建筑抗震概念設(shè)計(jì)探討

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一、工程建筑抗震概念設(shè)計(jì)必要性

概念設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用。結(jié)構(gòu)工程師除了在一定的建筑空間運(yùn)用概念設(shè)計(jì)完成整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，還要考慮規(guī)避不同結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件與結(jié)構(gòu)之間問(wèn)題的出現(xiàn)。概念設(shè)計(jì)應(yīng)用重要性的體現(xiàn)如下：

（1）現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)存在很多不可計(jì)算的地方，從而這樣的設(shè)計(jì)方案很難滿足設(shè)計(jì)需求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)中對(duì)概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用，可以很好的解決計(jì)算理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在不可計(jì)算的缺陷。

（2）在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的最初階段，其設(shè)計(jì)過(guò)程不能依靠計(jì)算機(jī)完成。結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)自身掌握的知識(shí)，綜合運(yùn)用概念設(shè)計(jì)中隱含的設(shè)計(jì)概念確定性價(jià)比最優(yōu)的方案。

（3）通過(guò)計(jì)算機(jī)的分析計(jì)算所得結(jié)果具有高精度的特點(diǎn)，盲目相信計(jì)算機(jī)計(jì)算的結(jié)果，對(duì)其不合理性與錯(cuò)誤性有所忽視，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安生隱患。概念設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師從實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)需求出發(fā)，綜合考慮各種因素，可以破除結(jié)構(gòu)工程師對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的盲目信賴，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展和革新具有重要的推動(dòng)作用。

二、建筑抗震概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是從設(shè)計(jì)概念出發(fā)，是有組織、順序、目標(biāo)的設(shè)計(jì)活動(dòng)，涵蓋了設(shè)計(jì)活動(dòng)整個(gè)過(guò)程即用戶需求分析到完整設(shè)計(jì)方案產(chǎn)品的過(guò)程。概念設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)方法，貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，其體現(xiàn)出了從具體到清晰、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從模糊到清晰的不斷變化的過(guò)程。防震概念設(shè)計(jì)是按照地震災(zāi)害多發(fā)帶與建筑工程基本情況等形成的設(shè)計(jì)思想與基本原則，是細(xì)微構(gòu)造和整體結(jié)構(gòu)安排的設(shè)計(jì)活動(dòng)，從最初的防震想法到防震建筑結(jié)構(gòu)形成整個(gè)過(guò)程都涉及概念設(shè)計(jì)。由于建筑結(jié)構(gòu)模型預(yù)知的情況和現(xiàn)實(shí)情況存在一定差別，地震發(fā)生和破壞作用具有不確定性與復(fù)雜性。因此，很難對(duì)建筑物遇到地震的參數(shù)與特性進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)活動(dòng)?；谶@樣的情形，工程抗震并不能完全依靠計(jì)算機(jī)的模擬設(shè)計(jì)來(lái)解決，而是要從概念設(shè)計(jì)出發(fā)。

三、抗震概念設(shè)計(jì)的原則

3.1建筑設(shè)計(jì)應(yīng)注重場(chǎng)地的選擇

地基土就是場(chǎng)地范圍內(nèi)的場(chǎng)地土，根據(jù)以往地震災(zāi)害表面，場(chǎng)地土剛度大比剛度小的，場(chǎng)地土上的建筑損壞程度較小，震害指數(shù)小。場(chǎng)地選擇深度一般選擇地下15m，平面大小相當(dāng)于自然村或一個(gè)廠區(qū)的大小。另外位于軟土之上且具有較長(zhǎng)周期的高層建筑，與位于硬土上相比，軟土輸入的能量要大的多。如果有條件時(shí)，從減少地震能量輸入角度來(lái)說(shuō)，選擇在堅(jiān)硬場(chǎng)地土對(duì)防震有很大好處。

3.2設(shè)置多道防線

在建筑的抗震設(shè)計(jì)中，不論選擇那種結(jié)構(gòu)體系以及哪種材料，都應(yīng)該對(duì)多道抗震防線進(jìn)行設(shè)置。通常來(lái)說(shuō)。每一次發(fā)生的地震時(shí)間都不盡相同，有長(zhǎng)有短。如果發(fā)生的地震時(shí)間長(zhǎng)，那么連續(xù)的強(qiáng)脈沖會(huì)對(duì)高層建筑產(chǎn)生重復(fù)的沖擊，產(chǎn)生累積式的破壞；如果建筑采用的是單結(jié)構(gòu)體系，只設(shè)置了一道抗震防線，那么只要發(fā)生第一次破壞，那么連續(xù)而來(lái)的地震就會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生破壞，但是如果建筑物設(shè)置了多道防震體系，那么即使第一道防線受到破壞，那么第二道、第三道以及后來(lái)的防震體系也可以對(duì)建筑產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。在實(shí)際過(guò)程中已經(jīng)采用這種抗震設(shè)計(jì)概念，是一種對(duì)付地震強(qiáng)度高的經(jīng)濟(jì)有效的方法。

