淺談結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)

孫懷春

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)具有基礎(chǔ)性功能，且是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的核心，更統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的全過(guò)程?，F(xiàn)如今，結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的思想也被愈來(lái)愈多的工程師所接受，并在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中發(fā)揮著愈來(lái)愈大的作用。

1 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

首先，由于近幾年經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，科技知識(shí)水平也不斷提升。在越來(lái)越細(xì)的社會(huì)分工下的企業(yè)工作狀態(tài)下，人們將紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)精確運(yùn)算和整體系統(tǒng)的運(yùn)作都逐漸定義為計(jì)算機(jī)的固定功能，而往往忽略非規(guī)范性質(zhì)的手工和思維應(yīng)用方式。因此，概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的重要性被重新提取出來(lái)，更受愈來(lái)愈多建筑行業(yè)學(xué)者的強(qiáng)烈關(guān)注。另外，由于高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及發(fā)生地震時(shí)動(dòng)力的不確定性，使得計(jì)算結(jié)果和實(shí)際相差很大。因此，應(yīng)當(dāng)重視結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)。

其次，概念設(shè)計(jì)存在實(shí)際性和合理性。建筑物作為一個(gè)立體性的實(shí)物，僅僅依靠桌面上計(jì)算的一些資料與數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而概念設(shè)計(jì)恰好彌補(bǔ)了這方面的缺失。概念設(shè)計(jì)主要是經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)理念的整體架構(gòu)，向人們呈現(xiàn)出一份比較真實(shí)的、適用的客觀實(shí)體，從而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。另外，地震時(shí)人們對(duì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)上有很大的局限，又由于一些其他的因素，比如:施工安裝時(shí)的變易性等等，也使得計(jì)算結(jié)果和實(shí)際相差非常大。

然而，如今僅僅依賴數(shù)值計(jì)算得出的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能充分解決現(xiàn)實(shí)中的抗震問(wèn)題。尤其是地質(zhì)特征的差異性等原因，使得很多國(guó)家所制定的抗震規(guī)范存在很大程度上的差異。比如，結(jié)構(gòu)平面或者豎向出現(xiàn)嚴(yán)重不規(guī)則或整體性差，那么僅僅按現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算水平，很難保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。因而，結(jié)構(gòu)工程師在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)特別重視結(jié)構(gòu)規(guī)范及規(guī)程中有關(guān)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的各款規(guī)定，在具體工程設(shè)計(jì)中更不能只重視計(jì)算結(jié)果。只有在運(yùn)用結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，從整體上把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，才能對(duì)計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的判斷，進(jìn)而對(duì)其合理的采用。

再次，概念設(shè)計(jì)能夠全面呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的工作性能，破解隱患。人性化的思維方式經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的探討，不失為一種理性解決問(wèn)題的途徑，相反，過(guò)度的精密運(yùn)算結(jié)果并非對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震有多大好處?？梢?jiàn)，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)始終無(wú)法忽視概念設(shè)計(jì)的重要作用。

現(xiàn)如今，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)，不僅依賴數(shù)值的計(jì)算，還在其中加入了實(shí)際經(jīng)驗(yàn)元素，讓這一設(shè)計(jì)理念即使在區(qū)域差異情況下，也能滿足從事建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，可以說(shuō)結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)在很大程度上比分析計(jì)算更重要。

2 抗震概念設(shè)計(jì)的原則

強(qiáng)烈地震是一種破壞作用很大的自然災(zāi)害。特別是近幾年，由于地震災(zāi)害不斷發(fā)生，建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的研究也提升到一個(gè)新水平，更為建筑設(shè)計(jì)者帶來(lái)了新的問(wèn)題。因此，應(yīng)當(dāng)針對(duì)地震形態(tài)，制定結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的原則，并保證其靈活的運(yùn)用，使建筑物具有可靠的抗震性能。

1)形狀要簡(jiǎn)單。首先，簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)形狀能使建筑結(jié)構(gòu)明了，并且在對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行受力情況分析上也容易把握，在很大程度上保證了受力數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。其次，簡(jiǎn)單的建筑構(gòu)造還減輕了地震對(duì)建筑物的破壞，減少了工程整體的薄弱環(huán)節(jié)，提高了建筑物的整體抗震能力。

