建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的概念設(shè)計

1、<p>　　建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的概念設(shè)計</p><p>　　摘要：建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的概念設(shè)計是對建筑抗震設(shè)計的宏觀控制。由于地震作用的隨機性、復(fù)雜性，使得每次的地震產(chǎn)生的波形都不同，但是都會對建筑產(chǎn)生或多或少的破壞，工程師們把這些事故進行分析，總結(jié)經(jīng)驗，最后把得出的概念設(shè)計。本文將對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的概念設(shè)計進行深入的探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：概念設(shè)計 建筑結(jié)構(gòu)

2、 安全 </p><p>　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　0前言 </b></p><p>　　建筑抗震設(shè)計一般包括三個層次的內(nèi)容與要求：(1)概念設(shè)計是根據(jù)人們在學(xué)習(xí)和實踐中所建立的正確概念，運用人的思維和判斷力，正確和全面地把握結(jié)構(gòu)的整體性能，即根據(jù)對結(jié)構(gòu)品性(承載能力、變形能力、耗能能力

3、等)的正確把握，合理地確定結(jié)構(gòu)的總體布置與細部構(gòu)造。(2)抗震計算是對地震作用進行定量分析，確定工程結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的地震效應(yīng)，再將地震效應(yīng)與其他荷載組合驗算結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強度與變形。(3)抗震構(gòu)造措施是指采用滿足計算以外的措施，以保證結(jié)構(gòu)整體性、加強局部薄弱環(huán)節(jié)等，保證抗震計算結(jié)果的有效性。 </p><p>　　1 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的意義 </p><p>　　強調(diào)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的重要性，旨在要求建

4、筑師和結(jié)構(gòu)工程師在建筑設(shè)計中應(yīng)特別重視規(guī)范、規(guī)程中有關(guān)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的各條規(guī)定，設(shè)計中不能陷入只憑計算的誤區(qū)。若結(jié)構(gòu)嚴重不規(guī)則、整體性差，則僅按目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算水平，難以保證結(jié)構(gòu)的抗震、抗風(fēng)性能，尤其是抗震性能。高層建筑設(shè)計尤其是在高層建筑抗震設(shè)計中，應(yīng)當非常重視概念設(shè)計。這是由于高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，發(fā)生地震時地震動的不確定性，人們對地震時結(jié)構(gòu)響應(yīng)認識的局限性與模糊性，高層結(jié)構(gòu)計算尤其是抗震分析計算的精確性，材料性能與施工安裝時的變異

5、性以及其它不可預(yù)測的因素，致使設(shè)計計算結(jié)果(尤其是經(jīng)過實用簡化后的計算結(jié)果)可能和實際相差較大，甚至有些作用效應(yīng)至今尚無法定量計算出來。 </p><p>　　2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的原則 </p><p>　　2.1 優(yōu)化選型原則 </p><p>　　結(jié)構(gòu)概念設(shè)計歸根到底是確定主體結(jié)構(gòu)體系及其聯(lián)系。它要考慮兩個方面，用比較方法進行優(yōu)化選擇：(1)優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系。前提是掌

6、握各類基本構(gòu)件的特征(如與受力相關(guān)的幾何特征，與變形相關(guān)的剛性特征等)，根據(jù)環(huán)境、使用、建筑和荷載實況優(yōu)化選擇合用的基本構(gòu)件，確定它們間的聯(lián)系，形成基本結(jié)構(gòu)單元和它的支承做法(如框架結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)等)；再將基本結(jié)構(gòu)單元通過線型、平面、疊合、交叉等集合形式構(gòu)成主要結(jié)構(gòu)體系。(2)優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置。在滿足使用要求和建筑意向前提下優(yōu)化布置樓屋蓋水平系統(tǒng)、柱墻豎向支承系統(tǒng)和基礎(chǔ)系統(tǒng)。這時除比較各種布置的承載能力、豎向和側(cè)向變形，支承做法、地質(zhì)條件等

7、結(jié)構(gòu)問題的合理性、優(yōu)越性外，重要的原則是平立面宜規(guī)則、對稱，具有良好的整體性，豎向剖面除規(guī)整外，側(cè)向剛度宜均勻變化，自下而上逐漸減小，避免突變。 </p><p>　　2.2 空間作用原則 </p><p>　　建筑物本來是一個空間結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計時，考慮建筑物內(nèi)各部分結(jié)構(gòu)的空間作用，實際上是還原到它本來的結(jié)構(gòu)面貌。當然，如果這時更能有意識地利用構(gòu)成構(gòu)件間的空間關(guān)系，往往還會給所設(shè)計的

