概念設計在建筑抗震設計中的體現(xiàn)及應用

1、科學技術c0NSTRUCTIoN概念設計在建筑抗震設計中的體現(xiàn)及應用鄭良本永泰縣建筑設計院福建永泰850700摘要：分析了建筑抗震概念設計的特點，從場地選擇、建筑設計度結構設計等方面探討了概忿設計的具體應用。關鍵詞：概念設計；抗震設計引言由于地震作用的隨機性、復雜性、間接性和偶然性，地震的強度是不可知的，地震對建筑物作用也是多變的，結構在地震作用下表現(xiàn)出極大的復雜性和計算假定與實際情況的不符，因此，在結構的抗震設計上不能完全依賴計算設計

2、，在很大程度上，結構抗震性能的好壞取決于良好的概念設計。1抗震概念設計的準則所謂概念設計，一般指不經數(shù)值計算，尤其在一些難以做出精確分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結構體系與分體系間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。概念設計的特點體現(xiàn)為以下幾個方面：(1)抗震設防標準的設定由于地震具有偶然性，一味地提高抗震設防標準不科學

3、，也不符合我國的經濟實力。然而，既有地震資料表明，抗震設防標準不能滿足實際需求時，往往不可避免造成倒塌或嚴重破壞，達不到“小震不壞，中震町修、大震不倒”的抗震設計要求。如唐山市地震前的抗震設防烈度為6度，而遭受的地震烈度大干9度；而成都的抗震設防烈度為7度，地震震級67度左右，地震后建筑物損壞較輕，人員傷亡也很少。因此，加強對全國各地區(qū)地質構造的勘察研究，科學合理地確定全國各地區(qū)的抗震設防烈度十分重要。(2)建筑選址城市和建筑選址的科學

4、性和合理性是避免地震災害的關鍵。我國的大地震帶——南北地震帶上每隔三、四十年左右就會發(fā)生一次7級以上大地震，熏200S年震驚世界的四川汶川地震處于龍門山斷裂帶就在這一地震密集帶。對于特定建筑的選址，同時應該選擇對抗震有利的場地及地基，并應采取必要的措施來保證地基的穩(wěn)定性。(3)建筑外形設計研究表明，簡單建筑外形結構抗震性能最好，而復雜的如有多出凹凸角的圖形則容易產生應力集中或變形集中的薄弱環(huán)節(jié)。在建筑的豎向布置中，如果布置不均勻其結果即

5、產生剛度、強度的突變，引起豎向的應力集中或變形集中。因此，方形、圓形的建筑，平面、立面上均勻、對稱、規(guī)整的建筑滿足概念設計抗震設計要求。(4)結構設計時考慮荷載重心與剛度重心的重合由結構扭轉所帶來的附加荷載是很大的，甚至成為結構計算的控制因素。因此，在設計大中型項目時，總體系的設計首先要考慮荷載重心與剛度重心重合問題，盡量減小地震荷載所引起的整體扭轉力矩。(5)采取相應的構造措施避免出現(xiàn)薄弱層注意構件的延性性能，遵循“強柱弱梁、強剪弱彎

6、、強節(jié)點弱桿件”等設計原則，加強薄弱部位，注意鋼筋的錨固長度，使結構在發(fā)生不協(xié)調變形時，能夠從整體上調整應力的傳遞，以減小裂縫。(6)注鶯非結構抗震設計如果建筑的非結構構件如門窗、隔墻、同護墻、吊頂、玻璃幕墻、室內設備設施等設計不當，由于地震作用下同樣會帶來破壞和損失。而一般的非結構構件并不是由結構工程師進行抗震分析和設計，因此在地震中其破壞概率要比同一建筑的結構構件高的多。概念設計則應考慮到這一影響建筑抗震性能的重要因素，進行全面的抗

7、震設計。2概念沒計的應用(1)場地選擇建筑場地盡可能要求寬闊平坦而且避開斜坡和崖地，要盡量選擇堅實均勻的場地。避開不利地段如軟弱土、液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖質陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣等。地基為軟質粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土時，應估計地震時地基的不均勻沉降或其它不利影響并采取相應措施。(2)建筑設計除上述外形盡量選擇簡單的方形或圓形的平、立面圖形外，平、立面剛度和質量的分布也應該對稱。避免豎向的不均勻，