2)豎向要均勻。在設(shè)計(jì)上要優(yōu)先考慮豎向均勻，在建筑橫隔層的上下結(jié)構(gòu)比例上要嚴(yán)格控制豎向收進(jìn)尺寸，進(jìn)行具體的豎向受力分析，避免因分隔層導(dǎo)致的承重不均、超標(biāo)。而洞口開(kāi)設(shè)應(yīng)保持規(guī)則整齊，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，避免外力突發(fā)下的剛度突變，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭曲。另外，要保證剛度以及延性，就要同一層面支柱和其他連接結(jié)構(gòu)剛性一致，剛度趨于均衡，增加結(jié)構(gòu)延性，使構(gòu)件更能吸收和發(fā)散地震能量。設(shè)置填充墻時(shí)將墻與柱分開(kāi)，在不影響整體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)下，根據(jù)需要設(shè)置防震縫，進(jìn)而保證其質(zhì)量。

3)整體要合理?；A(chǔ)要符合建筑要求，保證基礎(chǔ)的承載能力完全達(dá)到剛度強(qiáng)度指標(biāo)，與上部構(gòu)件連接可靠。柱體與基礎(chǔ)和隔板到樓蓋的連接上有足夠的剛度和抗力，各部件牢固連接緊密協(xié)同，增強(qiáng)豎向和水平的抗震能力。

4)結(jié)構(gòu)要規(guī)則。結(jié)構(gòu)規(guī)則能保證建筑結(jié)構(gòu)有一個(gè)對(duì)稱的整體布局，包括立體剛度對(duì)稱和外形對(duì)稱，提高建筑抗側(cè)力。并且保證質(zhì)量對(duì)稱，能使建筑物均衡抵御外力，很好的避免重心偏離，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3 提高結(jié)構(gòu)抗震能力的措施

建筑抗震概念設(shè)計(jì)是專家們通過(guò)對(duì)大量建筑地震震害實(shí)例進(jìn)行分析，歸納總結(jié)出來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?？拐鸶拍钤O(shè)計(jì)在地震區(qū)的建筑抗震設(shè)計(jì)中是非常重要的，因而，應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

首先，要合理的布局地震外力能量的傳遞吸收途徑，保證支柱、墻和梁的軸線處于同一平面，從而形成構(gòu)件雙向抗側(cè)力體系。使其在地震作用下呈彎剪破壞，并且塑性屈服盡量產(chǎn)生在墻的底部。而連梁宜在梁端塑性屈服，還有足夠的變形能力。在墻段充分發(fā)揮抗震作用前，按照“強(qiáng)墻弱梁”的原則加強(qiáng)墻肢的承載力，避免墻肢的剪切破壞，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。

其次，要按照抗震等級(jí)對(duì)梁、柱以及墻的節(jié)點(diǎn)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，確保建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下達(dá)到三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。為了保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應(yīng)按照“強(qiáng)剪弱彎”“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構(gòu)造配筋要求，尤其是要加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施。

最后，要設(shè)置多道抗震防線，在某一構(gòu)件損壞吸收部分地震能量后，其他構(gòu)件還能再起到防線作用。另外，要增強(qiáng)建筑的延性，保證構(gòu)件能夠有效吸收地震能量，合理布局構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度。框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要使節(jié)點(diǎn)基本不破壞，那么同一層中各柱兩端的屈服歷程越長(zhǎng)越好。底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應(yīng)當(dāng)使梁、柱端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能分散，充分發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4 結(jié)語(yǔ)

概念設(shè)計(jì)貫穿于抗震設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，目前，“概念設(shè)計(jì)”也愈來(lái)愈受到國(guó)內(nèi)外工程界的普遍重視。要保證抗震概念設(shè)計(jì)的完成，應(yīng)當(dāng)在遵循抗震概念設(shè)計(jì)的原則上，對(duì)其進(jìn)行合理的抗震設(shè)計(jì)，使建筑物具有可靠的抗震性能。達(dá)到建筑物小震不壞，中震可修，大震不倒的要求。

正確的概念設(shè)計(jì)能使結(jié)構(gòu)更加有效，更加安全可靠，更加經(jīng)濟(jì)合理。相信隨著設(shè)計(jì)師概念設(shè)計(jì)水平的提高，我國(guó)的工程抗震技術(shù)也將邁上更高的臺(tái)階。

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