浅谈建筑结构抗震概念设计

浅谈建筑结构抗震概念设计

发表时间：2015-12-17T16:01:14.980Z 来源：《基层建设》2015年16期供稿作者：袁芬

[导读] 浙江省天正设计工程有限公司浙江杭州根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。

袁芬

浙江省天正设计工程有限公司浙江杭州 310012

摘要：建筑工程的质量，直接影响到人们的生命和财产安全。在工程建设中，抗震设计是影响整个工程质量不可缺少的要素之一，因此，必须完善好建筑抗震结构设计的工作。本文主要论述抗震概念设计基本内容，提出建筑抗震结构设计的策略，以供参考。关键词：建筑；抗震；概念设计；策略

1 抗震概念设计基本内容

1.1什么是抗震概念设计：

根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。就是把地震及其影响的不确定性和规律性结合起来，设计时应着眼于结构的总体反应，依据结构破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准侧，从一开始就全面合理地把握好结构设计的本质问题（如把握好总体布置、结构体系、承载能力与刚度分布、结构延性等），顾及关键部位的细节，力求消除结构中的薄弱环节，从根本上保证结构的抗震性能。

1.2抗震概念设计的目标

实际地震的不可预知性，可供分析的地震资料的有限性，目前地震计算手段

的局限性，故重视建筑抗震概念设计，从某种意义上来说，也是对地震理论不完善所采取的弥补措施。抗震概念设计目标：“小震不坏，中震（设防烈度地震）可修，大震不倒”；以及为实现这一目标所采取的“两阶段设计步骤”，即：承载力验算和弹塑性变形验算。

2 建筑抗震结构设计的策略

2.1 采用合理的结构体系

2.1.1 影响结构体系的因素很多，如抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等，还应考虑技术、经济和使用条件等。目前我国比较常用的结构形式有：砖混结构、钢筋混凝土结构、钢- 混凝土组合结构（混合结构）、钢结构。砖混结构以砖墙作为抗侧力构件，在地震力作用下，易发生剪切破坏。混凝土结构包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。在地震力作用下，不同结构形式，不同抗侧力构件，发生不同破坏（剪切变形，弯曲变形）。

2.1.2 结构抗震设计的关键是解决承载力、刚度和延性问题：

1）对于非抗震结构，足够的材料强度和刚度是结构设计需要考虑的问题，而对于抗震结构除了要承担常规荷载外还要承担地震动作用，其材料强度和刚度不是越大越好（如抗弯强度过高不利于抗剪，刚度过大也会加大结构的地震作用），而需要控制在合理的范围内。2）结构体系由各类构件相互连接组成，抗震结构构件应具有必要承载力、合理的刚度、良好的延性、可靠的连接，使相互之间合理均衡。

3）结构构件应具有良好的延性（即变形能力和耗能能力），延性可以增加结构的抗震潜力，增强结构的抗倒塌能力。结构抗震设计的本质就是对结构承载力、刚度和延性的合理把握问题。

2.2 选择合理的平面和立面布置

2.2.1 建筑布置对结构的规则性影响重大，抗震性能良好的建筑，需要建筑师与结构工程师的互相配合。不应采用严重不规则的设计方案，避免采用特别不规则的方案。

2.2.2 建筑形体及其构件布置应避免形成平面和竖向的不规则。平面不规则主要关注的是结构的扭转和水平传力途径的有效性问题，体现在扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续；竖向不规则主要关注薄弱层问题及竖向传力途径的有效性问题，体现在侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变。

2.3 选择合理的结构计算方法进行结构分析

2.3.1 结构分析是结构设计的前提，是结构设计的重要依据性工作，采用合理的计算模型，合理的计算假定，合理选用计算程序，必要时的多模型多程序比较分析等对结构设计关系重大。

2.3.2 目前的地震作用计算方法主要有：

1）高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法；对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。

2）高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法。3）时程分析法作为振型分解反应谱法的补充计算方法。根据结构的规则性，依据相关规范的规定，在多遇地震下进行弹性时程分析，在罕遇地震下进行弹塑性时程分析。

