中国建筑工业出版社. 2黄世敏，王亚勇，丁洁民，等GB 50011-2010 建筑抗震设计规范S北京：中国建筑工业出版社，2010. 3梁兴文结构抗震性能设计理论与方法M北京：科学出版社，2011
