概念設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)及應(yīng)用

1、科學(xué)技術(shù)c0NSTRUCTIoN概念設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)及應(yīng)用鄭良本永泰縣建筑設(shè)計(jì)院福建永泰850700摘要：分析了建筑抗震概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，從場地選擇、建筑設(shè)計(jì)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面探討了概忿設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)引言由于地震作用的隨機(jī)性、復(fù)雜性、間接性和偶然性，地震的強(qiáng)度是不可知的，地震對建筑物作用也是多變的，結(jié)構(gòu)在地震作用下表現(xiàn)出極大的復(fù)雜性和計(jì)算假定與實(shí)際情況的不符，因此，在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)上不能完全依賴計(jì)算設(shè)計(jì)

2、，在很大程度上，結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞取決于良好的概念設(shè)計(jì)。1抗震概念設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則所謂概念設(shè)計(jì)，一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以做出精確分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)體現(xiàn)為以下幾個方面：(1)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定由于地震具有偶然性，一味地提高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)

3、，也不符合我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。然而，既有地震資料表明，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不能滿足實(shí)際需求時，往往不可避免造成倒塌或嚴(yán)重破壞，達(dá)不到“小震不壞，中震町修、大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)要求。如唐山市地震前的抗震設(shè)防烈度為6度，而遭受的地震烈度大干9度；而成都的抗震設(shè)防烈度為7度，地震震級67度左右，地震后建筑物損壞較輕，人員傷亡也很少。因此，加強(qiáng)對全國各地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的勘察研究，科學(xué)合理地確定全國各地區(qū)的抗震設(shè)防烈度十分重要。(2)建筑選址城市和建筑選址的科學(xué)

4、性和合理性是避免地震災(zāi)害的關(guān)鍵。我國的大地震帶——南北地震帶上每隔三、四十年左右就會發(fā)生一次7級以上大地震，熏200S年震驚世界的四川汶川地震處于龍門山斷裂帶就在這一地震密集帶。對于特定建筑的選址，同時應(yīng)該選擇對抗震有利的場地及地基，并應(yīng)采取必要的措施來保證地基的穩(wěn)定性。(3)建筑外形設(shè)計(jì)研究表明，簡單建筑外形結(jié)構(gòu)抗震性能最好，而復(fù)雜的如有多出凹凸角的圖形則容易產(chǎn)生應(yīng)力集中或變形集中的薄弱環(huán)節(jié)。在建筑的豎向布置中，如果布置不均勻其結(jié)果即

5、產(chǎn)生剛度、強(qiáng)度的突變，引起豎向的應(yīng)力集中或變形集中。因此，方形、圓形的建筑，平面、立面上均勻、對稱、規(guī)整的建筑滿足概念設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)要求。(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時考慮荷載重心與剛度重心的重合由結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)所帶來的附加荷載是很大的，甚至成為結(jié)構(gòu)計(jì)算的控制因素。因此，在設(shè)計(jì)大中型項(xiàng)目時，總體系的設(shè)計(jì)首先要考慮荷載重心與剛度重心重合問題，盡量減小地震荷載所引起的整體扭轉(zhuǎn)力矩。(5)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施避免出現(xiàn)薄弱層注意構(gòu)件的延性性能，遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎

6、、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”等設(shè)計(jì)原則，加強(qiáng)薄弱部位，注意鋼筋的錨固長度，使結(jié)構(gòu)在發(fā)生不協(xié)調(diào)變形時，能夠從整體上調(diào)整應(yīng)力的傳遞，以減小裂縫。(6)注鶯非結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)如果建筑的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如門窗、隔墻、同護(hù)墻、吊頂、玻璃幕墻、室內(nèi)設(shè)備設(shè)施等設(shè)計(jì)不當(dāng)，由于地震作用下同樣會帶來破壞和損失。而一般的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件并不是由結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行抗震分析和設(shè)計(jì)，因此在地震中其破壞概率要比同一建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件高的多。概念設(shè)計(jì)則應(yīng)考慮到這一影響建筑抗震性能的重要因素，進(jìn)行全面的抗

7、震設(shè)計(jì)。2概念沒計(jì)的應(yīng)用(1)場地選擇建筑場地盡可能要求寬闊平坦而且避開斜坡和崖地，要盡量選擇堅(jiān)實(shí)均勻的場地。避開不利地段如軟弱土、液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣等。地基為軟質(zhì)粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻土?xí)r，應(yīng)估計(jì)地震時地基的不均勻沉降或其它不利影響并采取相應(yīng)措施。(2)建筑設(shè)計(jì)除上述外形盡量選擇簡單的方形或圓形的平、立面圖形外，平、立面剛度和質(zhì)量的分布也應(yīng)該對稱。避免豎向的不均勻，

