概念設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)及應(yīng)用

文/景海龍　大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司　遼寧大連　116023

設(shè)計(jì)建筑時(shí)，對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行恰當(dāng)運(yùn)用可使抗震性能得以有效提升，不論是安全性還是穩(wěn)定性都顯著增強(qiáng)，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)體系與抗震要求相契合的同時(shí)，使結(jié)構(gòu)造價(jià)達(dá)到經(jīng)濟(jì)理想化。

1、概念設(shè)計(jì)具體體現(xiàn)概述

1.1　基本概述

建筑設(shè)計(jì)通常分成計(jì)算、概念兩部分設(shè)計(jì)。計(jì)算設(shè)計(jì)通常以準(zhǔn)確數(shù)據(jù)、信息等為基礎(chǔ)，而地震無法有效預(yù)測(cè)，因此從計(jì)算設(shè)計(jì)出發(fā)對(duì)建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)并不現(xiàn)實(shí)。而概念設(shè)計(jì)主要指設(shè)計(jì)師以建筑空間為基準(zhǔn)，從整體概念出發(fā)對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)各構(gòu)件和結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)系進(jìn)行有效處理。設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)通過概念設(shè)計(jì)對(duì)地震情形進(jìn)行引入，而后做出相應(yīng)模擬，同時(shí)按照相關(guān)參數(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理計(jì)算，從而獲得相應(yīng)抗震結(jié)構(gòu)，確保其抗震性能的有效強(qiáng)化。此外抗震設(shè)計(jì)應(yīng)以建筑周圍小震效應(yīng)為基準(zhǔn)，計(jì)算各主要構(gòu)件相應(yīng)的承載力，從而把握好建筑具體彈性變形。此外還應(yīng)合理計(jì)算大震時(shí)結(jié)構(gòu)變形情況，確保設(shè)計(jì)在抗震方面實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)。抗震設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)目標(biāo)為導(dǎo)向來展開，為確保抗震性能的有效提升，設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行強(qiáng)化，使結(jié)構(gòu)方案在效果、造價(jià)方面都實(shí)現(xiàn)理想化，從而實(shí)現(xiàn)小震不壞而大震不倒的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.2　概念設(shè)計(jì)關(guān)注要點(diǎn)分析

首先選取場(chǎng)地需要使建筑與不利地段相遠(yuǎn)離，如果不能避免則需采取相應(yīng)抗震措施。因此選取地基時(shí)應(yīng)靠近抗震有利地段。可選擇土質(zhì)較為堅(jiān)硬而地質(zhì)元素也較為均勻的地區(qū)。此外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使平立面保持規(guī)則，同時(shí)剛度分布較為均勻，從而避免地震導(dǎo)致薄弱處產(chǎn)生集中性質(zhì)的破壞。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要使扭轉(zhuǎn)規(guī)、側(cè)向剛度等規(guī)則化，同時(shí)構(gòu)件在布置方面須保持規(guī)則。其次對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行針對(duì)選取。結(jié)構(gòu)體系需要對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力如何傳遞等進(jìn)行概括，還應(yīng)對(duì)多道防線進(jìn)行合理布置從而防止構(gòu)件因地震損壞使得結(jié)構(gòu)體系喪失抗震、承載能力。此外概念設(shè)計(jì)要對(duì)強(qiáng)度等的分布進(jìn)行重視，通常質(zhì)心、剛心相應(yīng)的偏心距不應(yīng)過大，防止局部削弱造成薄弱部位的出現(xiàn)。

2、建筑抗震中概念設(shè)計(jì)具體應(yīng)用

2.1　對(duì)抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段若建筑高于150m通常采用筒中筒、框—筒還有框架支撐等結(jié)構(gòu)體系。上述體系應(yīng)用良好，而國(guó)內(nèi)鋼材產(chǎn)量巨大，再加之鋼結(jié)構(gòu)等方面生產(chǎn)進(jìn)步較大，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以采取鋼骨砼、鋼管砼及鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)對(duì)柱斷面進(jìn)行合理調(diào)校，從而使其抗震性能得到有效提升。此外還可推動(dòng)抗震模式從硬性為主向著柔性為主進(jìn)行轉(zhuǎn)變，通過以柔克剛或剛?cè)峤Y(jié)合的方式對(duì)地震沖擊進(jìn)行合理釋放。