3.3合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型與布置

為了減少地震破壞造成的影響，應(yīng)保持重量分布均勻且適當(dāng)?shù)臏p輕房屋重量，在結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行平面布置時(shí)，應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系對(duì)稱分布。進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置應(yīng)從提高抗傾覆能力和加大扭轉(zhuǎn)度角度出發(fā)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)豎向布置時(shí)，應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)薄弱層，要求豎向強(qiáng)度、剛度均勻變化及降低房屋重心。通常在結(jié)構(gòu)外圍布置很多抗震墻，抗側(cè)剛度大的芯筒、抗震墻的位置都是對(duì)稱或接近居中。在純框架結(jié)構(gòu)中，梁應(yīng)先于柱屈服，即“強(qiáng)柱弱梁”型框架。從平面設(shè)計(jì)，著重提高復(fù)雜平面突變處、房屋四周轉(zhuǎn)角處、各翼相接處的結(jié)構(gòu)延性。對(duì)于相似構(gòu)件，應(yīng)提高關(guān)鍵部分的構(gòu)件延性。第一道防線在具有多道抗震線的抗側(cè)力體系中，應(yīng)著重提高第一道防線的構(gòu)件延性。對(duì)于偏心結(jié)構(gòu)，加大房屋四周剛度較弱端構(gòu)件的延性。因此，關(guān)鍵部位及關(guān)鍵構(gòu)件具有一定的延性水平和強(qiáng)度，構(gòu)件的變形能力和承載能力得到充分發(fā)揮，從而提高結(jié)構(gòu)整體的變形能力、承載能力。

3.4結(jié)構(gòu)材料

結(jié)構(gòu)材料對(duì)建筑結(jié)構(gòu)是否具有良好的抗震性能有著至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際情況，研究結(jié)構(gòu)體系及建筑形式的同時(shí)，應(yīng)對(duì)充分了解所選擇的結(jié)構(gòu)材料的抗震效果，以便能夠選擇經(jīng)濟(jì)適用又抗震效果較好的結(jié)構(gòu)材料。在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)材料的選擇時(shí)，應(yīng)該注重抗震結(jié)構(gòu)材料的性能，主要要求如下：具有較好的連接性、較好的延性、構(gòu)建的連接具有良好的整體、延性系數(shù)高、勻質(zhì)性好。

3.5注重非結(jié)構(gòu)因素

設(shè)計(jì)師在抗震建筑設(shè)計(jì)中，在建筑平面上填充墻應(yīng)盡可能對(duì)稱均勻，關(guān)注填充墻對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，避免結(jié)構(gòu)中心偏移。填充墻沿房屋的豎向應(yīng)連續(xù)貫通，規(guī)避樓層在填充墻斷開(kāi)后框架承載力驟降的現(xiàn)象。根據(jù)以往地震造成的破壞來(lái)分析，填充墻在眾多鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)中率先被破壞，減小了框架的變形，吸收了地震大部分能量，延遲震害發(fā)生的過(guò)程，整體結(jié)構(gòu)的地震側(cè)移幅度較小，主體受損程度也變小，為人們?cè)诘卣馂?zāi)害中爭(zhēng)取寶貴的逃生時(shí)間，所以說(shuō)填充墻充當(dāng)了抗震防線的“第一衛(wèi)士”。

四、結(jié)束語(yǔ)

抗震概念設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)建筑工程。設(shè)計(jì)者要從根本上解決建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)從宏觀角度去進(jìn)行判斷、選擇、思考，再結(jié)合必要的構(gòu)造措施和計(jì)算，提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師常常存在思考不足地方，抗震概念設(shè)計(jì)從實(shí)際出發(fā)，彌補(bǔ)了設(shè)計(jì)漏洞，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引入到一條全新道路。傳統(tǒng)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)忽略了建筑結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的實(shí)際情況，過(guò)度依賴計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果，造成建筑抗震效果并不理想。而抗震概念設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引向了人性化方向，并且拓寬了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路，為建筑抗震設(shè)計(jì)提供了新的視角，并在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了良好作用。近幾年來(lái)地震災(zāi)害給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失，防震能力在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來(lái)越受到重視。因此，作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)將抗震概念設(shè)計(jì)滲透到工作中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，只有這樣才能使建筑物具有較好的抗震性能。

作者：陸雄 葉錦鵬 何康 單位：浙江地標(biāo)建筑設(shè)計(jì)有限公司