抗震概念设计在结构抗震设计中重要性

现代物业・新建设 2012年第11卷第5期建筑设计 Architectural Design
“抗震概念设计”在结构抗震设计中的重要性
李秋萍
（云天化集团云南云通房地产开发经营有限公司，云南 昆明 650011）
摘 要：地震灾害具有突发性，至今仍很难预测，往往给人类社会造成极其严重的破坏。

切实做好结构抗震设计，提高建筑物抗震能力，是保障国家和人民生命财产安全重要而有效的措施，而“抗震概念设计”在结构抗震设计中就显得极其重要。

关键词：概念设计；结构抗震重要性
中图分类号：TU318+.1 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）05-0068-02
1 引言
抗震概念设计是运用“概念”分析，以工程实际情况和概念设计的基本理论为依据作出判断并采取相应措施。

计算设计是依据一定的结构简化模型进行的抗震数值分析。

概念设计是对结构抗震性能方向性的把握，起主导作用。

计算设计以概念设计为前提，是对概念设计的补充和完善。

地震产生的作用具有不确定性，结构计算的假定与实际情况也存在差异，仅凭“计算设计”很难有效地控制工程结构在地震作用下的薄弱环节，因此不能完全依赖“计算”进行设计。

良好的“概念设计”来自于结构抗震性，从有利于提高结构抗震力的概念上，用符合工程客观规律和本质的方法，对所设计的对象做宏观的控制；概念设计主要决定于设计人员的设计经验，包括掌握地震形成的原理和破坏机理、材料力学、专业设计，并了解由震害试验现象总结出的各种宏观和具体的经验等等。

在设计思路明确的前提下灵活运用抗震设计原理，综合考虑多方面因素，使工作不至陷入盲目的计算，从而做出比较合理有效的结构抗震设计。

《建筑抗震设计规范》（2008版）对概念设计的要求作了更全面、更符合实际的规定，尤其是增加了不规则建筑结构的概念设计，使得概念设计在工程中的应用更具体、明确地落到实处，切实提高了结构的抗震能力。

“抗震概念设计”越来越受到国内外工程界的普遍重视[1]。

2 地震作用下建筑物的破坏
建筑物在强烈地震作用下的破坏机理和过程是一个十分复杂的综合问题。

建筑物的地震倒塌和破坏大致划分为两
[作者简介] 李秋萍（1963- ），四川人，云天化集团云南云通房地产开发经营有限公司经理，中级职称，研究方向：工程管理。

类：一是由地基失效所致，二是结构本身的振动造成。

地基的失效土层通常有软粘土、饱和砂土、粉土等。

地基液化造成建筑物不均匀沉降、倾斜，使建筑物严重开裂，甚至倒塌。

此外，由土体滑动造成的地裂破坏对建筑物也会造成严重影响。

主体承重结构的破坏，尤其是承重力的竖向构件破坏，最容易造成整个构件的倒塌。

有的结构虽然主要承重结构破坏，但由于有相当好的拉结或约束，从而避免了倒塌[2]。

3 抗震概念设计
根据地震作用下建筑物的破坏特点，“抗震概念设计”主要从以下几个方面进行：
3.1 选择对建筑抗震有利的场地和地基
选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。

应选择坚硬土或中硬土场地，宜选择对建筑有利的地段，避开对建筑抗震不利的地段，远离河岸，不跨两类土层，不采用震陷土作为天然地基。

注意场地的局部地块是否有断层,地基土层情况是否有液化。

表土覆盖层土质硬则承载力高、稳定性好，在地震作用下不易产生地基失效，土质越软、厚度越大，则对地震的放大效应也就越大。

对于不利地段，设计人员应提出避开要求，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑，当无法避开不利的或危险的场地时，应采取相应有效的措施。

3.2 合理的结构设置
建筑设计应重视建筑结构的规则性，据研究发现，建筑结构平面及立面规则、对称（抗推构件的核心筒体居中，抗震墙沿房屋周边布置），结构侧向刚度、材料强度和质量分布均匀、连续，建筑物在地震中的破坏就较轻。

反之，建筑物在地震中将会产生严重扭转、抗剪不足而严重破坏。

建筑结构平面及立面的布置应力求简单、规则、对称，并应具有
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良好的整体性，不规则的建筑方案应按规定采取加强措施，对特别不规则的建筑方案应进行研究和论证，采取特别的加强措施，不应采用严重不规则的建筑方案。

应控制好结构的侧向刚度，刚度不宜过大，也不宜太柔，刚度分布应力求均匀、对称，并且沿结构竖向连续均匀，层与层之间刚度不宜相差较大，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变, 出现薄弱层而造成严重破坏或倒塌。