8、如豎向收進(jìn)問題、柔性底層框架、同一層間的柱子剛度不同、抗震墻的不連續(xù)、填充墻設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致框架柱不連續(xù)，等。建筑洞口如門、窗、管道等的開設(shè)應(yīng)該整齊。否則易造成應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)。防震縫的設(shè)置應(yīng)根據(jù)建筑物的體型、結(jié)構(gòu)體系等具體情況區(qū)別對待。(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)強(qiáng)柱弱梁。在設(shè)計(jì)中對柱端組合的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以柱端彎矩放大系數(shù)來保證柱端彎矩大于梁端彎矩，使結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠?qū)崿F(xiàn)總體屈服機(jī)制，利用水平桿件的變形來耗能。2)強(qiáng)剪弱彎?？刂茦?gòu)件的破壞形

9、態(tài)，使構(gòu)件在地震中能夠發(fā)生延性較好的彎曲破壞而非延性較差的剪切破壞，構(gòu)件的受剪承載力應(yīng)大于構(gòu)件在彎曲屈服時實(shí)際達(dá)到的剪力值。3)、柱軸壓比限制。限制柱的軸壓比而實(shí)現(xiàn)大偏心受壓下產(chǎn)生彎曲破壞，同時柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低，尤其在軸壓比較高情況下增加箍筋對改變柱變形能力并沒有明顯作用。4)強(qiáng)壓弱拉。梁由于柱的“位移延性比”隨軸壓比增大而急劇下降，并且在高軸壓比時增加箍筋數(shù)量以不能提高柱的延性，因此過分的限制軸壓比來提高其延性也欠妥

10、。超筋梁雖配置過多受拉鋼筋，但由于其應(yīng)力低于屈服點(diǎn)，不能充分發(fā)揮作用而造成浪費(fèi)，且破壞始于受壓區(qū)混凝土的壓碎，鋼筋仍處于彈性工作階段，裂縫開展不寬，延伸不高，無明顯預(yù)兆。5)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件。對框架節(jié)點(diǎn)核心部位箍筋的最大間距、最小直徑及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍特征值及體積配箍率給予約束，防止節(jié)點(diǎn)部位斜裂縫，或發(fā)生破壞進(jìn)一步引起梁端或柱端鋼筋在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)錨固失敗導(dǎo)致梁鉸機(jī)制不能形成。3結(jié)語概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的目的是力求設(shè)計(jì)方案安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，是一

11、個優(yōu)化的過程。結(jié)構(gòu)工程師不要過多依賴計(jì)算程序，而應(yīng)從場地選擇、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、平立面布置、結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件連接等各方面去研究設(shè)計(jì)，有效控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的薄弱環(huán)節(jié)，達(dá)到建筑抗震的目的。參考文獻(xiàn)：【l】王四清汶川地震帶給我們的啟示——談建筑抗震概念設(shè)計(jì)中外建筑2008(9)[2WJ紅粱，高潔討論規(guī)范中的幾個概念設(shè)計(jì)問題結(jié)構(gòu)工程師，2009(3)萬方數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)c0NSTRUCTIoN概念設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)及應(yīng)用鄭良本永泰縣建筑設(shè)計(jì)院

12、福建永泰850700摘要：分析了建筑抗震概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，從場地選擇、建筑設(shè)計(jì)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面探討了概忿設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)引言由于地震作用的隨機(jī)性、復(fù)雜性、間接性和偶然性，地震的強(qiáng)度是不可知的，地震對建筑物作用也是多變的，結(jié)構(gòu)在地震作用下表現(xiàn)出極大的復(fù)雜性和計(jì)算假定與實(shí)際情況的不符，因此，在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)上不能完全依賴計(jì)算設(shè)計(jì)，在很大程度上，結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞取決于良好的概念設(shè)計(jì)。1抗震概念設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則所謂概念設(shè)計(jì)，

13、一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以做出精確分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)體現(xiàn)為以下幾個方面：(1)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定由于地震具有偶然性，一味地提高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)，也不符合我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。然而，既有地震資料表明，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不能滿足實(shí)際需求時，往往不可

14、避免造成倒塌或嚴(yán)重破壞，達(dá)不到“小震不壞，中震町修、大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)要求。如唐山市地震前的抗震設(shè)防烈度為6度，而遭受的地震烈度大干9度；而成都的抗震設(shè)防烈度為7度，地震震級67度左右，地震后建筑物損壞較輕，人員傷亡也很少。因此，加強(qiáng)對全國各地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的勘察研究，科學(xué)合理地確定全國各地區(qū)的抗震設(shè)防烈度十分重要。(2)建筑選址城市和建筑選址的科學(xué)性和合理性是避免地震災(zāi)害的關(guān)鍵。我國的大地震帶——南北地震帶上每隔三、四十年左右就會發(fā)生一

15、次7級以上大地震，熏200S年震驚世界的四川汶川地震處于龍門山斷裂帶就在這一地震密集帶。對于特定建筑的選址，同時應(yīng)該選擇對抗震有利的場地及地基，并應(yīng)采取必要的措施來保證地基的穩(wěn)定性。(3)建筑外形設(shè)計(jì)研究表明，簡單建筑外形結(jié)構(gòu)抗震性能最好，而復(fù)雜的如有多出凹凸角的圖形則容易產(chǎn)生應(yīng)力集中或變形集中的薄弱環(huán)節(jié)。在建筑的豎向布置中，如果布置不均勻其結(jié)果即產(chǎn)生剛度、強(qiáng)度的突變，引起豎向的應(yīng)力集中或變形集中。因此，方形、圓形的建筑，平面、立面上均