2.2　對(duì)隔震技術(shù)進(jìn)行恰當(dāng)運(yùn)用

設(shè)計(jì)師通常在基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)中間建設(shè)隔震層，使二者實(shí)現(xiàn)有效隔離，降低能量傳播，確保其抗震性能得以有效提升，并減少地震能量所造成的破壞。對(duì)隔震技術(shù)進(jìn)行恰當(dāng)運(yùn)用，使主體結(jié)構(gòu)得到安全應(yīng)用的同時(shí)，有效保護(hù)其內(nèi)部構(gòu)件。地震過后并不需要較大修復(fù)，僅需對(duì)隔震裝置進(jìn)行更換。該技術(shù)對(duì)于隔震設(shè)施有著較高標(biāo)準(zhǔn)，其不論是豎向承載還是初始剛度等都應(yīng)達(dá)標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水平位移的有效把控；隔震設(shè)施在水平變形、阻尼等方面性能應(yīng)較強(qiáng)，其自振周期應(yīng)和場(chǎng)地振動(dòng)時(shí)的特征周期相契合，從而對(duì)其地震能量進(jìn)行吸收，使地震災(zāi)害得以減輕。

2.3　剪力墻結(jié)構(gòu)相應(yīng)構(gòu)造措施應(yīng)用

就剪力墻而言，對(duì)端部錨固通常有如下做法：

對(duì)鋼筋錨固來說，后者做法較為合理。前者主要將其分布鋼筋置于端部的保護(hù)層進(jìn)行錨固，地震破壞會(huì)使其保護(hù)層產(chǎn)生脫落，墻體鋼筋便會(huì)裸露，而錨固也就顯得毫無意義。而后者則將鋼筋錨固于端柱中間位置，若有地震破壞，即便其端部相應(yīng)保護(hù)層出現(xiàn)脫落，其端柱仍可使鋼筋受到有效錨固。因此只有對(duì)錨固相關(guān)概念進(jìn)行正確認(rèn)知，才會(huì)使構(gòu)造措施更為合理。

2.4　降低地震時(shí)能量輸入

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常以位移為基準(zhǔn)進(jìn)行，對(duì)各抗震方案進(jìn)行合理分析從而對(duì)其變形彈性等進(jìn)行有效處理，使建筑能夠承受預(yù)期地震引發(fā)的變形程度。在分析建筑各部位承載力時(shí)，應(yīng)對(duì)樓層之間可能發(fā)生的位移進(jìn)行考慮并控制，同時(shí)以從建筑位移及構(gòu)件變形等狀況出發(fā)，對(duì)其形變性質(zhì)及抗震能力等進(jìn)行明確。此外在進(jìn)行地基建設(shè)時(shí)，應(yīng)將建筑設(shè)置于堅(jiān)固地面，避免地震對(duì)其造成力的輸入，從而破壞程度進(jìn)行有效控制。

2.5　抗震防線須多道、合理設(shè)置

在防線設(shè)置方面，設(shè)計(jì)師應(yīng)使抗震體系含有足夠的調(diào)節(jié)性，例如由抗震墻及延性框架等合理配置而構(gòu)建的框架——抗震墻這一體系，便以概念設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)豎向支撐進(jìn)行選取時(shí)側(cè)重于重力荷載較小的設(shè)計(jì)，同時(shí)選取抗震墻時(shí)其軸壓應(yīng)小，從而對(duì)抗側(cè)力進(jìn)行有效構(gòu)建。此外該體系不應(yīng)選取框架柱，其軸壓通常較大，地震破壞會(huì)使其喪失豎向的承載力，從而導(dǎo)致坍塌狀況等的發(fā)生。

2.6　應(yīng)用意義

首先概念設(shè)計(jì)有效拓展了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。以往計(jì)算理論通常僅對(duì)結(jié)構(gòu)抗力如何有效提升加以關(guān)注，使得配筋量及砼等級(jí)逐漸提升，設(shè)計(jì)師僅關(guān)注配筋率不超標(biāo)準(zhǔn)即可，導(dǎo)致諸如肥梁胖柱等的出現(xiàn)。而概念設(shè)計(jì)可有效改善片面加筋、強(qiáng)化等級(jí)等情況。此外初步設(shè)計(jì)時(shí)無法以計(jì)算機(jī)為輔助進(jìn)行實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，這便需設(shè)計(jì)師以其結(jié)構(gòu)概念為基準(zhǔn)，對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行合理選取。

總結(jié)：

強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑而言至關(guān)重要，設(shè)計(jì)師應(yīng)以概念設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、抗震要求等從多角度來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系，使抗震性能得以有效強(qiáng)化，有效降低地震效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭海峰.探究抗震設(shè)計(jì)理念在建筑結(jié)構(gòu)中的體現(xiàn)[J].建材與裝飾,2017(32):118-119.