王煉

摘要：隨著現(xiàn)代城市化水平的不斷提高，城市越來越多的建筑物被興建起來，因此人們越來越重視建筑物的結構抗震設計，并且建筑結構抗震設計中的概念設計是對建筑抗震設計的宏觀控制，并且對保證建筑物的結構穩(wěn)定性和保障人們生命財產(chǎn)安全具有重大的意義。在工程的一開始從建筑的場地選擇、平立面形式、結構布置、延性等方面從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié)，再輔以必要的計算和構造措施，就有可能使設計出的房屋建筑具有良好的抗震性能和足夠的抗震可靠度。本文針對建筑物的結構抗震概念進行一系列的論述，希望可以供讀者參看。

關鍵詞：建筑場地；建筑結構；抗震；概念設計

引言

人們越來越重視建筑物的抗震可靠度概念設計，較好的運用抗震概念和原則是結構抗震設計的必要前提，并且建筑抗震工作一直是建筑設計和施工的重點。因此必須重視建筑結構抗震概念設計，要求設計人員須將結構抗震概念設計與計算分析及構造措施有機地結合起來考慮，并且同時也要做好相關方面的其他各項工作，以保證設計構思的實現(xiàn)。

1.建筑物抗震概念設計相關內容

抗震概念設計是抗震設計中的一個主要組成部分，其是基于震害經(jīng)驗建立的抗震基本原則和思想，包括工程結構的總體布置和細部構造。概念設計的基本內容主要有建筑場地選擇；建筑選型與結構布置；設置多道抗震防線；剛度、承載力和延性的匹配；結構整體性的確保；非結構部件處理。

2.影響建筑物結構抗震設計的不確定因素

近年來，我國地震災害事情頻繁發(fā)生，因此做好建筑物抗震性能設計已成為當今社會人們關注的重點課題之一。但是目前我國抗震設計水平遠未達到科學的嚴密程度，這就要求在進行抗震設計時應從大的方面入手，做好抗震概念設計工作；并且通過震害分析加強建筑物的破壞規(guī)律的認識，從而取得了抗震設計經(jīng)驗，確定了結構抗震概念設計的要點。

2.1地面運動不確定性

眾所周知，在地震時的地面運動是多維的，地震動的各個分量對建筑物都起破壞作用。歷次地震中強震儀已經(jīng)多次記錄到地面運動的三個正交平動分量，即一個豎向分量和兩個水平分量，此外還有地面運動的轉動分量。

2.2結構分析影響

在地震概念設計中影響結構動力特性和動力反應的因素有很多，如質量分布的不確定性；基礎與上部結構的協(xié)同作用；節(jié)點的非剛性轉動；偏心、扭轉及P-A效應；柱軸向變形。考慮或不考慮節(jié)點非剛性轉動的影響程度可達5～10%；考慮柱軸向變形，自振周期可能加長15%，加速度反應可能降低8%；考慮P-A效應可能增加位移10%。

2.3材料的影響

混凝土的彈性模量隨著時間及應變程度而改變。隨著時間的增長，混凝土的彈性模量比施工完成后可能降低50%，在應變增大的情況下還可能繼續(xù)降低，這意味著自振周期可能增長25%，減小加速度反應10%。

2.4阻尼的變化

鋼筋混凝土結構阻尼比一般為5%，但當受震松動以后阻尼比可達20-30%，自振周期差異達50%左右。如某項工程中一般阻尼比為10%，但是當收到松動后阻尼比就變成25%，此時的自振周期就為65%。

2.5基礎差異沉降的影響

基礎差異沉降的影響。按一般荷載設計的框架結構，當?shù)卣鹣禂?shù)采用0.10，基礎差異沉降1cm可能造成設計彎矩72%的誤差，而這種誤差在設計中一般未予考慮。

2.6地基承載力

地基承載力?？紤]地震的偶然性以及短期突然加載的影響，在計算地震對地基的影響時，地耐力取值往往提高33-50%，這些數(shù)值都是人為估計，從而也帶來設計上的差異。

3.建筑結構抗震概念設計

3.1選擇合理的場地

在進行建筑物場地選擇時，首先要遵守場地選擇的原則，挑選對建筑抗震有利的地段，盡可能避開對建筑抗震不利的地段；任何情況下均不得在抗震危險地段上，建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟損失的建筑物，避開抗震危險地段，選擇好的抗震場所。

建筑物抗震危險地段一般是指地震時可能發(fā)生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，以及震中烈度為Ⅷ度以上的發(fā)震斷裂帶在地震時可能發(fā)生地表錯位的地段。

