結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)方法

【關(guān)鍵字】：概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 抗震

中圖分類號(hào)： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

地震（earthquake），是一種普遍存在地殼快速釋放能量過程中造成振動(dòng)，期間會(huì)產(chǎn)生地震波的一種自然現(xiàn)象。地震是地球內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物,地殼在內(nèi)、外營(yíng)力作用下，集聚的構(gòu)造應(yīng)力突然釋放，產(chǎn)生震動(dòng)彈性波，從震源向四周傳播引起。由于地震作用的隨機(jī)性、復(fù)雜性,地震波波形各異，其對(duì)建筑物的作用各不相同,震對(duì)建筑物的作用與建筑物自身所固有的自振周期、場(chǎng)地土的動(dòng)力特性有關(guān),所產(chǎn)生的破壞程度也各不相同。中國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，2008年5月12日發(fā)生在汶川的5.12大地震，近7萬(wàn)人喪生，1.8萬(wàn)人失蹤，1600萬(wàn)間房屋倒塌，造成了極其慘重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。通過對(duì)建筑地震震害實(shí)例進(jìn)行分析，找到其原因，機(jī)理，并在設(shè)計(jì)中有效減少地震危害，意義重大。抗震設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)方法是指一些在難以作出具體規(guī)定的問題，例如結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的概念，力學(xué)概念以及由震害試驗(yàn)現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀和具體的經(jīng)驗(yàn)等，必須由工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)的措施。未經(jīng)抗震概念設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不能稱其為抗震結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，是以現(xiàn)有科學(xué)水平和經(jīng)濟(jì)條件為前提的。 GB50011 - 2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)抗震概念設(shè)計(jì)的要求更全面、更合實(shí)際的規(guī)定，增加了“不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)”，使得概念設(shè)計(jì)在工程中的應(yīng)用更具體更明確地落到實(shí)處，切實(shí)提高了結(jié)構(gòu)的抗震能力。 規(guī)范的修改說明“概念設(shè)計(jì)”愈來愈受到國(guó)內(nèi)外工程界的普遍重視。

地震及結(jié)構(gòu)所受地震作用機(jī)理，特性復(fù)雜，地震科學(xué)還有許多規(guī)律未被認(rèn)識(shí)�？拐鹪O(shè)計(jì)思路發(fā)展歷程隨著建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)理論研究不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路也經(jīng)歷了一系列的變化。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了從彈性到非線性，從基于經(jīng)驗(yàn)到基于非線性理論，從單純保證結(jié)構(gòu)承載能力的“抗”到允許結(jié)構(gòu)屈服，并賦予結(jié)構(gòu)一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉(zhuǎn)變。 在當(dāng)前抗震理論下形成的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路，其主要內(nèi)容是合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準(zhǔn)的地震作用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，從而確定了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)，制定有效的抗震措施使結(jié)構(gòu)和抗震構(gòu)造措施�，F(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念是基于對(duì)結(jié)構(gòu)非彈性性能的研究上建立起來的，其核心在很大程度上取決于良好“的概念設(shè)計(jì)”。為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震可靠性，建筑抗震概念設(shè)計(jì)主要考慮了以下因素：場(chǎng)地條件；建筑物的平、立面布置及其外形尺寸規(guī)則性要求； 抗震結(jié)構(gòu)體系要求-即抗震結(jié)構(gòu)體系的選取、構(gòu)件的布置以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的規(guī)則分布；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，結(jié)構(gòu)材料與施工質(zhì)量等。

. 場(chǎng)地條件 正確地進(jìn)行建筑場(chǎng)地選擇和場(chǎng)地抗震性能評(píng)價(jià),對(duì)于建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有十分重要的意義。影響建筑物震害的場(chǎng)地因素主要是局部地形特征、地質(zhì)構(gòu)造、地基土性質(zhì)、地下水埋深等幾方面,這些場(chǎng)地條件常常是造成震害顯著差異的重要因素。建筑抗震概念設(shè)計(jì)，選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)劃分對(duì)建筑抗震有利、不利和危險(xiǎn)的地段，選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，對(duì)抗震有利、不利和危險(xiǎn)地段做出綜合評(píng)價(jià)。對(duì)不利地段вμ岢霰蕓要求┍蕓對(duì)建筑抗震不利的地段，當(dāng)無法避開時(shí)，采取有效措施。對(duì)危險(xiǎn)地段，嚴(yán)禁建造甲、乙類的建筑，不應(yīng)建造丙類的建筑。選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地，不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建建筑。建筑基礎(chǔ)與土質(zhì)、強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)邊坡的邊緣應(yīng)留有足夠的距離，其值應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度的高低確定，并采取措施避免地震時(shí)地基基礎(chǔ)破壞。這就考慮了地震因場(chǎng)地條件間接引起結(jié)構(gòu)破壞的原因，諸如地基土的不均勻沉陷、 地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂等等。特別是有液化現(xiàn)象的場(chǎng)地，一定要按規(guī)范避開，加固處理。

