建筑抗震中结构设计的布置及确定

建筑抗震中结构设计的布置及确定

【摘要】本文针对目前建筑结构设计当中传统思维惯性的现象，提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性，推动结构设计的发展。并对建筑物抗震中“概念设计”的探讨，说明了建筑结构设计中，应如何选择合理的结构方案，如何以“概念设计”来补充“计算设计”，而使得建筑物的抗震设计更加合理。从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

【关键词】建筑抗震；结构设计；概念设计

前言

建筑结构抗震设计中的概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理的抗震设计为目的。建筑结构中的抗震设计是以现有的科学水平和经济条件为前提的。目前地震及结构所受地震作用还有许多规律未被认识，因为建筑物及构筑物在地震作用下的破坏机理和全过程是非常复杂的，要想精确地进行抗震计算也是困难的，据此抗震设计规范gbj—89提出了一个比较新的设计方法——“概念设计”。它打破了依赖“计算设计”来满足工程抗震的要求。实践证明仅靠“计算设计”往往满足不了结构在实际地震作用时要求，因而很大程度上取决于良好的“概念设计”。

通过多年来的设计实践和对建筑结构抗震设计的概念设计原理

的学习，我们认为建筑结构抗震设计中概念设计应主要考虑以下内容：

1.建筑和结构的布置

1.1 建筑结构竖向应力求均匀

建筑结构的竖向应均匀布置，不均匀布置会产生刚度和；强度的突变，引起竖向应力集中或变形集中，从而导致结构的破坏。要想解决好这些问题，应按照建筑抗震设计规范要求，限制收进的尺寸；把复杂的结构；体型变成若干简单的规则钦单元体型，有条件的可以做动力分析；对刚度突变的楼层，应对构件采取加强措施；对柔性层设计中：应配置相应强韧性的结构来承受大的侧向位移或加设抗震墙来补偿抗侧力能力的不足，对于同层柱子刚度不一的；应尽量调整刚度，避免在刚度大的柱子上产生较大的内力。对抗震墙不连续的，规范规定：连续墙刚度不应小于50%，数量不宜少于50%，连续墙的间距不宜大于四开间，且落地抗震墙之间楼盖长宽以及楼盖的厚度均有相应的要求。

1.2 建筑形状力求规则

大家都知道，形状比较简单的建筑在地震作用时破坏较轻，这是因为，形状简单的建筑物，受地震作用时受力性能明确，结构内力分布基本一致。但是，什么样的建筑是简单的，什么样的建筑是复杂的，从建筑上讲是很难区别的。但是有一个基本思路是：凸形的结构不易造成建筑在刚度和强度上的突变而引地震时应力集中和

变形集中；有凹角的结构则容易形成抗震不利或薄弱地方。抗震设计规范对此做了限制，如：房屋的平面突出部分的长度不大于其宽度，且不大于该方向总长度的30%；房屋立面局部收进的尺寸不大于该方向尺寸的25%；由于立面上的形状突变或抗震力构件的变化，

导致建筑竖向刚度的变化，但楼层刚度不小于其相邻上层刚度的70%，且连续三层的刚度降低不超过50%时，应认为是规则的或是比较简单的结构。

1.3 建筑结构应力求对称

对于建筑的平、立面，刚度和质量的分布力求对称，以减少地震产生的扭转，从而导致结构的破坏。这是抗震设计中十分重要的一个原则。在很多设计中，往往由于种种因素不能做到对称分布。如在某设计中一层为车库，二～五层为办公室的建筑，周边构件的强度和刚度不对称，要求一边为敞口，三边为砖墙，这类建筑刚度中心和质量明显不重合，地震时会产生扭转。在这种情况下，应本着这样的处理原则：力求在总体布置上减少刚度偏心；在计算上估计一侧的较大位移，并估计由于在较大位移引起敞口边和垂直于敞口一侧的柱或墙段的内力和变形；加强与敞口处相邻接的横向抗侧力构件的强度和变形能力。

1.4 建筑结构中的防震缝设置

防震缝的位置与建筑体型有着密切的联系，从建筑上讲防震缝的设置直接影响到建筑立面。—防震缝的设置应按建筑结构的实际需要考虑，当建筑形状复杂又不设防震缝时，应选择符合实际的结构计算模型，进行精细抗震分析，估计局部应力和变形集中及扭转影响，判别易损坏部位，采取措施，提高抗震能力；当设防震缝时，应将建筑分成规则的结构单元。

各部分结构的刚度以及质量变化不同的建筑，都应根据具体情况

设置防震缝，而且还要根据结构间的变形多少来确定防震缝的宽度。

1.5 建筑结构中开洞应规则

在建筑结构中由于建筑要求进行开洞，应尽量规则，并在不削弱结构的强度和刚度下进行。如有严重降低最大传力点的开洞，应经计算分析，对应力集中处及最大传力点处配置足够的钢筋；以避免局部提早产生塑性变形集中而破坏。

2.抗震结构的确定

抗震结构是抗震设计考虑的关键问题：结构方案选择是否合理，对结构安全及经济起决定作用。它与地震性质、场地条件、建筑材料施工技术等有关。

2.1 建筑结构与地震性质、场地条件有关

在抗震概念设计中应把地震及其影响的不确定性和规律性相结合起来，了解场地条件的地震危险性等因素，选择的建筑抗震结构方案，其细部构造能具备较好的抗震能力及变形能力，才能达到最佳理想效果。

2.2 建筑结构应具有多道抗震防线

建筑结构抗震设计在概念设计中应考虑多道的抗震设防。多道抗震防线的概念，一是要求结构具有良好的吸收能量的能力；二是要求结构具有尽可能多的赘余度。结构系统的吸能和耗能能力，主要依靠结构或构件在预定部位产生塑性铰。

结构体系应由若干具有延性良好的分部结构组成，各部分结构之

间用联系构件连接，作为结构的“耗能元件”，这种“耗能元件”应进行精细的计算和采取合理的构造措施，使在地震作用下，整个结构不被破坏，同时又能消耗相当的地震能量，从而达到结构及构件“裂而不倒”的设计要求。

2.3 抗震结构必须有良好的“强韧性”

结构有良好的是指在结构有较高的抗侧力强度基础上韧性。满足了这些要求，结构在地震作用中就能充分显示出很好的吸能能力和变形能力。如抗侧力构件就具有很高强度，而框架结构的变形性能比较好，这样组合的结构体系就大大增强了结构的抗震能力。

2.4 建筑结构应避免竖向强度与刚度突变

建筑抗震性能好坏，取决于总体结构的强度、变形和吸能能力等。位间结构屈服强度是指结构各层实际配筋和材料标准强度计算的

抗剪承载力同该层弹性剪力的比值。刚度变化不连续和不均匀的部位，就会产生应力集中，如梁在设计时不考虑加强，使其先于相邻部位进入屈服，在地震反复作用下，塑性变形就会集中，导致结构破坏。屈服强度的变化不均匀，同样将导致塑性变形集中现象。所以在抗震设计中对刚度及强度的突变必须重视，达到总体结构的刚度及强度的均匀和连续性。

3.非结构构件

非结构构件的概念设计是一个重要的问题，如果处理好，将直接提高构件的抗震能力。非结构构件主要有：女儿墙、雨蓬、装饰构件及围护墙体、内隔墙体等。对于女儿墙应采取抗震措施，使女儿