摘 要:本文通過(guò)對(duì)建筑抗震概念設(shè)計(jì)的含義簡(jiǎn)述,且從高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)及基本內(nèi)容進(jìn)行了分析,提出了在概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題,以達(dá)到完善高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的,并提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);高層建筑;

地震作用影響因素非常的復(fù)雜,它是一種隨機(jī)的、尚不能準(zhǔn)確預(yù)見(jiàn)和準(zhǔn)確計(jì)算的外部作用,目前規(guī)范給出的計(jì)算方法還是一種半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法,要進(jìn)行精確的抗震計(jì)算還有一定的困難,因此人們?cè)诠こ虒?shí)踐中提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該是綜合概念設(shè)計(jì)、計(jì)算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設(shè)計(jì)。

1 抗震概念設(shè)計(jì)

“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)思想,依此進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程。掌握了抗震概念設(shè)計(jì),有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想,靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則,使設(shè)計(jì)人員不至于陷入盲目的計(jì)算工作,從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更應(yīng)該重視概念設(shè)計(jì)

高層建筑設(shè)計(jì)尤其是在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中,應(yīng)當(dāng)非常重視概念設(shè)計(jì)。這是因?yàn)楦邔咏ㄖ�結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、發(fā)生地震時(shí)震動(dòng)的不確定性、人們對(duì)地震時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)認(rèn)識(shí)的局限性與模糊性、高層結(jié)構(gòu)計(jì)算尤其是抗震分析計(jì)算的精確性、材料性能與施工安裝時(shí)的變異性以及其他不可預(yù)測(cè)的因素,致使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果(尤其是經(jīng)過(guò)實(shí)用簡(jiǎn)化后的計(jì)算結(jié)果) 可能和實(shí)際相差較大,甚至有些作用效應(yīng)至今尚無(wú)法定量計(jì)算出來(lái)。在設(shè)計(jì)中,雖然分析計(jì)算是必須的,也是設(shè)計(jì)的重要依據(jù),但僅靠此往往不能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求,不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo),因此必須非常重視概念設(shè)計(jì)。從某種意義上講,概念設(shè)計(jì)甚至比分析計(jì)算更為重要,因?yàn)楹侠淼慕Y(jié)構(gòu)方案是安全可靠的優(yōu)秀設(shè)計(jì)的基本保證。

3 建筑抗震概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

3. 1 應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中是頭等重要的,提倡平、立面簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)。因?yàn)檎鸷Ρ砻?此種類(lèi)型建筑在地震時(shí)較不容易破壞,容易估計(jì)出其地震反應(yīng),易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。“建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對(duì)建筑的平立面外形尺寸,抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布,承載力分布等諸多因素的綜合要求。“規(guī)則建筑”體現(xiàn)在體形(平面和立面的形狀) 簡(jiǎn)單;抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻;平面布置基本對(duì)稱(chēng)。

3. 2 抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持的原則

1) 剛?cè)嵯酀?jì)原則。在抗震設(shè)計(jì)中,不能一味地提高結(jié)構(gòu)的抗力,一般是根據(jù)初定的尺寸和混凝土等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,然后計(jì)算配筋。如果結(jié)構(gòu)剛度太大,地震作用效應(yīng)就很大,這樣為抵御地震而需配更多的鋼筋,因此,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。在較大的地震力瞬間襲來(lái)時(shí),極易造成局部受損,最后導(dǎo)致各個(gè)擊破;而太柔的結(jié)構(gòu)雖然有很好的延性,可以消減外力,但容易造成變形過(guò)大而無(wú)法使用,甚至整體傾覆。在抗震設(shè)計(jì)中,為了實(shí)現(xiàn)剛?cè)嵯酀?jì)的原則,既滿(mǎn)足變形要求,又能減小地震力,最主要的方法是進(jìn)行隔震消能設(shè)計(jì)。隔震消能設(shè)計(jì)一般的做法是在基礎(chǔ)和主體之間設(shè)置柔性隔震層、加設(shè)消能支撐(類(lèi)似于阻尼器的裝置) 等;另外,在抗震設(shè)計(jì)中“剛?cè)嵯酀?jì)”可以通過(guò)合理控制設(shè)計(jì)總信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如周期、位移、地震力應(yīng)滿(mǎn)足建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范限值要求或者不超規(guī)范太多。

2) 多道設(shè)防原則。強(qiáng)烈地震后往往伴隨多次余震,如果只有一道設(shè)防,在首次破壞后再遭余震,結(jié)構(gòu)將會(huì)因損傷積累而導(dǎo)致倒塌。因此,一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)由若干個(gè)延生較好的分體系組成,并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來(lái)協(xié)同工作,如框架—剪力體系是由延性框架和抗震墻兩個(gè)分體系組成。

3. 3 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)或構(gòu)件延性是指構(gòu)件或結(jié)構(gòu)具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。