發(fā)震斷層：在過去3.5萬年以內曾活動過一次，或在5萬年內活動過兩次的地質構造上的斷層。

非發(fā)震斷層：與當?shù)氐牡卣鸹顒有詻]有成因上聯(lián)系的一般斷層，在地震時一般不會發(fā)生新的錯動，并且地下采空區(qū)屬于危險地段。

不利于抗震的地段：地形上是指條狀突出的山嘴，孤立的山包和山梁的頂部，高差較大的臺地邊緣，非巖質的陡坡，河岸和邊坡的邊緣；從土質上是指軟弱土、以液化土，故河道、斷層破碎帶、暗埋塘濱溝谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的地段。

對于上述不利地段，應提出避開要求；當無法避開時，應采取有效措施。而選擇有利于抗震的場地一般是指位于開闊平坦地帶的堅硬場地土或密實均勻中硬場地土。在選擇高層建筑的場地時，應盡量建在基巖或薄土層上，或應建在具有較大“平均剪切波速”的堅硬場地土上，以減少輸入建筑物的地震能量，從根本上減輕地震對建筑物的破壞作用。

3.2建筑的平立面布置

一幢房屋的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結構布置。建筑的平、立面布置宜規(guī)則、對稱，質量和剛度變化均勻，避免樓層錯層，因為對稱的結構容易估計其地震時的反應，容易采取構造措施和進行細部處理。地震區(qū)的高層建筑，平面以方形、矩形、圓形為好；正六邊形、正八邊形、橢圓形、扇形也可以；不宜采用有較長翼緣的L形、T形、U形、H形、Y形等平面形狀，同時也要注意不規(guī)則的平面類型布局和建筑物的立面布置，在地震區(qū)高層建筑的立面應采用矩形、梯形、三角形等均勻變化的幾何形狀，盡量避免帶有突然變化的階梯形立面。如圖1建筑立面布置圖。

3.3結構選型與結構布置

結構材料的選擇要從抗震角度考慮，作為一種好的結構材料，其結構材料應具備：延性系數(shù)高（如鋼結構）；強度，重力比值大（如輕質高強材料）；勻質性好；正交各向同性（變形相同）；構件的連接具有整體性、連續(xù)性和較好的延性；并能發(fā)揮材料的全部強度。

現(xiàn)在建筑物一般采用混凝土結構，應為其具有現(xiàn)場澆筑，整體性好、就地取材、造價較低、有較好的抗側移剛度和保護非結構構件以及良好的設計可保證結構的延性等優(yōu)點，但是其在周期性往復荷載作用下，剛度因裂縫而降低；構件開裂處鋼筋的塑性拉伸，使裂縫不能閉合；在低往復荷載下，桿件塑性鉸區(qū)混凝土產(chǎn)生反向裂縫導致混凝土破碎，產(chǎn)生永久性的剪切滑移。因此正確認識建筑物抗震機構，才能確保建筑物的穩(wěn)定性。

3.4確保結構的整體性

建筑物的結構應具有連續(xù)性，因此采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，其整體性和連續(xù)性較好，薄弱部位——施工縫；半預制鋼筋混凝土結構應預制樓板端部做成齒槽狀，將少數(shù)肋伸入混凝土墻內，保證整體性。

3.5剛度、承載力和延性的匹配

建筑并不是愈剛愈好，二者應相互匹配，要剛度、承載力要與延性想匹配：①鋼筋混凝土剪力墻體系就是適應這一觀念而設計的，其特點為抗側移剛度大，自振周期較短，地震作用較大；若增加墻厚和數(shù)量、減小橫墻間距，則剛度增加，但地震反應加大。②框架一剪力墻結構可能會因承載力不足而破壞，其自振周期的大小決定于抗震墻的數(shù)量。數(shù)量少而薄，剛度低，周期就長，地震剪力就小，但抗側移能力也低。③就是剛性與延性這對于有框架和抗震墻或由框架和支撐組成的雙重體系中，框架剛度小，承擔的地震剪力小，而彈性極限變形大；墻體或豎向支承剛度大，承擔的地震剪力大，而彈性極限變形??；在往復地震動的作用下，墻體和支承由于彈性變形能力差而出現(xiàn)裂縫、桿件屈曲，水平抗力降低，而此時的結構層問位移角遠小于框架的彈性極限變形值，框架的水平抗力未得到發(fā)揮；由于體系中各抗側力構件的剛度與延性的不匹配，造成各構件不能同步協(xié)調地發(fā)揮水平抗力，出現(xiàn)先后破壞的各個擊破情況。

4.結束語

綜上所述，在面對日益重要的建筑結構抗震設計，以及近年來多發(fā)地震災害，加強建筑物的抗震結構設計已成為目前我國建筑工程建設中的首要任務。因此加強設計人員在日常設計工作中，必須學會熟練運用概念設計，并使這一理念貫穿于結構設計工作的整個過程當中，既要嚴格把握好設計的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設計的科學性和嚴謹性，為社會創(chuàng)造更多精品工程。

參考文獻

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收稿日期：2013-4-24