8、如豎向收進問題、柔性底層框架、同一層間的柱子剛度不同、抗震墻的不連續(xù)、填充墻設置不當導致框架柱不連續(xù)，等。建筑洞口如門、窗、管道等的開設應該整齊。否則易造成應力集中的薄弱環(huán)節(jié)。防震縫的設置應根據(jù)建筑物的體型、結構體系等具體情況區(qū)別對待。(3)結構設計1)強柱弱梁。在設計中對柱端組合的彎矩設計值應乘以柱端彎矩放大系數(shù)來保證柱端彎矩大于梁端彎矩，使結構在地震作用下能夠實現(xiàn)總體屈服機制，利用水平桿件的變形來耗能。2)強剪弱彎。控制構件的破壞形

9、態(tài)，使構件在地震中能夠發(fā)生延性較好的彎曲破壞而非延性較差的剪切破壞，構件的受剪承載力應大于構件在彎曲屈服時實際達到的剪力值。3)、柱軸壓比限制。限制柱的軸壓比而實現(xiàn)大偏心受壓下產生彎曲破壞，同時柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低，尤其在軸壓比較高情況下增加箍筋對改變柱變形能力并沒有明顯作用。4)強壓弱拉。梁由于柱的“位移延性比”隨軸壓比增大而急劇下降，并且在高軸壓比時增加箍筋數(shù)量以不能提高柱的延性，因此過分的限制軸壓比來提高其延性也欠妥

10、。超筋梁雖配置過多受拉鋼筋，但由于其應力低于屈服點，不能充分發(fā)揮作用而造成浪費，且破壞始于受壓區(qū)混凝土的壓碎，鋼筋仍處于彈性工作階段，裂縫開展不寬，延伸不高，無明顯預兆。5)強節(jié)點弱桿件。對框架節(jié)點核心部位箍筋的最大間距、最小直徑及節(jié)點核心區(qū)配箍特征值及體積配箍率給予約束，防止節(jié)點部位斜裂縫，或發(fā)生破壞進一步引起梁端或柱端鋼筋在節(jié)點核心區(qū)錨固失敗導致梁鉸機制不能形成。3結語概念設計概念設計的目的是力求設計方案安全、可靠、經濟、合理，是一

11、個優(yōu)化的過程。結構工程師不要過多依賴計算程序，而應從場地選擇、地基基礎設計、平立面布置、結構體系、構件連接等各方面去研究設計，有效控制結構在地震作用下的薄弱環(huán)節(jié)，達到建筑抗震的目的。參考文獻：【l】王四清汶川地震帶給我們的啟示——談建筑抗震概念設計中外建筑2008(9)[2WJ紅粱，高潔討論規(guī)范中的幾個概念設計問題結構工程師，2009(3)萬方數(shù)據(jù)科學技術c0NSTRUCTIoN概念設計在建筑抗震設計中的體現(xiàn)及應用鄭良本永泰縣建筑設計院

12、福建永泰850700摘要：分析了建筑抗震概念設計的特點，從場地選擇、建筑設計度結構設計等方面探討了概忿設計的具體應用。關鍵詞：概念設計；抗震設計引言由于地震作用的隨機性、復雜性、間接性和偶然性，地震的強度是不可知的，地震對建筑物作用也是多變的，結構在地震作用下表現(xiàn)出極大的復雜性和計算假定與實際情況的不符，因此，在結構的抗震設計上不能完全依賴計算設計，在很大程度上，結構抗震性能的好壞取決于良好的概念設計。1抗震概念設計的準則所謂概念設計，

13、一般指不經數(shù)值計算，尤其在一些難以做出精確分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結構體系與分體系間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。概念設計的特點體現(xiàn)為以下幾個方面：(1)抗震設防標準的設定由于地震具有偶然性，一味地提高抗震設防標準不科學，也不符合我國的經濟實力。然而，既有地震資料表明，抗震設防標準不能滿足實際需求時，往往不可

14、避免造成倒塌或嚴重破壞，達不到“小震不壞，中震町修、大震不倒”的抗震設計要求。如唐山市地震前的抗震設防烈度為6度，而遭受的地震烈度大干9度；而成都的抗震設防烈度為7度，地震震級67度左右，地震后建筑物損壞較輕，人員傷亡也很少。因此，加強對全國各地區(qū)地質構造的勘察研究，科學合理地確定全國各地區(qū)的抗震設防烈度十分重要。(2)建筑選址城市和建筑選址的科學性和合理性是避免地震災害的關鍵。我國的大地震帶——南北地震帶上每隔三、四十年左右就會發(fā)生一