在“小震不壞,中震可修,大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)原則下,結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)。當(dāng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)時(shí),由于塑性變形可以耗散地震能量,結(jié)構(gòu)變形加大,但結(jié)構(gòu)承受的地震作用不會(huì)直線(xiàn)上升,也就是說(shuō),結(jié)構(gòu)是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件,強(qiáng)底層柱”原則,承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3. 4 應(yīng)有意識(shí)地加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)

1) 結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備,構(gòu)件的實(shí)際承載力分析(而不是承載力設(shè)計(jì)值的分析) 是判斷薄弱層的基礎(chǔ)。

2) 要使樓層(部位) 的實(shí)際承載力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力之比在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化,一旦樓層(部位) 的這個(gè)比例有突變時(shí),會(huì)由于塑性?xún)?nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。

3) 要防止在局部上加強(qiáng)而忽視整個(gè)結(jié)構(gòu)各位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

4) 在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層(部位) ,使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移,這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的主要手段。

3. 5 應(yīng)采用合理的建筑結(jié)構(gòu)體系

建筑布局除考慮功能要求外,結(jié)構(gòu)單元抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置宜規(guī)則、對(duì)稱(chēng),受力明確,傳力合理,傳力途徑不間斷,并應(yīng)具有良好的整體性。

1) 抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)布置合理。如在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻宜均增布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位,剪力墻間距不宜過(guò)大;平面形狀凹凸較大時(shí),宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;縱、橫剪力墻宜組成L型、T 型和[型等形式;剪力墻宜貫通建筑物的全高,避免剛度突變;剪力墻開(kāi)洞口宜上下對(duì)齊;抗震設(shè)計(jì)時(shí),剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。

2) 結(jié)構(gòu)的整體性要好。高層建筑結(jié)構(gòu)中,樓蓋對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重要的作用。樓蓋相當(dāng)于水平隔板,它不僅聚集和傳遞慣性力到各個(gè)豎向抗側(cè)力的子結(jié)構(gòu),而且要使這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用,特別是當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置不均勻或布置復(fù)雜或各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不同時(shí),整個(gè)結(jié)構(gòu)就要依靠樓蓋使各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的平面內(nèi)剛度和抗力,并與豎向各子結(jié)構(gòu)有效連接。所以房屋的頂層、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、平面復(fù)雜或開(kāi)洞過(guò)大的樓層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部分的地下室樓層應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。一般樓層現(xiàn)澆樓板厚度不應(yīng)小于80 mm , 頂層樓板厚度不宜小于120 mm ,普通地下室頂板厚不宜小于160 mm;作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu),樓板厚度不宜小于180 mm。

4 做好概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

1) 結(jié)構(gòu)方案要根據(jù)建筑使用功能、房屋高度、地理環(huán)境、施工技術(shù)條件和材料供應(yīng)情況、有無(wú)抗震設(shè)防來(lái)選擇合理的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

2) 不同結(jié)構(gòu)體系在豎向荷載、風(fēng)荷載及地震力作用下的受力特點(diǎn)。

3) 風(fēng)荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

4) 結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)制和過(guò)程,以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)。

5) 建筑結(jié)構(gòu)的整體性、承載力和剛度在平面內(nèi)及沿高度均勻分布,避免突變和應(yīng)力集中。

6) 預(yù)估和控制各類(lèi)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件塑性鉸區(qū)可能出現(xiàn)的部位和范圍。

7) 地基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)及其受溫度變化的影響。

8) 各類(lèi)結(jié)構(gòu)材料的特性及其受溫度變化的影響。

9) 非結(jié)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生的有利和不利影響,要協(xié)調(diào)布置,并保證與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的可靠等。

要搞好抗震設(shè)計(jì)必須從方案開(kāi)始。首先要求建筑方案設(shè)計(jì)人員必須一定的結(jié)構(gòu)概念，盡量采用規(guī)整的結(jié)構(gòu)體系，不一味追求外觀(guān)而破壞了結(jié)構(gòu)體系的合理性。

還要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在方案階段就要介入，強(qiáng)力主導(dǎo)干預(yù)結(jié)構(gòu)體系的選型,為結(jié)構(gòu)選擇一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)體系是建筑物結(jié)構(gòu)抗震的根本所在。

5 結(jié)論

總之，規(guī)范條文是設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，但是只照搬條文是不夠的，應(yīng)當(dāng)了解規(guī)范條文這頂?shù)哪康暮鸵饬x，從建筑整體結(jié)構(gòu)體系出發(fā)，大處著眼，從小處著手，處理好每一道抗震防線(xiàn)及末端構(gòu)件。抽象的規(guī)范條文同感性的實(shí)例及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)結(jié)合，注重生活中的積累。對(duì)知識(shí)活學(xué)活用，不斷學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)，才能將結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)做的更好。

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