建筑抗震概念設計探討

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一、工程建筑抗震概念設計必要性

概念設計應用對結(jié)構設計有著至關重要的作用。結(jié)構工程師除了在一定的建筑空間運用概念設計完成整體結(jié)構方案設計，還要考慮規(guī)避不同結(jié)構以及構件與結(jié)構之間問題的出現(xiàn)。概念設計應用重要性的體現(xiàn)如下：

（1）現(xiàn)實結(jié)構構件設計存在很多不可計算的地方，從而這樣的設計方案很難滿足設計需求。結(jié)構設計活動中對概念設計的應用，可以很好的解決計算理論與結(jié)構設計中存在不可計算的缺陷。

（2）在結(jié)構方案設計的最初階段，其設計過程不能依靠計算機完成。結(jié)構工程師根據(jù)自身掌握的知識，綜合運用概念設計中隱含的設計概念確定性價比最優(yōu)的方案。

（3）通過計算機的分析計算所得結(jié)果具有高精度的特點，盲目相信計算機計算的結(jié)果，對其不合理性與錯誤性有所忽視，導致建筑結(jié)構產(chǎn)生安生隱患。概念設計要求設計師從實際工程的結(jié)構需求出發(fā)，綜合考慮各種因素，可以破除結(jié)構工程師對計算機設計軟件的盲目信賴，對于結(jié)構設計的發(fā)展和革新具有重要的推動作用。

二、建筑抗震概念設計

概念設計是從設計概念出發(fā)，是有組織、順序、目標的設計活動，涵蓋了設計活動整個過程即用戶需求分析到完整設計方案產(chǎn)品的過程。概念設計是一種設計方法，貫穿于整個設計過程，其體現(xiàn)出了從具體到清晰、從簡單到復雜、從模糊到清晰的不斷變化的過程。防震概念設計是按照地震災害多發(fā)帶與建筑工程基本情況等形成的設計思想與基本原則，是細微構造和整體結(jié)構安排的設計活動，從最初的防震想法到防震建筑結(jié)構形成整個過程都涉及概念設計。由于建筑結(jié)構模型預知的情況和現(xiàn)實情況存在一定差別，地震發(fā)生和破壞作用具有不確定性與復雜性。因此，很難對建筑物遇到地震的參數(shù)與特性進行準確的預測活動?；谶@樣的情形，工程抗震并不能完全依靠計算機的模擬設計來解決，而是要從概念設計出發(fā)。

三、抗震概念設計的原則

3.1建筑設計應注重場地的選擇

地基土就是場地范圍內(nèi)的場地土，根據(jù)以往地震災害表面，場地土剛度大比剛度小的，場地土上的建筑損壞程度較小，震害指數(shù)小。場地選擇深度一般選擇地下15m，平面大小相當于自然村或一個廠區(qū)的大小。另外位于軟土之上且具有較長周期的高層建筑，與位于硬土上相比，軟土輸入的能量要大的多。如果有條件時，從減少地震能量輸入角度來說，選擇在堅硬場地土對防震有很大好處。

3.2設置多道防線

在建筑的抗震設計中，不論選擇那種結(jié)構體系以及哪種材料，都應該對多道抗震防線進行設置。通常來說。每一次發(fā)生的地震時間都不盡相同，有長有短。如果發(fā)生的地震時間長，那么連續(xù)的強脈沖會對高層建筑產(chǎn)生重復的沖擊，產(chǎn)生累積式的破壞；如果建筑采用的是單結(jié)構體系，只設置了一道抗震防線，那么只要發(fā)生第一次破壞，那么連續(xù)而來的地震就會導致建筑物產(chǎn)生破壞，但是如果建筑物設置了多道防震體系，那么即使第一道防線受到破壞，那么第二道、第三道以及后來的防震體系也可以對建筑產(chǎn)生一定的保護作用。在實際過程中已經(jīng)采用這種抗震設計概念，是一種對付地震強度高的經(jīng)濟有效的方法。