2.3.3 结构抗震设计应根据不同要求，对同一结构布置采取不用的计算假定。比如对结构进行不规则判别，选用在规定的水平力作用下，考虑偶然偏心等。比如配筋设计计算，根据工程具体情况，采用刚性楼板假定、分块刚性楼板假定、弹性楼板假定及零刚度楼板假定，考虑双向地震，框架柱配筋按单向偏心计算或按双向偏心计算等。

2.4 抗震措施及抗震构造措施

2.4.1 抗震措施要求做到“四强、四弱”。

1）强柱弱梁：目的是框架在地震情况下产生梁铰机制，即要求柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全，可能会整体倒塌，后果严重。

2）强剪弱弯：弯曲破坏是延性破坏，是有预兆的——如开裂或下挠等，而剪切破坏是一种脆性破坏，没有预兆，瞬时发生，没有防范，要避免。

3）强节点弱构件：因节点失效意味着与之相连的梁与柱都失效，故要求节点的承载力应高于连接构件。

4）强墙弱连梁：连梁作为消能构件，建议跨高比在2.5~5之间，适宜的连梁刚度，可以吸收部分地震能量，同时又具有一定的变形，具有耗能能力。

2.4.2 抗震构造措施

包括：房屋高度，轴压比，剪压比，边缘构件（构造边缘构件、约束边缘构件），纵筋及箍筋配筋率（最大最小），体积（面积）配箍率，箍筋直径、间距、肢距、加密区等。

2.5 特殊构件（楼梯构件）的抗震设计

2.5.1 楼梯作为重要的疏散工具，在抗震防灾中起着重要作用。地震中楼梯的梯板具有斜撑的受力特点，设计中，应注意楼梯与主体结构之间的相互作用关系。

楼梯对主体结构的影响，取决于楼梯与主体结构的相对刚度比，影响程度取决于主体结构的结构体系：主体结构的刚度越大、整体性越好（如抗震墙、框架抗震墙结构等），楼梯对主体结构的影响越小；而主体结构的刚度越小、整体性越差（如框架结构、装配式楼盖结构、砌体结构等），楼梯对主体结构的影响就越大。

2.5.2 现阶段，对抗震工况下的楼梯设计措施如下：

1）楼梯间的布置应尽量减少其造成的结构平面不规则。

2）楼梯构件与主体结构整体浇筑时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响，应进行楼梯构件的抗震承载力验算。此时应注意两方面：一是楼梯对竖向构件的影响（使竖向构件中间受力，形成短柱或局部错层等）；二是要考虑楼梯的传力需要（楼梯作为水平传力构件之一，应确保其传力及疏散功能的实现）。

3）采取构造措施，减少楼梯构件对主体结构的刚度影响。

a：对结构抗侧刚度大、楼盖整体性好的结构，当楼梯周围有抗震墙（或抗震墙与连梁）围合时，计算中可不考虑楼梯的影响（即楼梯构件不输入模型计算中），而采取有效的构造措施（加配梯跑跨中板顶通长钢筋、抗震墙端柱箍筋加密等）确保楼梯及相应抗震墙端柱的安全。

b：采取将楼梯平台与主体结构脱开的办法，以切断楼梯平台板与主体结构的水平传力途径，使每层楼梯平台板支承载楼面梁上且对结构的刚度贡献降低。避开楼梯框架柱形成短柱。此时要求支承楼梯的梁上小柱按框架柱要求进行抗震设计，与框架柱、楼梯小柱相连的楼梯平台梁按照框架抗震梁的要求进行抗震构造设计。

c：采取在每梯段下端梯板与平台或楼层之间设置水平隔离缝，但此方法对于BT，DT型楼梯受限。d：采取在每梯段下端梯板与平台或楼层之间设置隔震橡胶支座，使得梯板与梯梁之间既可相互滑动，又连为整体。结束语：

总之，想要从整体上提高建筑的抗震性能，要从建筑结构体系选型、抗震计算方法、抗震措施及构造措施、重要组成部分的概念设计等各方面考虑，这样才能够整体的把建筑抗震性能进行提升。

参考文献：

[1]李淑彦.建筑结构抗震设计的要点及方法[J].门窗，2012（08）.

[2]章明.高层建筑结构抗震设计的方法研究[J].江西建材，2012（02）.