論用“概念設(shè)計(jì)”方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)

胡凈明

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院重慶分院 重慶市江北區(qū) 401120）

論用“概念設(shè)計(jì)”方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)

胡凈明

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院重慶分院 重慶市江北區(qū) 401120）

考慮地震動(dòng)影響的專業(yè)設(shè)計(jì)就是抗震設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)是國(guó)家和人民生活中的大事，有嚴(yán)格的法律規(guī)定、方針、政策和科學(xué)理論。我國(guó)按建筑的重要性，將建筑劃分為甲、乙、丙、丁四類，并確定了相應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家規(guī)定在抗震設(shè)防區(qū)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿在每一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的全過(guò)程中。因此作為項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)的建筑師，承擔(dān)抗震設(shè)計(jì)就是當(dāng)然的使命，而不僅僅是與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合的問(wèn)題。

概念設(shè)計(jì)；抗震；建筑

前言

地震是一種自然現(xiàn)象。主要成因是有火山地震、塌陷地震和構(gòu)造地震三種，其中以構(gòu)造地震破壞性大，影響面廣，頻繁發(fā)生，約占破壞性地震的95%以上。地表下某處發(fā)生地震時(shí)，巖石破裂錯(cuò)動(dòng)，釋放出巨大的能量，它以體波（縱波和橫波）、面波（瑞雷波和樂(lè)甫波）兩類波動(dòng)形式在地球本體內(nèi)及沿地球表面，從震源向各個(gè)方向面?zhèn)鞑?，形成了地面?qiáng)烈的震動(dòng)，地震發(fā)生時(shí)間短，造成的災(zāi)害、次生災(zāi)害往往是十分嚴(yán)重的。世界各國(guó)都普遍建立巨大的監(jiān)測(cè)和防御地震的網(wǎng)站系統(tǒng)，每年能記錄到的可感地震達(dá)十幾萬(wàn)次，每年發(fā)生的有破壞性地震至少十幾次。中國(guó)地震表采用12級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判別地震影響程度的大小，同時(shí)還給出了表征地震力大小的兩個(gè)物理標(biāo)準(zhǔn)量——加速度和速度峰值，作為建筑抗震設(shè)計(jì)的工程數(shù)據(jù)。地震烈度在Ⅵ度及以上時(shí)，己產(chǎn)生不同程度的危及人們正常生活的震害。我國(guó)規(guī)定Ⅵ度及Ⅵ度以上區(qū)為抗震設(shè)防區(qū)。我國(guó)百萬(wàn)人口以上城市個(gè)數(shù)的87.5%，五百個(gè)大中城市的74.5%，中小城市的80%都處在抗震設(shè)防區(qū)。下面就用“概念設(shè)計(jì)”方法進(jìn)行如何進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

1 多層砌體房屋

本類房屋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：脆性結(jié)構(gòu)；自振周期短，約0.1～ 0.4s，地震作用大，計(jì)算中地震影響系數(shù)取最大值；墻的抗拉、剪強(qiáng)度低，節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)差。在地震發(fā)生后震害大，破壞率很高。根據(jù)這些特點(diǎn)，其抗震技術(shù)措施主要為以下幾點(diǎn)：

（1）嚴(yán)格限制房屋的層數(shù)及高度，以減弱地震作用；保證抗震墻最大間距不超過(guò)規(guī)范限值；優(yōu)先采用承重墻，盡可不用縱墻承重體系；縱橫墻布置均勻?qū)ΨQ，平面不錯(cuò)位，上下層對(duì)齊，樓層標(biāo)高盡量一致，合理地設(shè)置防震縫。

（2）采取有效的構(gòu)造措施，加強(qiáng)整體性，提高延性

①在震害嚴(yán)重、連接較弱易于應(yīng)力集中的部位沿全高設(shè)置構(gòu)造柱（砌塊房屋為芯柱），并協(xié)調(diào)設(shè)置鋼筋混凝土現(xiàn)澆圈梁。設(shè)構(gòu)造柱的部位應(yīng)按設(shè)防烈度的不同可選擇在外墻四角、錯(cuò)層部位、橫墻與外墻交接處，較大的洞口兩側(cè)，樓（電）梯問(wèn)四角橫墻與外墻交接處等部位；圈梁應(yīng)現(xiàn)澆在樓（屋）蓋與墻體交接處及基礎(chǔ)頂面，設(shè)置的道數(shù)根據(jù)烈度大小可有適量的調(diào)整，圈梁在平面內(nèi)要交圈閉合；