3.3合理地進行結(jié)構選型與布置

為了減少地震破壞造成的影響，應保持重量分布均勻且適當?shù)臏p輕房屋重量，在結(jié)構方案進行平面布置時，應重視建筑結(jié)構抗側(cè)力體系對稱分布。進行結(jié)構布置應從提高抗傾覆能力和加大扭轉(zhuǎn)度角度出發(fā)。在進行結(jié)構豎向布置時，應盡可能避免出現(xiàn)薄弱層，要求豎向強度、剛度均勻變化及降低房屋重心。通常在結(jié)構外圍布置很多抗震墻，抗側(cè)剛度大的芯筒、抗震墻的位置都是對稱或接近居中。在純框架結(jié)構中，梁應先于柱屈服，即“強柱弱梁”型框架。從平面設計，著重提高復雜平面突變處、房屋四周轉(zhuǎn)角處、各翼相接處的結(jié)構延性。對于相似構件，應提高關鍵部分的構件延性。第一道防線在具有多道抗震線的抗側(cè)力體系中，應著重提高第一道防線的構件延性。對于偏心結(jié)構，加大房屋四周剛度較弱端構件的延性。因此，關鍵部位及關鍵構件具有一定的延性水平和強度，構件的變形能力和承載能力得到充分發(fā)揮，從而提高結(jié)構整體的變形能力、承載能力。

3.4結(jié)構材料

結(jié)構材料對建筑結(jié)構是否具有良好的抗震性能有著至關重要的作用。設計者根據(jù)實際情況，研究結(jié)構體系及建筑形式的同時，應對充分了解所選擇的結(jié)構材料的抗震效果，以便能夠選擇經(jīng)濟適用又抗震效果較好的結(jié)構材料。在進行抗震結(jié)構材料的選擇時，應該注重抗震結(jié)構材料的性能，主要要求如下：具有較好的連接性、較好的延性、構建的連接具有良好的整體、延性系數(shù)高、勻質(zhì)性好。

3.5注重非結(jié)構因素

設計師在抗震建筑設計中，在建筑平面上填充墻應盡可能對稱均勻，關注填充墻對整個結(jié)構抗震性能的影響，避免結(jié)構中心偏移。填充墻沿房屋的豎向應連續(xù)貫通，規(guī)避樓層在填充墻斷開后框架承載力驟降的現(xiàn)象。根據(jù)以往地震造成的破壞來分析，填充墻在眾多鋼筋混泥土結(jié)構中率先被破壞，減小了框架的變形，吸收了地震大部分能量，延遲震害發(fā)生的過程，整體結(jié)構的地震側(cè)移幅度較小，主體受損程度也變小，為人們在地震災害中爭取寶貴的逃生時間，所以說填充墻充當了抗震防線的“第一衛(wèi)士”。

四、結(jié)束語

抗震概念設計貫穿于整個建筑工程。設計者要從根本上解決建筑結(jié)構的薄弱環(huán)節(jié)，應從宏觀角度去進行判斷、選擇、思考，再結(jié)合必要的構造措施和計算，提高建筑結(jié)構整體的抗震性能。在建筑結(jié)構設計時，設計師常常存在思考不足地方，抗震概念設計從實際出發(fā)，彌補了設計漏洞，將建筑結(jié)構設計引入到一條全新道路。傳統(tǒng)的工程結(jié)構設計忽略了建筑結(jié)構傳統(tǒng)的實際情況，過度依賴計算設計結(jié)果，造成建筑抗震效果并不理想。而抗震概念設計的出現(xiàn)，將建筑結(jié)構設計引向了人性化方向，并且拓寬了建筑結(jié)構設計的思路，為建筑抗震設計提供了新的視角，并在實際應用中發(fā)揮了良好作用。近幾年來地震災害給人們的生命財產(chǎn)造成巨大的損失，防震能力在建筑結(jié)構設計中越來越受到重視。因此，作為建筑結(jié)構設計師應將抗震概念設計滲透到工作中的每一個細節(jié)，只有這樣才能使建筑物具有較好的抗震性能。

作者：陸雄 葉錦鵬 何康 單位：浙江地標建筑設計有限公司