高层建筑抗震概念设计需关注的几个问题__期刊目录网,论文发表,发表
所属栏目：机械论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:150
副标题#e#摘要：汶川大地震对建筑物的毁灭性破坏，对建筑抗震敲响了警钟，建筑抗震必须再次引起我们的重视，本文对建筑抗震概念设计的重要性进行了阐述，并提出了高层建筑抗震概念设计相应的措施。
关键词：高层建筑；抗震；概念设计
所谓“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。
掌握了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运用抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。
一、高层建筑结构设计更应重视概念设计
高层建筑设计尤其是在高层建筑抗震设计中，应当非常重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果(尤其是经过实用简化后的计算结果)可能和实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。在设计中，虽然分析计算是必须的，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，因此必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。
二、高层建筑抗震概念设计应坚持的原则
1、刚柔相济原则
在抗震设计中，不能一味地提高结构的抗力，一般是根据初定的尺寸和混凝土等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后计算配筋。如果结构刚度太大，地震作用效应就很大，这样为抵御地震而需配更多的钢筋，因此，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。在较大的地震力瞬间袭来时，极易造成局部受损，最后导致各个击破；而太柔的结构虽然有很好的延性，可以消减外力，但容易造成变形过大而无法使用，甚至整体倾覆。在抗震设计中，为了实现刚柔相济的原则，既满足变形要求，又能减小地震力，最主要的方法是进行隔震消能设计。隔震消能设计一般的做法是在基础和主体之间设置柔性隔震层、加设消能支撑(类似于阻尼器的装置)等；另外，在抗震设计中，“刚柔相济”可以通过合理控制设计总信息来实现。比如周期、位移、地震力应满足GB50011-2008建筑抗震设计规范限值要求或者不超规范太多。
2、多道设防原则
强烈地震后往往伴随多次余震，如果只有一道设防，在首次破坏后再遭余震，结构将会因损伤积累而导致倒塌。因此，一个抗震结构体系，应由若干个延生较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作，如框架——剪力体系是由延性框架和抗震墙两个分体系组成。
三、高层建筑抗震设计的具体措施
1、选择有利的抗震场地
通过比较震害普查绘制的等震线图可以发现：在正常的烈度区内，常存在着小块的高一度或低一度的烈度异常区；同一次地震的同一烈度区内，位于不同小区的房屋，尽管建筑形式、结构类别、施工质量等情况基本相同，但震害程度却出现较大差异，究其原因，主要是地形和场地条件不同造成的。国内多次大地震的调查也表明，局部地形条件是影响建筑物破坏程度的一个重要因素。位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土是对建筑抗震有利的地段。对建筑抗震不利的地段，一般是可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段。就地形而言，一般是条状突出的山嘴，孤立的山包和山梁的顶部，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘；就场地土质而言，一般是软弱土、易液化土，故河道、断层破碎带或半挖半填地基等。一般情况下，遇到不利地段时宜采取避开的方案，实在无法避开时，应尽量使建筑物场地选#p#副标题#e#择建在基岩或薄土层上，或具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。
2、科学布局建筑平面和立面
建筑平面、立面在抗震设计中宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度。建筑立面设计时应避免采用带有突然变化的阶梯形立面，并尽可能降低房屋的重心，突出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应。建筑的层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的倾向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大作用，减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。现行建筑抗震设计规范《GB50011-2001》（2008修订版)对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定。建筑平立面设计中不可避免采用严重不规则的设计方案时，应尽量在适当部位设置防震缝，将体型复杂，平面特别不规则的建筑布局分割成几个相对规则的独立单元。在兼顾建筑造型，又满足使用功能要求的前提下，将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方；同时又能有效地提高工程的抗震性能。
3、合理地进行结构的选型与布置
在结构选型方面应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经济技术、经济条件比较综合确定。常见的结构类型按照抗震性能优劣依次是：钢结构，型钢混凝土结构，混凝土——钢混合结构，现浇钢筋混凝土结构，预应力混凝土结构，装配式钢筋混凝土结构，配筋砌体结构，砌体结构等。结构布置要遵循平面布置力求对称；竖向布置力求均匀的一般原则。在采用纯框架结构的高层建筑中应尽量避免将楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连，这样会使该柱变成短柱，地震时容易发生剪切破坏。
4、确保结构的整体性
结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件。结构抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。施工质量良好的现浇钢筋混凝土结构和型钢混凝土结构具有整体性好、水平刚度大的优点，是比较理想的抗震构件，使用这种结构不但可消除滑移、散落问题，增加结构的整体性，增大楼板的刚度，而且由于以剪切变形为主的砌体结构，层间变形是可控制的，所以对平面上墙体对齐的要求也可以适当放宽。较强的楼板及屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件，平面上，当上下墙体不对齐时，现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用，同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。
5、非结构部件处理
在地震作用下，建筑中的内隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑外围墙板等部件也会或多或少地参与工作，可能改变整个结构或某些构件的刚度、承载力和传力路线，产生出乎意料的抗震效果，或造成未估计到的局部震害。妥善处理这些非结构部件，可减轻震害，提高建筑的抗震可靠度。
四、结束语
总之，只要工程设计中准确把握概念设计，严格按照规范设计，保证施工质量，就能达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准设防目标。
参考文献：
[1]建筑抗震设计规范《GB50011-2001》（2008修订版).
[2]JGJ3-2002《高层建筑混凝土结构技木规程》.
[3]高峰.高层建筑结构抗震概念设计探讨[J].中#p#副标题#e#国科技信息,2008.12.
