文献综述报告--抗震概念设计的认识

文献综述报告

抗震概念设计的认识

1. 前言

自从上世纪70年代提出“抗震概念设计”以来，人们越来越意识到仅靠精确的计算已很难设计出良好的抗震结构了。因抗震不只是要求承载力，还要求有吸收能量的能力（或称延性）。由于地震作用本身的随机性，各种结构之间的差异性以及结构本身的复杂性，加上遭受地震作用后结构破坏机理和破坏过程的复杂性，更是计算设计所无法考虑到的。因此，建筑除了地震作用的设计计算外，还应充分考虑建筑物所应具备的延性和塑性。人们从大量地震灾害调查研究中得知，一个良好的抗震结构必须首先在一开始的总体设计方案上考虑其抗震能力，这样就逐步形成了“抗震概念设计”的思想[1]。一旦明确了抗震设计的思想，会使设计人员更灵活、更恰当地运用抗震设计原则，并不致陷入盲目的计算工作中，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2. 抗震概念设计的含义

概念设计是相对于计算设计而言，是指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，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, 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的一个过程[2]。它着眼于结构的总体地震反应，按照结构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。

3. 抗震概念设计的要求

3.1 场地选择

（1）选择有利地段

选择工程场地时，首先应进行详细的勘察，搞清楚地形、地质、地貌以及地下的情况，挑选对建筑物抗震有利的地段[3]。建筑场地尽可能要求宽阔平坦而且避开斜坡和崖地, 要尽量选择坚实均匀的场地土。微风化和中等风化的基岩, 坚实的砂土层, 不含水的粘土层等都属好的场地土。

（2）避开不利地段

对建筑抗震不利地段提出避开要求, 当无法避开时应采取有效措施。不利地段就是指软弱土、液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩质陡坡、采空区、河岸和边坡边缘, 平面分布有成因、岩性状态明显不均匀的土层等。

(3) 不在危险地段建设[4]

不应在抗震危险地段建造甲、乙、丙类建筑, 建筑抗震危险地段一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及地震断裂带上可能发生地表位错的部位。

3.2 地基和基础设计

地基和基础设计应符合下列要求：

（1）同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上

（2）同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基

（3）地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应的措施[5]。

（4）提高基础的整体性

采用整体性好的基础方案, 使基础、结构能够整体传力, 这对于保证建筑结构的抗震可靠性非常重要, 也可以部分消除基础的不均匀沉降。

3.3 建筑的平立面布置

结构平面布置是指在结构平面图上布置柱和墙的位置以及楼盖的传力方式。从抗震的角度看，其中最主要的是使结构平面的质心（质量中心）和刚心（刚度中心）相重合或者说尽可能的靠近，主要原因是为了减少结构的扭转反应。因此，结构平面布置宜简单、对称和规则[6]。

这样的做法使设计者容易准确计算出地震反应，可以保证地震作用具有明确直接的传递途径，容易采取抗震构造措施和进行细部处理，在地震时不易被破坏；反之，如果房屋体形不规则，平面上凸出凹进，立面上高低错落，在地震时就容易产生震害。3.4 抗震结构体系

3.4.1 结构体系的选择

(1) 在多层砌体房屋中, 宜优先采用横墙承重的结构体系。

(2) 在装修水准较高的高层钢筋混凝土房屋中, 宜采用抗震墙或框架抗震墙结构体系。

(3) 在框架抗震墙砌体房屋的底部, 钢筋混凝土抗震墙优于砌体抗震墙的结构体

系。

(4) 超静定结构优于静定结构, 框架结构优于排架结构, 空间框架结构优于平面框架结构, 刚接框架结构优于半刚接框架和铰接框架结构[7]。

(5) 抗震墙结构优于框架结构, 联肢抗震墙结构优于单肢抗震墙结构。

(6) 钢筋混凝土结构优于砌体结构, 钢筋混凝土弯曲构件优于其剪切构件。

(7) 配筋砌体结构优于无筋砌体结构。

3.4.2 结构的布置

尽可能布置多道抗震防线，因为地震有一定的持续时间，并且会多次反复作用，使得建筑物的结构破坏基本都是丧失了承载力。众所周知，框架结构中柱子倒了梁也会跟着破坏，紧接着导致整个结构产生破坏；而梁破坏了柱却不一定倒，可见柱承担的责任比梁的大[8]。为了保证柱是在最后失效，在结构构件安全的前提下把梁设计成相对薄弱的环节。使梁在破坏前，以最大限度变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线，这就是所说的“强柱弱梁”的概念[9]。在同一类型的构件中，其破坏后果的严重性也不尽相同，也就是“强剪弱弯”的概念了。弯曲破坏是一种延性破坏，是有预兆的现象如开裂或下挠等，而剪切破坏是一种脆性的破坏，没有预兆的，瞬时发生，使人没有防范，所以我们要避免发生剪切破坏！这就是我们设计时要结构达到“强柱弱梁、强剪弱弯”这个目标。人为的控制不利的、更危险的破坏发生。

3.5 结构的整体性

3.5.1 构件间的可靠连接——强节点弱构件

构件的连接既要牢固可靠, 又要有足够的变形能力, 才能保证结构的整体性, 发挥各构件和整个结构的抗震能力。从多次地震灾害调查中我们可以看出, 造成房屋倒塌的最主要和直接的原因之一, 就是构件之间的连接遭到破坏, 结构丧失了整体性, 各个构件尚未发挥其抗震能力之前, 就发生平面外失稳, 或从支承构件上滑脱坠地。所以, 要提高房屋的抗震性能, 保证各个构件的强度能充分发挥, 首要的是加强构件间的连接, 使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。构件连接不破坏、不失效, 整个结构就能始终保持其整体性[10]，这就需要满足“强节点弱构件”的要求了。为了确保结构的整体性。各构件之间的连接必须可靠，符合下列要求。

（1）构件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。