结构受力应明确、传力合理、简单直接、避免过渡，重力或风力作用中心与刚度中心应尽量重合,尽量减小地震荷载所引起的整体扭转力矩及局部应力集中[3]。

3.3 结构必须具有足够的刚度和承载力以及良好的延性
承载能力是最重要的，它是结构可靠度的保证，同样，结构必须具有足够大的侧移刚度和扭转刚度，可以使结构满足小震作用下的侧移和层间变形限值, 避免非结构构件的破坏，特别是不规则框架,一定要设置从上到下贯通连续的有较大刚度和承载力的抗侧力结构。

延性是指构件或结构具有承载力不降低或基本不降低的塑性变形能力，是通过抗震构造措施来保证的，其主要作用是减少地震作用、消耗地震能量。

延性主要体现在抗震设计的基本原则中，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，结构的变形能力主要取决于组成结构的构件及其连接的延性水平，在保证构件延性的同时依照“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”的原则设计。

要求在设计中要控制梁—柱或梁—墙的相对承载力，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱、墙中的塑性铰，对混凝土结构构件（梁、柱、墙）应控制截面尺寸和纵向受力钢筋与箍筋的设置，要求其抗剪能力大于其塑性抗弯的能力，提高构件的抗震能力。

采用构造措施推迟构件在屈服后的剪切破坏，对梁、柱、墙节点应采取强节点、强锚固，保证节点不过早破坏，充分发挥构件塑性铰的作用。

3.4 尽可能设置抵抗地震的多道防线
地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用,适当处理构件强弱关系，使其形成多道防线，是增强结构抗震能力的重要措施。

具体防线分为：第一道防线是指全部结构，其部分结构可能屈服，要求具有良好的延性，有限选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选择轴压比较小的框架柱兼作第一道防线。

第二道防线是由部分结构组成的，它必须具有一定的抗侧刚度及承载力，在第一道防线中某些部分遭受破坏时，第二道防线能形成独立的结构，抵抗总刚度减小后的地震作用。

例如：框架—剪力墙结构的剪力墙为第一道防线，一般都先屈服，框架为第二道防线；填充墙框架结构中，填充墙为第一道防线，框架为第二道防线；单层厂房纵向体系中，柱间支撑为第一道防线，柱为第二道防线。

由于地震的多次往复作用，假如只有一道防线，破坏将过度集中在某些构件上，将会由于损伤积累而导致坍塌。

因此，预见到某些局部属于易毁损结构，应当针对第二道防线的结构做抗震验算，并且第二道防线的结构也要具有延性。

在目前提出的新的抗震概念中，一方面利用赘余杆件的屈服和变形来消耗地震能量；另一方面利用赘余杆件的破坏和退出，使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实行周期的变化，以避免地震动卓越周期长时间持续作用的共振效应。

3.5 提高结构的整体性
结构各构件之间的连接，必须可靠，应符合下列要求：第一，构件节点（主要是梁、柱节点）的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。

第二，预埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。

第三，装配式结构构件的连接，应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。

第四，预应力混凝土构件的预应力钢筋应在节点核心区以外锚固。

第五，装配式单层厂房的各种抗震支撑系统，应保证地震时结构的稳定性。

第六，结构应具有连续性，注重施工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。

4 结束语
综上所述，由于地震活动的复杂性以及结构计算模型的假定与实际工作的差异，使计算设计很难有效地控制结构在地震作用下的薄弱环节，因此不能完全依赖计算。

最重要的是进行全面的分析，预见控制结构的耗能和薄弱环节，找出能支持结构使其不倒塌的关键部位，按照地震运动造成的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题。

既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力。

因此在进行结构抗震设计时，除了必要的计算外，更重要的是抗震概念设计，“抗震概念设计”比“计算设计”更为重要。

作为结构工程师来说，必须使这一理念贯穿于整个结构设计当中，既要严格把握好结构设计的大原则，又要全面考虑诸多因素，最终才能保证设计成果的科学性和严谨性，使国家和人民的生命财产在地震中免受重大损失，这是我们每一位设计师不可推卸的社会责任。

参考文献：
[1] GB50011-2001建筑抗震设计规范（2008年版）[M].北
京：中国建筑工业出版社，2008.
[2] 王亚勇.汶川地震建筑震害启示——抗震概念设计[J].建
筑结构学报，2008.
[3] 李佳峰.建筑抗震[J].中国建筑研究院，2008（3）.
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