建筑物的平、立面布置及其外形尺寸規(guī)則性要求建筑的平立面布置應(yīng)符合概念設(shè)計(jì)的要求，結(jié)構(gòu)體型(平立面)簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的剛度和承載力在平面內(nèi)規(guī)則、對(duì)稱,在豎向則上下連續(xù)且均勻,即在平面、豎向和抗側(cè)力體系上沒有明顯的和實(shí)質(zhì)上的不連續(xù)(突變)。建筑設(shè)計(jì)不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的豎向剛度突交易造成抗震薄弱層（部位），薄弱層可用樓層的實(shí)際承載力與設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力之比來判斷，該比值在總體上應(yīng)保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，避免大的起伏，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。不規(guī)則的建筑物的平、立面布置受力復(fù)雜,結(jié)構(gòu)分析難度大,易造成較多的抗震薄弱部位,在抗震措施處理上難免顧此失彼而留下破壞隱患。而體型規(guī)則的結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單、明確,容易判斷其地震時(shí)的反應(yīng),便于采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。而體型復(fù)雜、特別或嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)則受力復(fù)雜,結(jié)構(gòu)分析難度大,易造成較多的抗震薄弱部位,在抗震措施處理上難免顧此失彼而留下破壞隱患。 如不能避免，也應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施，使我們的設(shè)計(jì)更加完善合理少出問題。麗江地震 512汶川地震中用嚴(yán)重不規(guī)則的方案建筑遭受嚴(yán)重破壞，就是前車之鑒。

抗震結(jié)構(gòu)體系的選取、構(gòu)件的布置以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的規(guī)則分布 抗震結(jié)構(gòu)體系的選取受震級(jí)大小，震中遠(yuǎn)近，場(chǎng)地好壞以及建筑材料，施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等諸多因素影響，是一個(gè)綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，須進(jìn)行周密考慮確定。規(guī)范對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系主要要求是達(dá)到體系受力明確，傳力臺(tái)理，傳力線路不間斷，具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑。.保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震措施合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和延性要求后，就需要通過抗震結(jié)構(gòu)體系的選取、構(gòu)件的布置來保證結(jié)構(gòu)確實(shí)具有所需的延性能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)。系統(tǒng)的構(gòu)件的布置，質(zhì)量的規(guī)則分布措施包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：1.“強(qiáng)柱弱梁”：人為增大柱相對(duì)于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較大；而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，。從而保證框架具有一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。2.“強(qiáng)剪弱彎”：剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力，對(duì)于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會(huì)先發(fā)生剪切破壞。

非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括附屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件如附屬機(jī)械電氣設(shè)備系統(tǒng)，裝飾物如幕墻，圍護(hù)墻和隔墻等。構(gòu)件與其結(jié)構(gòu)主體支座和連接等需符合地震時(shí)對(duì)使用功能的要求。

我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家,建筑抗震很重要.現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件大量涌現(xiàn)，但抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念非常重要，設(shè)計(jì)人員什么時(shí)候都不能丟掉概念而一味地相信計(jì)算機(jī)。不能丟掉概念而一味地相信計(jì)算機(jī)。概念設(shè)計(jì)決定建筑物的抗震性能，如果概念設(shè)計(jì)不適宜于抗震，那么不管多“精密”的計(jì)算也無濟(jì)于事。要在明確結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上合理運(yùn)用。目前我國(guó)在學(xué)習(xí)借鑒世界其他國(guó)家抗震研究成果的基礎(chǔ)上，逐漸形成了自己的大部分內(nèi)容都符合現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念先進(jìn)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念思路，但是也有許多要改進(jìn)的地方，需要我們今后加以完善，通過遵循抗震概念設(shè)計(jì)的原則，使建筑物具有更可靠的抗震性能。

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作者：潘旭（1978.7），男，工程師，撫順建筑工程設(shè)計(jì)院，113006，