1、重视结构抗震概念设计【摘要】我国是一个地震灾害多发国家。强烈的地震作用不但会直接摧毁工程结构，而且还会通过地基失稳或过大变形而间接地使结构产生破坏。本文通过对建筑结构抗震“概念设计”的研究，从场地选择、地基基础设计、平立面布置、结构体系、构件连接等方面进行论述，明确了建筑结构抗震“概念设计”的原则和要求，以达到合理抗震的目的。关键词：概念设计；结构抗震；结构体系；地震作用；建筑结构抗震 中图分类号： TU2 文献标识码： A 一、 概念设计概述 概念是在头脑中形成的反映对象本质属性的思维形式，它是将所感知事物的共同本质特点抽象出来加以概括而形成，概念设计是伴随设计的产生而产生的。根据地震灾害调
2、查、科学研究和工程经验等所形成的基本原则和设计思路，进行建筑结构的总体布局并确定细部构造。 这种设计理念将有助于明确结构抗震思想，不但有利于提高建筑结构的抗震性能，而且也为有关抗震计算创造有利条件，使计算分析结果更能反映今后地震时结构的实际地震反应。掌握“概念设计” ，将有助于设计人员明确抗震设计思想，灵活、恰当地运用抗震设计原则而不至于陷入盲目的计算工作中去。 二、抗震概念设计的基本原则 （一）选择对抗震有利的场地和地基建筑物的抗震能力与场地条件有密切关系。历次地震调查表明，同类型的建筑物，由于建造场地不同，破坏程度会有很大差别。应避免在地质上有断层通过或断层交汇的地带，特别是有活动断层的地
3、段进行建设。 (二) 建筑平、立面外形选择 历次震害调查及力学分析表明，建筑平、立面外形尺寸 突变处、质量分布突变处、竖向抗侧力构件截面尺寸和材料 强度突变处、由于应力集中都容易产生比较严重的震害，而 刚度中心与质量中心的偏离容易引起建筑物的扭转而产生 比较严重的震害; 整体性差的建筑物，如抗侧力结构水平或 竖向不连续( 单跨或不连续框架、竖向结构转换) 、抗侧力构 件错位( 包括混凝土框架、混凝土抗震墙、砌体结构抗震横 墙) ，由于赘余度偏少或传力路线不顺畅，抗震性能就会大幅 度降低。对于不规则的建筑，在结构设计时要进行水平地震 作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造 措施。对
4、于严重不规则的方案，不应采用。如果一个建筑物 因为方案设计不合理而造成不必要的浪费，甚至形成安全隐 患，那么，这个设计就是失败的，因此，建筑结构规则性对于 抗震是相当重要的 （三）合理规划，避免地震时发生次生灾害地震造成的次生灾害有时会比地震直接造成的社会损失更大。避免地震时发生严重的次生灾害，是抗震工作的一个很重要方面。在地震区的建筑规划上应使房屋不要建得太密，房屋的距离以不小于 11.5 倍房屋高度为宜，以便为地震时人口疏散和营救以及为抗震修筑临时建筑留有余地。要避免房高巷小，以免地震时由于房屋倒塌而通路阻塞；公共建筑物更应考虑地震疏散问题，一般可与防火疏散同时考虑。 （四）结构体系选择
5、建筑结构确定以后，还应该合理地选择结构体系。建筑结构体系应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较后确定。所选定的结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力，避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。新的建筑抗震设计规范( GB 50011 2010) 要求结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途经，使设计人员更容易掌握和控制结构所受的地震作用，更容易发现计算结果的错
6、误; 在抗震设计的过程中应正确分析力的传递途径，合理的分配调整内力，加强容易遭受地震破坏的结构或构件的抗震能力，避免部分结构( 构件) 破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力; 应具备必要的抗震承载能力，良好的变形能力和消耗抗震能量的能力，这样利用结构的变形消耗掉部分地震的能量，可以大大减轻地震作用对结构的破坏; 宜有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。薄弱部位是抗震能力最弱的地方，在设计过程中，应使该部位的实际承载力和设计计算的弹性承载力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，避免由于内力重分布导致塑性变形的集中，
7、同时还要防止加强局部而忽视整个结构的刚度和强度的协调，使它有足够的变形能力又不发生薄弱部位的转移; 宜有多道抗震防线。在很多情况下，由于地震作用的不确定性和反复性，地震破坏是不可避免的，适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。 （五）非结构构件的处理 非结构构件包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备及其与结构主体的连接等。建筑非结构构件，一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧立荷载的构件，如内墙壁、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑外围墙版等。然而，在地震作用下，建筑中的这些构件会或多或少地参与工作，从而可能改变整个结构或某些构件的刚度、承载力和传力路线
8、，产生出乎意料的抗震效果，或者造成未曾估计到的局部震害。因此，有必要根据以往历次地震中的宏观震害经验，妥善处理这些非结构构件，以减轻震害，提高建筑的抗震可靠度。 （六）消能减震技术 建筑结构的消能减震技术方法是指在结构的某些部位( 如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件等) 设置消能阻尼装置或元件，通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来耗散或吸收地震能量以减小主体结构的水平和竖向地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，以达到减震抗震的目的。这种方法主要用于高层或超高层建筑。地震对结构作用的大小，几乎与结构的质量成正比。质量小、地震作用就小，震害就轻。要减轻建筑物的质量，就要求在满足强度下，尽量采
9、用轻质材料来构建主体结构和围护结构，以使房屋的重心尽量降低，减小地震所承受的地震弯矩。隔震和消能减震技术目前在日本、美国已有了一定数量的应用，并在震害中有较好的表现由于隔震和消能减震体系能使建筑上部结构承受的地震作用大幅度降低，使上部结构构件和节点的断面、配筋减小，构造及施工简单，从而可节省造价。 三总结 地震是一种突发式的自然灾害现象，从世界各国减轻地震灾害所采取的措施来看，主要有三条：一是加强地震预报，力争在地震发生前采取行动以减少损失；二是在设计和施工方面提高各类建筑物对地震的抵抗能力，包括对已建建筑进行抗震能力鉴定及加固；三是加强地震时应急指挥和救援工作。随着社会经济的发展和人们生活水
10、平的提高，对建筑结构抗震设计和抗震技术也提出了更高的要求。运用概念设计方法，可以在建筑抗震设计的方案阶段就迅速有效地对结构体系进行构思、比较与选择，从而使方案概念清晰和定性正确，避免在后期设计阶段出现一些不必要的繁琐运算，具有良好的经济性和可靠性。 【参考文献】 1王则毅,杨盛和.房屋结构抗震M.重庆:重庆大学出版 社,1999. 2阎兴华,韩淼.工程结构抗震设计M.北京:北京计量出版 社,2000. 1 李志奇 建筑结构的概念设计J 中外建筑，2 003( 3) : 91 2 肖风林 结构抗震概念设计的工程实例分析J 大众科技， 2005( 7) : 81 3 魏东 浅谈抗震中的概念设计J 中国科技信息科技论坛， 2005( 20) 4 王亚勇 汶川地震建筑震害启示抗震概念设计J 建筑 学报，2008，29( 4)
