浅谈建筑结构的抗震概念设计

浅谈建筑结构的抗震概念设计
摘要：地震的随机性使得结构的抗震设计必须遵循概念设计的原则，从结构整体出发研究场地基础、平立面结构、结构体系、构件在地震作用下反应及其对结构整体的影响，并采取相关措施，提高结构的抗震性能。

关键词：概念设计建筑结构抗震性能
一、引言
抗震设计是结构设计的重点。

但地震发生的随机性、不确定性，加之结构本身地震反应的非线性特征,使我们难以对相关数据做出假设，因此，仅靠计算的“精确”并不能设计出良好的抗震结构,因此,必须重视抗震概念设计。

“概念设计”就是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造,以达到合理抗震设计的目的。

二、抗震概念设计原则
1、选择对抗震有利的场地、地基及基础
建筑物在地震中的破坏首先与场地和地基的地震效应相关，因此，应首先根据工程的需要，对场地地质情况情况进行勘察，掌握地震活动情况，尽可能选择对抗震有利的基岩和接近基岩的密实均匀的坚硬、中硬土地段，避开软弱土、易液化土以及密实不均的地段。

当无法避开时，应采取有效的措施增强建筑物的抗震功能。

对于地基，为了避免地基在地震作用下的不均匀沉降，首先，同一结构单元的基础应设置在性质同一或接近的地基上；其次，当地基为软土、易液化土、新填土时,应采取采取相应的措施；再次，采用整体性好的基础方案,这不仅可消除不均匀沉降，同时使基础、结构能够整体传力,从而保证建筑结构的抗震可靠性。

2、优化平立面结构
为避免建筑物在地震时发生扭转反应导致应力或塑性变形集中，建筑物的结构应简单、规则对称，刚度变化均匀，结构的质量中心和刚度中心以及几何中心尽可能做到“三心合一”，同一结构单元应尽可能使用同一的结构体系。

为了避免抗侧力结构在地震作用下的侧向刚度和承载力突变,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度,宜自上而下逐渐增强,不应采用不规则的设计方案。

如因功能需要等方面原因而不得不采用不规则的结构形式，应选取适当的部
位，根据设防烈度、结构材料种类、结构类型，合理设置防震缝,以形成多个抗侧力单元。

如不设防震缝,应根据实际结构的计算模型,进行抗震分析,估计其局部的应力集中和变形集中及扭转影响,以采取相应的措施提高。

3、选择恰当的结构体系
选择结构体系，应当根据建筑物的抗震设防类别、等级，以及建筑物的高度、场地、地基、材料等因素加以确定。

譬如，多层砌体房屋应优先采用横墙承重的结构体系，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，等等。

不管选择何种结构体系，都应有合理的刚度、必要的抗震承载力、合理的承载力分布、良好的变形能力以及明确的地震作用传递途径，并且为了避免因部分结构的破坏而带来结构整体丧失抗震能力，应当设置多道抗震防线。

据此，我们认为，在结构选型方面，钢砼结构优于砌体结构,在砌体结构中，有配筋优于无筋，超静定结构优于静定结构,框架结构优于排架结构,在框架结构中，空间结构优于平面结构,刚接框架结构优于半刚接框架和铰接框架结构等。

4、提高结构构件的抗震性能，设置合理的破坏机制
砌体结构必须提高结构的延性、抗剪强度以及抗倒塌能力，应设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，对于关键部位、薄弱部位还应采用配筋砌体以提高抗剪强度，同时钢筋混凝土结构构件应合理选择截面尺寸以及适当的纵横向配筋，以提高抗震能力。

为了提高结构整体的抗震性能，对于结构构件还应遵循如下几个原则：首先，节点的承载力应大于其连接构件的承载力；其次，预埋件的锚固承载力应大于其连接件的承载力；第三，各类构件的连接要具有一定的刚度和变形能力。

同时，结构在地震作用下的破坏有多种形式，每一种破坏所带来的损失也不一样，抗震结构设计必须优化破坏顺序，遵循“强柱弱梁，强节弱杆，强剪弱弯”的原则进行设计，以防止结构整体先于结构部分的破坏，从而把损失降到最低。

5、刚度和延性的匹配
一般说来，结构的刚度与其延性成反比关系，刚度大则延性底，但刚度大则意味着承担的地震能量也大，而这恰恰需要结构具有很高的性以消耗地震能量，而延性强，虽然能够很好地消耗地震能力，但却会变形过大而不能继续使用。

要使建筑物有很强的抗倒塌能力，理
想的状况是，结构同时具有较强的抗测力刚度以及较高的延性，但这是理想状况，实际工程中可以选择结构中的重要构件以及某些构件中关键杆件，如，楼房中会出现塑性变形集中的楼层，房屋周边转角处、平面突变处以及复杂平面各翼相接处等，提高他们的延性。

对此，总的原则是：结构部分的延性大于结构整体的延性，具体说来，包含如下几方面内容：重要构件的延性大于结构总体的延性，构件中关键杆件延性大于整个构件的延性，从而使得结构在刚度和延性之间达到某种平衡。

三、结论
概念设计贯穿于结构抗震设计全过程,建筑物的抗震性能如何，主要依赖于结构工程师对结构整体、结构与其周围环境及结构构件的把握与了解所进行的概念设计，只要概念设计合理，结构达到一定的要求，符合一定的原则,便具有较好的抗震性能。

参考文献：
[1]中华人民共和国建设部：《GB50011—2001建筑抗震设计规范》[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]李刚、程耿东：《基于性能的结构抗震设计———理论、方法与应用》[M].北京:科学出版社,2004.。