②墻體內(nèi)設(shè)置拉結(jié)筋，獨(dú)立磚柱頂部應(yīng)在兩主軸方向設(shè)可靠的連接；

③樓（屋）蓋板與墻體應(yīng)有可靠的連接；如有足夠的擱置長(zhǎng)度采用現(xiàn)澆板，按烈度不同加設(shè)附加鋼筋等；

④在平面剛度突變的樓梯間等處重點(diǎn)加強(qiáng)。

2 多層和高層鋼筋混凝土房屋

本類房屋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：彈性——彈塑性結(jié)構(gòu)，由墻、柱數(shù)量布置部位及型式的不同可分為框架體系、抗震墻體系；框架——抗震墻體系，簡(jiǎn)體體系，其地震影響系數(shù)根據(jù)場(chǎng)地類別，近震、遠(yuǎn)震及結(jié)構(gòu)的自振周期，按地震影響曲線確定不同的等級(jí)；本類房層在多屋和高層建筑中有廣泛的應(yīng)用。由此本類房屋的抗震技術(shù)措施主要有以下各點(diǎn)：

（1）注重結(jié)構(gòu)的總體概念高度：即要有適宜的剛度，并充分認(rèn)識(shí)和掌握結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制和塑化過(guò)程，避免產(chǎn)生樓層破壞機(jī)制；平面形狀盡量規(guī)則、簡(jiǎn)單，實(shí)在無(wú)法避免時(shí)要注意加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)；豎向應(yīng)避免過(guò)大的外挑和內(nèi)收；設(shè)計(jì)中選擇梁作為主要的耗能構(gòu)件，保證結(jié)構(gòu)有好的延性，嚴(yán)格做到“強(qiáng)柱弱梁”，“強(qiáng)剪弱彎”，“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”；有意識(shí)地對(duì)不同構(gòu)件給予大小不同可靠度，以滿足有多道防線的設(shè)計(jì)原則。

（2）應(yīng)根據(jù)不同的建筑高度選用不同的結(jié)構(gòu)體系，并嚴(yán)格符合該種體系允許的房屋高寬比及符合規(guī)范規(guī)定的樓（屋）蓋類型；按照?qǐng)龅赝令悇e和基本烈度確定各類結(jié)構(gòu)托體系中墻架的抗震等級(jí)。

（3）框架結(jié)構(gòu)體系中框架宜為雙向設(shè)置。高層房屋中應(yīng)為雙向剛接體系，控制梁的軸壓比，控制梁的相對(duì)受壓區(qū)高度限值，并保證梁的截面尺寸和適當(dāng)加強(qiáng)梁的抗剪能力，避免出現(xiàn)短柱；梁柱中箍筋按規(guī)范加密，節(jié)點(diǎn)有可靠的抗剪能力。

（4）抗震墻體系中抗震墻應(yīng)沿主要軸線方向設(shè)置，單片墻截面高度不宜過(guò)大，宜為“高墻”，以保持好的延性，避免小墻肢；抗震墻要有合適的間距和數(shù)量，其剛度、強(qiáng)度從底到頂應(yīng)連續(xù)，逐漸減小，避免突變。在溫度變化大，受力比較大，比較復(fù)雜的部位要重點(diǎn)加強(qiáng)。抗震墻盡可能設(shè)置邊緣構(gòu)件如翼柱、暗柱等。抗震墻上的門窗洞口應(yīng)上下對(duì)齊，無(wú)法對(duì)齊時(shí)應(yīng)采用暗框架加強(qiáng)。

（5）框架——抗震墻體系中，抗震墻應(yīng)“均勻、分散、對(duì)稱、周邊”布置，數(shù)量和間距要適度并滿足抗震墻最大問(wèn)距的要求?？拐饓Ω髌瑒偠炔灰颂?，各片間距剛度不能相差懸殊；抗震墻一般應(yīng)布置在重力荷截較大處，平面形狀變化處，樓（電）梯間?？拐饓ψ詈貌贾贸擅拷M都有兩個(gè)對(duì)稱軸的圖形。當(dāng)建筑需要部分橫向抗震墻底層架空時(shí)，其落地抗震墻數(shù)目不宜小于全部橫向抗震墻數(shù)目的50%。

（6）筒體體系中要加強(qiáng)角柱，在外框筒上開洞面積不宜過(guò)大，以不超過(guò)墻面的50%為宜。注重構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

