建筑结构抗震概念设计

浅谈建筑结构抗震概念设计
摘要：文章通过对建筑结构抗震“概念设计”的研究，从场地选择、地基基础设计、平立面布置、结构体系等方面进行了论述，明确了“概念设计”的原则和要求，以达到合理抗震设计的目的。

关键词:概念设计，结构抗震，结构体系
强烈地震是一种破坏作用很大的自然灾害，会导致建筑物发生严重破坏，使结构丧失整体性、承重构件强度破坏和地基失效。

目前对建筑物的地震破坏机理和过程还没有充分认识，因此要进行精确的抗震计算是很困难的。

人们通过总结大地震灾害经验，提出了建筑结构抗震的“概念设计”。

所谓概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，灵活运用抗震设计原则，既能注意总体布置上的大原则，又能顾及到关键部位的细节，从而达到合理抗震设计的目的。

根据概念设计原理，在进行抗震设计时，要考虑的主要因素有:（1）场地、地基和基础;（2）建筑平立面;（3）结构体系;（4）非承重结构构件和主体结构的关系;（5）材料的选择和施工质量。

一、选择对抗震有利的场地、地基和基础
（一）建筑场地选择
选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。

1．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．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。

3．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。

（二）地基和基础设计
1．同一结构单元不宜设计在性质截然不同的地基土上。

2．同一结构单元不宜部分采用天然地基，部分采用桩基。

3．地基为软质粘性土、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。

4．同一结构单元的基础埋置深度宜相同。

5．地下室宜在整个结构单元设置，不宜设置局部地下室。

6．同一结构单元的桩基不宜部分采用端承桩，部分采用摩擦桩。

桩的材料、截面、桩顶标高和桩尖土层等宜相同，桩基承台宜埋入地下。

7．基础（桩承台）四周填土应分层夯实或原坑浇筑混凝土。

二、选择对抗震有利的建筑平面和立面
1．建筑结构布置应尽量使房屋成为规则结构，不应采用严重不规则的设计方案。

不规则结构即使在地面平动分量作用下，也会发生扭转振动，从而造成严重的震害。

不规则结构使结构分析复杂化，
计算结果与实际差别较大，不同软件计算结果差别较大，很难满足规范的有关要求。

2．建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀避免楼层错层，并应具有良好的整体性。

建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力物件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

3．体型复杂，平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当的部位设置防震缝。

当不设防震缝时，应选取符合实际的计算模型，进行较精细的抗震分析，估计其局部应力和变形集中及扭转影响，判明其易损部位，并采取加强和提高抗震能力的措施，切忌连而不牢。

当设置防震缝时，应将房屋分割成独立规则的结构单元，切忌分而不清。

防震缝与伸缩缝、沉降缝应综合考虑协调布置。

三、选择技术经济合理的抗震结构体系
抗震结构体系，应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基基础、材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。

（一）选择建筑结构体系
（1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；（2）宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力；（3）应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力；（4）宜具有合理的刚度和强度分布，避免
因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；（5）结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。

（二）选择抗震结构的构件
（1）砌体结构构件应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱或采用配筋砌体和组合砌体等，以改善结构的抗震能力；（2）混凝土结构构件应合理地选择尺寸、配置纵向钢筋和箍筋，应避免剪切先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固粘结先于构件破坏；（3）钢结构构件应合理控制尺寸，防止局部或整个构件失稳。

（三）设计结构各构件之间连接
（1）构件节点的强度不应低于其连接构件的强度；（2）预埋件的锚固强度不应低于连接件的强度，预应力混凝土构件的预应力钢筋宜在节点核心区以外锚固；（3）装配式结构的连接，应能保证结构的整体性。

四、处理好非承重结构构件和主体结构的关系
在抗震设计中，处理好非承重结构构件和主体结构的关系，可防止附加震害，减少损失。

附属结构构件应与主体结构有可靠的连接或锚固，避免倒塌伤人或砸坏重要设备。

围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利或有利影响，应避免不合理的设置而导致主体结构的破坏。

例如，框架或厂房柱间的填充墙不到顶，使这些柱子变成短柱而极易破坏。

幕墙、装饰贴面、吊挂件应与主体有可靠连接，以免地震时脱落伤人。

五、注意材料的选择
抗震结构在材料选用、施工质量，特别是材料的代用上有其特殊的要求，这是抗震施工中一个十分重要的问题，在抗震设计和施工中应当引起足够的重视。

抗震结构对材料和施工质量的特别要求，应在设计文件中注明。

结构材料性能指标应符合以下最低要求:（1）黏土砖强度等级不应低于mu10，其砌筑砂浆强度等级不应低于m5；（2）混凝土小型砌块强度等级不应低于mu7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于
m7.5；（3）混凝土强度等级，抗震等级为一级的框架梁、柱和节点不应低于c30，构造柱、芯柱、圈梁和基础（桩除外）不应低于c20，其他各类构件不应低于c20；（4）钢筋的强度等级，纵向钢筋宜采用二级，三级变形钢筋，箍筋宜采用一级，二级热轧钢筋，构造柱、芯柱可采用一级或二级钢筋。

六、结语
掌握概念设计，将有助于明确抗震设计思想，灵活恰当地运用抗震设计原则，不致陷于盲目的计算工作，为抗震计算创造有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况，从而做到比较合理地进行抗震设计。

参考文献
[1]gb50011-2001. 建筑抗震设计规范[s]．中国建筑工业出版社,2001.。