混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方案初探

王伶燕

（浙江新中環(huán)建筑設(shè)計(jì)有限公司，浙江 西湖 310013）

概念設(shè)計(jì)是經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)的事故分析、試驗(yàn)?zāi)M及對(duì)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié)出來(lái)的，有的概念設(shè)計(jì)要求設(shè)置二道防線，以保障建筑物的安全可靠。人們對(duì)大地震災(zāi)害進(jìn)行總結(jié)后，得出了如下看法：對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，“概念設(shè)計(jì)”比“計(jì)算設(shè)計(jì)”更重要。因?yàn)榈卣鹱饔?、地基土影響、結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性以及計(jì)算模型同實(shí)際情況的差別，“計(jì)算設(shè)計(jì)”難以有效控制地震作用下結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。概念設(shè)計(jì)不僅能夠堅(jiān)持正確的設(shè)計(jì)原則，還可以解決設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提升設(shè)計(jì)水平。實(shí)踐證明，從設(shè)計(jì)開(kāi)始就把握好房屋體形、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、能量輸入、構(gòu)件延性等主要方面，在根本上消除抗震薄弱環(huán)節(jié)，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施，才能具有良好的抗震性能及合格的抗震可靠度。

一、場(chǎng)地與地基的選擇

根據(jù)需要掌握工程地質(zhì)、地震活動(dòng)的相關(guān)資料，對(duì)抗震的有利、不利、危險(xiǎn)地段作出全面評(píng)價(jià)。選擇有利的地段，避開(kāi)不利的地段，無(wú)法避免時(shí)要采用有效措施，不在危險(xiǎn)地段建甲、乙、丙類(lèi)建筑。有利地段指:堅(jiān)硬土，開(kāi)闊、平坦、密實(shí)、均勻的中硬土等。不利地段指:液化土、軟弱土、孤立高聳的山丘、非巖質(zhì)的陡坡、狀態(tài)明顯不均勻的土層等。危險(xiǎn)地段是指：地震時(shí)可能崩塌、滑坡、地裂、地陷、泥石流等地段。

同一結(jié)構(gòu)單元不應(yīng)設(shè)置在截然不同性質(zhì)的地基上；也不能部分采用樁基、部分采用天然地基。當(dāng)?shù)鼗幸夯?、新近填土、軟弱黏土層或?yán)重不均勻土層時(shí)要估計(jì)地震時(shí)地基的不均勻沉降和其他不利因素，并采取應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)建筑物處于截然不同的地基上時(shí),應(yīng)該設(shè)置沉降縫。

大量震害表明，場(chǎng)地條件對(duì)建筑物的震害影響比較大，場(chǎng)地條件影響震害的主要因素是土的堅(jiān)硬程度和場(chǎng)地覆蓋層的厚度。覆蓋層越厚、土越軟,震害則越大，反之越輕。另外，設(shè)計(jì)前應(yīng)初步估計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，且應(yīng)與場(chǎng)地的地震動(dòng)的卓越周期錯(cuò)開(kāi)，避免二者引起共振，使結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)更強(qiáng)。不然要更改房屋類(lèi)型和層數(shù)，使其自振周期與地震卓越周期分離開(kāi)。

二、建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

“建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包括對(duì)建筑平立面的外形尺寸、質(zhì)量分布、承載力分布、抗側(cè)力構(gòu)件布置等多方面的綜合要求。規(guī)則的建筑體現(xiàn)在其體形簡(jiǎn)單；抗側(cè)力體系剛度承載力上下變化均勻、連續(xù)；平面的布置對(duì)稱(chēng)。合理的結(jié)構(gòu)布置和建筑布局在抗震設(shè)計(jì)時(shí)是舉足輕重的。震害調(diào)查及理論分析顯示，對(duì)稱(chēng)、簡(jiǎn)單、規(guī)則的建筑抗震性能強(qiáng)，地震時(shí)不易被破壞；反之，復(fù)雜、不對(duì)稱(chēng)、不規(guī)則的建筑存有抗震薄弱環(huán)節(jié)，在地震時(shí)容易破壞。建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)按照抗震概念設(shè)計(jì)要求，不采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)。只有結(jié)構(gòu)工程師同建筑師互相配合與共同努力時(shí)，設(shè)計(jì)出的建筑才會(huì)具有良好的抗震性能。對(duì)于平立面很不規(guī)則、且體型復(fù)雜的建筑，可以適當(dāng)?shù)脑O(shè)置防震縫，這樣就形成了多個(gè)規(guī)則、簡(jiǎn)單的單元，從而大大提高建筑的抗震能力，且能夠降低抗震設(shè)計(jì)難度。