3 底層框架抗震墻砌體房屋與底部?jī)蓪涌蚣芸拐饓ζ鲶w高度房屋

本兩類房屋的共同點(diǎn)是抗震性能差，震害多發(fā)生在底部，震害為“上輕下重”，抗震性能甚至低于同高度的多層磚房，均為上、下不同材料的混合承重房屋，對(duì)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)敏感。兩類不同點(diǎn)在于底為一層時(shí)豎向剛度變化要緩和，底部為二層比底部為一層時(shí)彎曲變形增加其上部磚房支底部為框，墻的傾覆力矩在同高度條件時(shí)減小，兩類房屋各有優(yōu)缺點(diǎn)，這兩類房屋的抗震技術(shù)措施主要為以下幾點(diǎn)：

（1）嚴(yán)格限制總高度及層數(shù)（底部二層時(shí)Ⅸ度區(qū)不作）。

（2）底部抗震墻應(yīng)沿兩個(gè)方向布置，其數(shù)量應(yīng)滿足與上層的剛度比值在一定的范圍內(nèi)，抗震墻應(yīng)布置在上層磚房有磚抗震墻軸線處。

（3）平面不規(guī)則或質(zhì)量差異較大的房屋，應(yīng)通過(guò)設(shè)置防震縫將房屋劃分為規(guī)則、均勻獨(dú)立的單元。

（4）轉(zhuǎn)換層樓蓋采用現(xiàn)澆。

（5）上部砌體內(nèi)設(shè)構(gòu)造柱、現(xiàn)澆圈梁，其設(shè)置數(shù)量、部位形式與多層砌體房屋相同。

4 鋼筋混凝土柱排架廠房

本類房屋由剛性橫梁與柱較接，有單跨、多跨、等高、不等高多種形式，多設(shè)有吊車，屋蓋分重型和輕型兩類，具有較好的抗震性能。其抗震技術(shù)措施主要有以下幾點(diǎn)：

（1）平立面布置要規(guī)則、簡(jiǎn)單，多跨時(shí)盡量采用等高，毗屋布置適當(dāng)，Ⅸ度時(shí)不采用突出的天窗，廠房中內(nèi)部平臺(tái)或剛性隔斷宜與廠房主體脫開，端部宜設(shè)屋架（梁），山墻不宜承重。

（2）布置合適的防震縫。

（3）合理的結(jié)構(gòu)選型，優(yōu)先采用輕型有柃屋蓋，如壓型鋼板等。

（4）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件間可靠的連接。

（5）圍護(hù)墻與柱、高跨封墻、懸墻與柱要有可靠的連接。

（6）根據(jù)設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別，屋蓋類型，廠房跨數(shù)，屋架跨度、屋架形式，天窗設(shè)置和廠房單元長(zhǎng)度確定和設(shè)置必需的屋蓋和柱間支撐系統(tǒng)。

（7）當(dāng)有內(nèi)隔墻、內(nèi)隔問(wèn)等內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，宜采用輕質(zhì)隔墻，并宜與排架脫開。當(dāng)不能脫開時(shí)，應(yīng)采用螺栓作柔性連接。

5 單層磚柱和混合排架廠房

本類房屋因磚砌體屬脆性材料，延性小，在Ⅷ、Ⅸ度區(qū)震害嚴(yán)重，破壞率較高。但因其造價(jià)低，可就地取材，施工方便，仍常用于食堂、倉(cāng)庫(kù)、輔助車問(wèn)、小跨度廠房。其抗震技術(shù)措施為：

（1）盡量采用邊柱為組合柱，中柱為鋼筋混凝土柱的混合排架廠房。

（2）縱向磚柱柱列與柱同時(shí)咬砌的磚抗震墻，而不宜用交叉支撐。

（3）兩端設(shè)承重墻，橫墻，內(nèi)隔墻宜做成抗震墻。

（4）在柱頂處沿房屋外墻及承重內(nèi)墻設(shè)現(xiàn)澆閉合圈梁，Ⅷ、Ⅸ度時(shí)還應(yīng)沿墻高每隔3～4m增設(shè)圈梁一道。（5）設(shè)置必需的屋蓋支撐系統(tǒng)。

6 多層內(nèi)框架磚體房屋

本類房屋承重結(jié)構(gòu)由砌體與鋼筋混凝土兩種性能不同的材料組成，抗震性能較差，抗破壞能力比多層磚房低，抗倒塌能力比多層磚房高。磚墻部分中，頂層縱墻最薄弱，其次是底層橫墻和山墻。單排柱的內(nèi)框架房屋比多排柱破壞率要高，層數(shù)多的比層數(shù)少的破壞要重，頂層設(shè)空曠房屋時(shí)多倒塌。其抗震技術(shù)措施主要為：