15、次7級以上大地震，熏200S年震驚世界的四川汶川地震處于龍門山斷裂帶就在這一地震密集帶。對于特定建筑的選址，同時應該選擇對抗震有利的場地及地基，并應采取必要的措施來保證地基的穩(wěn)定性。(3)建筑外形設計研究表明，簡單建筑外形結構抗震性能最好，而復雜的如有多出凹凸角的圖形則容易產生應力集中或變形集中的薄弱環(huán)節(jié)。在建筑的豎向布置中，如果布置不均勻其結果即產生剛度、強度的突變，引起豎向的應力集中或變形集中。因此，方形、圓形的建筑，平面、立面上均

16、勻、對稱、規(guī)整的建筑滿足概念設計抗震設計要求。(4)結構設計時考慮荷載重心與剛度重心的重合由結構扭轉所帶來的附加荷載是很大的，甚至成為結構計算的控制因素。因此，在設計大中型項目時，總體系的設計首先要考慮荷載重心與剛度重心重合問題，盡量減小地震荷載所引起的整體扭轉力矩。(5)采取相應的構造措施避免出現(xiàn)薄弱層注意構件的延性性能，遵循“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱桿件”等設計原則，加強薄弱部位，注意鋼筋的錨固長度，使結構在發(fā)生不協(xié)調變形時，能

17、夠從整體上調整應力的傳遞，以減小裂縫。(6)注鶯非結構抗震設計如果建筑的非結構構件如門窗、隔墻、同護墻、吊頂、玻璃幕墻、室內設備設施等設計不當，由于地震作用下同樣會帶來破壞和損失。而一般的非結構構件并不是由結構工程師進行抗震分析和設計，因此在地震中其破壞概率要比同一建筑的結構構件高的多。概念設計則應考慮到這一影響建筑抗震性能的重要因素，進行全面的抗震設計。2概念沒計的應用(1)場地選擇建筑場地盡可能要求寬闊平坦而且避開斜坡和崖地，要盡量

18、選擇堅實均勻的場地。避開不利地段如軟弱土、液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖質陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣等。地基為軟質粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土時，應估計地震時地基的不均勻沉降或其它不利影響并采取相應措施。(2)建筑設計除上述外形盡量選擇簡單的方形或圓形的平、立面圖形外，平、立面剛度和質量的分布也應該對稱。避免豎向的不均勻，如豎向收進問題、柔性底層框架、同一層間的柱子剛度不同、抗震墻的不連續(xù)、填充墻設置不當導致框

19、架柱不連續(xù)，等。建筑洞口如門、窗、管道等的開設應該整齊。否則易造成應力集中的薄弱環(huán)節(jié)。防震縫的設置應根據(jù)建筑物的體型、結構體系等具體情況區(qū)別對待。(3)結構設計1)強柱弱梁。在設計中對柱端組合的彎矩設計值應乘以柱端彎矩放大系數(shù)來保證柱端彎矩大于梁端彎矩，使結構在地震作用下能夠實現(xiàn)總體屈服機制，利用水平桿件的變形來耗能。2)強剪弱彎?？刂茦嫾钠茐男螒B(tài)，使構件在地震中能夠發(fā)生延性較好的彎曲破壞而非延性較差的剪切破壞，構件的受剪承載力應大于

20、構件在彎曲屈服時實際達到的剪力值。3)、柱軸壓比限制。限制柱的軸壓比而實現(xiàn)大偏心受壓下產生彎曲破壞，同時柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低，尤其在軸壓比較高情況下增加箍筋對改變柱變形能力并沒有明顯作用。4)強壓弱拉。梁由于柱的“位移延性比”隨軸壓比增大而急劇下降，并且在高軸壓比時增加箍筋數(shù)量以不能提高柱的延性，因此過分的限制軸壓比來提高其延性也欠妥。超筋梁雖配置過多受拉鋼筋，但由于其應力低于屈服點，不能充分發(fā)揮作用而造成浪費，且破壞始于

21、受壓區(qū)混凝土的壓碎，鋼筋仍處于彈性工作階段，裂縫開展不寬，延伸不高，無明顯預兆。5)強節(jié)點弱桿件。對框架節(jié)點核心部位箍筋的最大間距、最小直徑及節(jié)點核心區(qū)配箍特征值及體積配箍率給予約束，防止節(jié)點部位斜裂縫，或發(fā)生破壞進一步引起梁端或柱端鋼筋在節(jié)點核心區(qū)錨固失敗導致梁鉸機制不能形成。3結語概念設計概念設計的目的是力求設計方案安全、可靠、經濟、合理，是一個優(yōu)化的過程。結構工程師不要過多依賴計算程序，而應從場地選擇、地基基礎設計、平立面布置、結