8、建筑結(jié)構(gòu)帶來更大剛度、減小內(nèi)力、受力效能好等方面的優(yōu)點。 </p><p>　　2.3 合理受力原則 </p><p>　　結(jié)構(gòu)概念設(shè)計時，要經(jīng)常運用力學(xué)原理來處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一般受力分析問題。以下幾個方面往往應(yīng)給予注意：(1)從受力和變形看，均勻受力比集中受力好，多跨連續(xù)比單跨簡支好，空間作用比平面作用好，剛性連接比鉸接好，超靜定的受力體系比靜定的受力體系好，另外，傳力簡捷比傳力曲折好，要

9、避免不明確的受力狀態(tài)。(2)從受力和變形的分析看，要盡可能利用結(jié)構(gòu)的對稱性、剛度的相對性、變形的連續(xù)性和協(xié)調(diào)性；既要分析各部分構(gòu)件的直接受力狀態(tài)，也要分析整體結(jié)構(gòu)的宏觀受力狀態(tài)；要抓住主要的受力狀況和它所發(fā)生的變形，忽略次要的受力狀況和它的相應(yīng)變形。 </p><p>　　2.4 減輕自重原則 </p><p>　　結(jié)構(gòu)所承受的荷載有兩種，豎向荷載和水平荷載。豎向荷載的85％以上是建筑物自

10、重，水平荷載中的地震作用與建筑物自重直接相關(guān)。減輕自重不僅可以減輕結(jié)構(gòu)承受的荷載，而且可以降低建筑造價、加快建造速度、節(jié)約建筑材料、減少材料在生產(chǎn)運輸方面的工作量。減輕自重可采取如下措施：a、采用輕質(zhì)高強材料，如輕集料混凝土、高性能混凝土、高強度鋼材、多孔或空心砌塊等。b、采取高效能的結(jié)構(gòu)型式，如采用予應(yīng)力構(gòu)件，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點采用組合構(gòu)件或組合結(jié)構(gòu)，采用薄殼、箱形結(jié)構(gòu)等優(yōu)越的結(jié)構(gòu)型式。c、選擇優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系，如采用筒體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、

11、空間桁架等空間結(jié)構(gòu)體系。 d、選擇合理的結(jié)構(gòu)，如盡可能減少外墻面積、加大開間尺寸和柱網(wǎng)距離、降低不必要的樓層高度等。 </p><p>　　3 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用——建筑抗震的概念設(shè)計 </p><p>　　概念設(shè)計要考慮以下因素：場地條件和場地土的穩(wěn)定性；抗震結(jié)構(gòu)體系的選取、抗側(cè)力構(gòu)件的布置；建筑平、立面布置及外形尺寸的確定；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的連接等。 </p>

12、;<p>　　3.1 場地和地基的選擇 </p><p>　　歷史震害資料表明，建筑場地的地質(zhì)、地形、地貌對建筑物震害有顯著影響。因此，在抗震設(shè)計中，首先要注意場地的選擇。地基和基礎(chǔ)的設(shè)計宜符合下列要求：(1)同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上。(2)同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基。(3)地基為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土?xí)r，應(yīng)估計地震時地基不均勻沉降或其他

13、不利影響，并采取相應(yīng)的措施。 </p><p>　　3.2 選擇合理的建筑體型 </p><p>　　建筑設(shè)計及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，盡量使結(jié)構(gòu)剛度中心與質(zhì)量中心相一致，并應(yīng)具有良好的整體性，以利于減輕結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)及應(yīng)力集中現(xiàn)象。建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度宜變化均勻，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸遞減，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變

14、產(chǎn)生薄弱層，造成應(yīng)力集中。按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的要求進行水平地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并對薄弱部位采取有效的抗震措施。對體型復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，可按實際需要在適當部位設(shè)置防震縫，形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。防震縫應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)材料種類、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)單元的高度和高差情況，留有足夠的寬度，其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開。 </p><p>　　3.3 抗震結(jié)構(gòu)體系的選擇 </p>

15、<p>　　選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)體系，設(shè)置多道抗震防線。當設(shè)計既抗風(fēng)又抗震的高層建筑時，希望設(shè)計成在風(fēng)荷載和規(guī)范規(guī)定的地震作用下是剛性的結(jié)構(gòu)體系，但當?shù)卣鹱饔梅浅４髸r，又可通過控制其屈服面變成有延性的結(jié)構(gòu)?？蓪⒋笮拓Q向和水平構(gòu)件聯(lián)結(jié)成巨型框架，豎向構(gòu)件既可單獨抵抗橫向剪力，在地震作用下，與水平構(gòu)件又可組成整體結(jié)構(gòu)，而豎向獨立構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的振動周期是明顯不同的。 </p><p><b>　

16、　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計是隨著經(jīng)濟發(fā)展及人們對建筑物功能要求改變，又隨著科技的進步而得以實現(xiàn)和解決。在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計時，只要掌握好以上原則，就能為結(jié)構(gòu)設(shè)計勾勒出正確的方向，從而做出安全、美觀、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　【1】郭海燕，戴素娟，王子輝