（1）平面力求簡(jiǎn)單，最好為矩形，或以矩形為單元利用防震縫分隔組合成的平面圖形，立面不宜有局部突出，布置在中段的樓梯間橫墻宜延伸貫通房屋全寬。

（2）抗震橫墻宜不開洞或少開，小開洞口，并宜在內(nèi)柱列適當(dāng)布置內(nèi)縱墻作為縱向抗震墻；控制外墻開洞率，窗間墻應(yīng)等寬，一個(gè)開間宜采用一個(gè)大窗洞。

（3）內(nèi)框架應(yīng)采用橫向框架承重體系，內(nèi)框架宜現(xiàn)澆，除外墻節(jié)點(diǎn)外，均應(yīng)采用剛接。內(nèi)框架最好為多排柱，當(dāng)采用單排柱時(shí)，外墻可根據(jù)烈度大小采用磚——混凝土組合柱；多排柱時(shí)邊跨度宜小于中跨度；內(nèi)框架柱宜到頂，屋蓋應(yīng)采用現(xiàn)澆或裝配整體式屋蓋。

（4）設(shè)置構(gòu)造柱和現(xiàn)澆圈梁并應(yīng)較多層砌體結(jié)構(gòu)從嚴(yán)。

7 單層空曠房屋

本類房屋平面多不規(guī)則，豎向高低不齊，且多不宜用防震縫分隔，抗震設(shè)計(jì)復(fù)雜易產(chǎn)生震害。其主要的抗震技術(shù)措施為（以影劇院為例）：

（1）大廳與前后廳之間當(dāng)采用砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土屋蓋時(shí)不應(yīng)設(shè)防震縫；大廳與前廳之間設(shè)有挑臺(tái)時(shí)不應(yīng)設(shè)防震縫；大廳與后廳之間舞臺(tái)口處可設(shè)防震縫，并設(shè)雙墻；大廳與側(cè)廳，后廳與裙房之間允許設(shè)防震縫，但宜設(shè)雙墻。

（2）大廳部分屋蓋宜采用輕型，有條件地允許采用十字形截面無(wú)筋磚壁柱；最好采用組合磚壁柱或鋼筋混凝土柱、框架。

（3）前廳、后廳、側(cè)廳應(yīng)采用與大廳相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式及構(gòu)造措施。

（4）大廳應(yīng)參照單層磚柱廠房加強(qiáng)構(gòu)件問(wèn)連接并設(shè)有支撐；前廳采用多層砌體房屋時(shí)，其構(gòu)造柱設(shè)置應(yīng)比一般多砌體房屋更嚴(yán)，采用底框——抗震墻砌體房屋時(shí)，上部砌體房屋應(yīng)設(shè)到頂?shù)臉?gòu)造柱、現(xiàn)澆圈梁，側(cè)廳后廳參照此要求。

（5）舞臺(tái)口兩側(cè)和橫墻兩端，應(yīng)設(shè)到頂?shù)臉?gòu)造柱，并與橫墻頂臥梁相接；舞臺(tái)口大梁支承長(zhǎng)度不宜小于500，并與同標(biāo)高圈梁相接。

（6）設(shè)置圈梁，在房屋各部分平面和豎向上整體協(xié)調(diào)，各分交接處拉通封閉，并與構(gòu)造柱連成豎向網(wǎng)格。

8 結(jié)語(yǔ)

由于地震災(zāi)害的許多不可知性、發(fā)生的瞬時(shí)性、突然性和多次性，在抗震設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)比數(shù)值設(shè)計(jì)更為重要，建筑師應(yīng)在對(duì)前人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，特別是震害的分析、統(tǒng)計(jì)的總結(jié)和繼承中，運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)在設(shè)計(jì)中的清晰的概念和正確理解去處理理論和細(xì)節(jié)問(wèn)題。只要建筑師有強(qiáng)烈的抗震防災(zāi)意識(shí)，有高度的為人民負(fù)責(zé)的責(zé)任感，能在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的始終，特別是以概念設(shè)計(jì)的方式作好抗震設(shè)計(jì)，就一定可以創(chuàng)作出既富有新意、有特點(diǎn)滿足使用要求，同時(shí)又具有良好抗震性能安全可靠的優(yōu)秀建筑設(shè)計(jì)。

TU352.1+1

A

1673-0038（2015）24-0041-03

2015-5-25

胡凈明（1959-），男，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事建筑設(shè)計(jì)及審核工作。