三、合理的建筑結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，如何確定體系是一個(gè)綜合的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)周密考慮后決定。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)盡可能減少自重，高層建筑中各樓層面板自重約占建筑物地面以上重量40%，因此，減少板的重量是減輕建筑總重的有效途徑，如采用現(xiàn)澆多孔板、密肋樓板等都是很好的辦法。此外，減少結(jié)構(gòu)自重還可以應(yīng)用高強(qiáng)混凝土以減小構(gòu)斷面，輕質(zhì)隔墻、加氣混凝土等輕質(zhì)材料也是很好的選擇。在體形復(fù)雜和不規(guī)則結(jié)構(gòu)中，必須設(shè)置自上而下連續(xù)貫通的有較大承載力和剛度的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。盡量避免扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)有很大危害，也要加大結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)剛度。二者的關(guān)鍵都在于剪力墻的設(shè)置，沿結(jié)構(gòu)外圍布置剛度大的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，有益于抗扭。

抗震結(jié)構(gòu)中，單一體系不如雙重體系，適宜的處理構(gòu)件之間的關(guān)系，形成多道抗震防線，是增強(qiáng)抗震能力的關(guān)鍵措施。結(jié)構(gòu)是由很多構(gòu)件組合而成的整體，是通過(guò)各構(gòu)件相互協(xié)調(diào)來(lái)有效抵抗地震的作用。如果結(jié)構(gòu)因地震作用失去了整體性，那么將不能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗震效果，這樣就容易使結(jié)構(gòu)變成機(jī)動(dòng)體而坍塌。因此，結(jié)構(gòu)的完整性是保障結(jié)構(gòu)各部分在地震作用中協(xié)調(diào)工作的首要條件，保證結(jié)構(gòu)的完整性是抗震概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

四、結(jié)構(gòu)的延性和剛度

建筑物是否抗震，取決于結(jié)構(gòu)能夠吸收的地震能量大小，結(jié)構(gòu)的抗震能力是由承載力和變形能力兩者共同決定的?？拐鹪O(shè)計(jì)里，結(jié)構(gòu)的延性與承載力同等重要，尤其是對(duì)大的地震作用，必須應(yīng)用提升延性的措施。延性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件有承載力不減少或基本不變的變形能力的性能。在“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)計(jì)原則下，結(jié)構(gòu)都應(yīng)設(shè)計(jì)為延性結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)抗震的目標(biāo)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件須具有足夠的承載力，結(jié)構(gòu)及構(gòu)件須具備足夠的延性、剛度和耗能能力。表面上，結(jié)構(gòu)的剛度與構(gòu)件的承載力是為了達(dá)到小震時(shí)的抗震目標(biāo)，而實(shí)質(zhì)上，又與中震、大震時(shí)的抗震目標(biāo)密切聯(lián)系。在合適范圍內(nèi)增加結(jié)構(gòu)剛度，能夠降低結(jié)構(gòu)在大震時(shí)的破壞程度。依靠概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)造使結(jié)構(gòu)體系具備必要的剛度、承載力、穩(wěn)定性和足夠的延性，能夠使建筑具有良好的抗震性能。

結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)地震不斷深入的認(rèn)識(shí)及震害經(jīng)驗(yàn)的累積，抗震概念設(shè)計(jì)也不斷得以補(bǔ)充和深化，同時(shí)也不斷認(rèn)識(shí)到概念設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)中的重要性，雖然之前一直在強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要性,但是抗震計(jì)算也是必不可少的,概念設(shè)計(jì)是抗震計(jì)算的前提和基礎(chǔ)。只有建立在正確的概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上并輔以必要的抗震計(jì)算而完成的抗震設(shè)計(jì)才能使建筑物或構(gòu)筑物具有較可靠的抗震性能。

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