16、勻、對稱、規(guī)整的建筑滿足概念設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)要求。(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時考慮荷載重心與剛度重心的重合由結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)所帶來的附加荷載是很大的，甚至成為結(jié)構(gòu)計(jì)算的控制因素。因此，在設(shè)計(jì)大中型項(xiàng)目時，總體系的設(shè)計(jì)首先要考慮荷載重心與剛度重心重合問題，盡量減小地震荷載所引起的整體扭轉(zhuǎn)力矩。(5)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施避免出現(xiàn)薄弱層注意構(gòu)件的延性性能，遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”等設(shè)計(jì)原則，加強(qiáng)薄弱部位，注意鋼筋的錨固長度，使結(jié)構(gòu)在發(fā)生不協(xié)調(diào)變形時，能

17、夠從整體上調(diào)整應(yīng)力的傳遞，以減小裂縫。(6)注鶯非結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)如果建筑的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如門窗、隔墻、同護(hù)墻、吊頂、玻璃幕墻、室內(nèi)設(shè)備設(shè)施等設(shè)計(jì)不當(dāng)，由于地震作用下同樣會帶來破壞和損失。而一般的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件并不是由結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行抗震分析和設(shè)計(jì)，因此在地震中其破壞概率要比同一建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件高的多。概念設(shè)計(jì)則應(yīng)考慮到這一影響建筑抗震性能的重要因素，進(jìn)行全面的抗震設(shè)計(jì)。2概念沒計(jì)的應(yīng)用(1)場地選擇建筑場地盡可能要求寬闊平坦而且避開斜坡和崖地，要盡量

18、選擇堅(jiān)實(shí)均勻的場地。避開不利地段如軟弱土、液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣等。地基為軟質(zhì)粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻土?xí)r，應(yīng)估計(jì)地震時地基的不均勻沉降或其它不利影響并采取相應(yīng)措施。(2)建筑設(shè)計(jì)除上述外形盡量選擇簡單的方形或圓形的平、立面圖形外，平、立面剛度和質(zhì)量的分布也應(yīng)該對稱。避免豎向的不均勻，如豎向收進(jìn)問題、柔性底層框架、同一層間的柱子剛度不同、抗震墻的不連續(xù)、填充墻設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致框

19、架柱不連續(xù)，等。建筑洞口如門、窗、管道等的開設(shè)應(yīng)該整齊。否則易造成應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)。防震縫的設(shè)置應(yīng)根據(jù)建筑物的體型、結(jié)構(gòu)體系等具體情況區(qū)別對待。(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)強(qiáng)柱弱梁。在設(shè)計(jì)中對柱端組合的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以柱端彎矩放大系數(shù)來保證柱端彎矩大于梁端彎矩，使結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠?qū)崿F(xiàn)總體屈服機(jī)制，利用水平桿件的變形來耗能。2)強(qiáng)剪弱彎。控制構(gòu)件的破壞形態(tài)，使構(gòu)件在地震中能夠發(fā)生延性較好的彎曲破壞而非延性較差的剪切破壞，構(gòu)件的受剪承載力應(yīng)大于

20、構(gòu)件在彎曲屈服時實(shí)際達(dá)到的剪力值。3)、柱軸壓比限制。限制柱的軸壓比而實(shí)現(xiàn)大偏心受壓下產(chǎn)生彎曲破壞，同時柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低，尤其在軸壓比較高情況下增加箍筋對改變柱變形能力并沒有明顯作用。4)強(qiáng)壓弱拉。梁由于柱的“位移延性比”隨軸壓比增大而急劇下降，并且在高軸壓比時增加箍筋數(shù)量以不能提高柱的延性，因此過分的限制軸壓比來提高其延性也欠妥。超筋梁雖配置過多受拉鋼筋，但由于其應(yīng)力低于屈服點(diǎn)，不能充分發(fā)揮作用而造成浪費(fèi)，且破壞始于

21、受壓區(qū)混凝土的壓碎，鋼筋仍處于彈性工作階段，裂縫開展不寬，延伸不高，無明顯預(yù)兆。5)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件。對框架節(jié)點(diǎn)核心部位箍筋的最大間距、最小直徑及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍特征值及體積配箍率給予約束，防止節(jié)點(diǎn)部位斜裂縫，或發(fā)生破壞進(jìn)一步引起梁端或柱端鋼筋在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)錨固失敗導(dǎo)致梁鉸機(jī)制不能形成。3結(jié)語概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的目的是力求設(shè)計(jì)方案安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，是一個優(yōu)化的過程。結(jié)構(gòu)工程師不要過多依賴計(jì)算程序，而應(yīng)從場地選擇、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、平立面布置、結(jié)