基于建筑工程中抗震與概念的設(shè)計(jì)

夏窈貞

（金華市九州建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，浙江 金華 321017）

一個(gè)好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑和結(jié)構(gòu)必然是有機(jī)結(jié)合的統(tǒng)一體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不是由簡單的各種受力構(gòu)件的堆砌、組合而成的，而是要體現(xiàn)在解決工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題中，依靠知識(shí)、能力和消化了的活的知識(shí)轉(zhuǎn)變成智慧并合理的利用，才能有效的解決工程的各種實(shí)際問題。

1 基于結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計(jì)理論

1.1 基于性能的抗震設(shè)計(jì)含義

基于性能的抗震設(shè)計(jì)是基于性能的地震工程的一部分內(nèi)容，主要是指對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。它包括地震風(fēng)險(xiǎn)水平的確定、性能目標(biāo)和性能水平的選擇、概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、最終設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)過程的可行性檢查及評(píng)估等。

1.2 基于結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計(jì)理論的研究內(nèi)容

基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論是以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)防水準(zhǔn)的不同，將結(jié)構(gòu)的抗震性能劃分為不同的等級(jí)，設(shè)計(jì)者可根據(jù)業(yè)主的要求，采用合理的抗震性能目標(biāo)和合理的結(jié)構(gòu)措施進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。除了抗震設(shè)計(jì)方法，基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論還包括目標(biāo)性能的確定，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，主要包括以下三個(gè)方面:

1.2.1 地震設(shè)防水準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，定義一組參照的地震風(fēng)險(xiǎn)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)水平，是基于性能設(shè)計(jì)理論的一個(gè)重要目標(biāo)。基于性能的設(shè)計(jì)理論應(yīng)追求能控制結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的所有地震波譜的破壞水準(zhǔn)，為此，需要根據(jù)不同重現(xiàn)期選擇所有可能發(fā)生的對(duì)應(yīng)于不同等級(jí)的地震動(dòng)參數(shù)的波譜，這些具體的地震動(dòng)參數(shù)稱為地震設(shè)防水準(zhǔn)，分為常遇、偶遇、罕遇和稀遇地震，并給出了其重現(xiàn)期和超越概率。

1.2.2 結(jié)構(gòu)的性能水平及其量化指標(biāo)

結(jié)構(gòu)的抗震性能水平表示結(jié)構(gòu)在特定的某一地震水準(zhǔn)下一種有限程度的破壞，包括結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞以及因它們破壞引起的后果，主要用結(jié)構(gòu)易損性、結(jié)構(gòu)功能性和人員安全性來表達(dá)。按照不同的地震動(dòng)水平，結(jié)構(gòu)的性能水準(zhǔn)可分為四級(jí)，即功能完好、功能連續(xù)、控制破壞與損失、保證安全。其中，簡化的三級(jí)性能水準(zhǔn)，即可繼續(xù)使用、修復(fù)后可再使用、保證安全。

1.2.3 抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)性能

結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)性能是針對(duì)某一地震設(shè)防水準(zhǔn)而期望達(dá)到的抗震性能等級(jí)，抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)性能的建立需要綜合考慮場(chǎng)地特征、結(jié)構(gòu)功能與重要性、投資與效益、震后損失與恢復(fù)重建、潛在的歷史或文化價(jià)值、社會(huì)效益及業(yè)主的承受能力等諸多因素。我國抗震規(guī)范的目標(biāo)性能實(shí)際是：小震不壞，中震可修，大震不倒。

2 抗震設(shè)計(jì)的常見問題

2.1 房屋體形

由于建筑地形的限制，或?yàn)榱诵纬山志埃瑯I(yè)主常要求設(shè)計(jì)單位在建筑體形上賦予變化，以求美化。主要表現(xiàn)在:a.建筑平面因地勢(shì)需要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)折;b.結(jié)構(gòu)平面凹凸不規(guī)則，有的凸出或凹進(jìn)的尺寸大于相應(yīng)尺寸的30%;c.上部砌體總層數(shù)不一致，有的層差達(dá)到兩層甚至以上;d.樓板局部不連續(xù)或剛度突變，出現(xiàn)樓板錯(cuò)層，或樓板開洞率太大，有效樓板面積不足結(jié)構(gòu)典型平面的50%;e.為了滿足下部大空間的利用，下部框架投影面積大大超過上部磚房面積，質(zhì)量出現(xiàn)較大偏心，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的不規(guī)則扭轉(zhuǎn);f.樓層之間大剛度和承載力變化明顯，變化率超過20%～30%以上。

2.2 層數(shù)與總高度

由于底層框架磚房的結(jié)構(gòu)特殊性，《抗規(guī)》對(duì)其高度與層數(shù)都提出了明確的要求。有些業(yè)主為了提高經(jīng)濟(jì)效益，要求設(shè)計(jì)單位背離《抗規(guī)》的意愿，突破總層數(shù)和總高度的限制。

2.3 框架結(jié)構(gòu)

框架的設(shè)計(jì)問題出現(xiàn)的形式多樣:a.框架柱網(wǎng)不規(guī)則，開間不均勻;b.底部框架梁跨度太大，曾出現(xiàn)9m的跨度，必然導(dǎo)致“強(qiáng)梁弱柱”;c.框架梁柱截面偏小，表現(xiàn)為“剪壓比”和“軸壓比”超標(biāo);d.梁、柱的縱向配筋率和體積配筋率小于抗震要求;e.起轉(zhuǎn)換作用的樓面的次梁設(shè)置不合理，有的偏少，有的不便于施工。

2.4 抗震墻

底框結(jié)構(gòu)沒有按要求設(shè)置抗震墻。a.追求經(jīng)濟(jì)效益，減少抗震墻數(shù)量;b.強(qiáng)調(diào)空間功能分布，抗震墻分布不對(duì)稱、不均勻;c.有的工程抗震墻布置過多，使薄弱層上移，由于多層砌體房屋結(jié)構(gòu)變形、耗能能力差，地震時(shí)破壞往往更加嚴(yán)重;d.剪力墻沒有注明抗震等級(jí)。

2.5 轉(zhuǎn)換樓層的現(xiàn)澆板及上部砌體

轉(zhuǎn)換樓面現(xiàn)澆板較薄，無雙層雙向配筋，不能形成有效的轉(zhuǎn)換層來傳遞水平地震力。構(gòu)造柱普遍數(shù)量不足，沒有按規(guī)范要求在必要的部位設(shè)置構(gòu)造柱，或者構(gòu)造柱、圈梁配筋偏小，沒有注明先砌墻后澆梁柱。

3 抗震概念設(shè)計(jì)

3.1 概念設(shè)計(jì)的重要性

大量的震害表明，結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素是良好的“概念設(shè)計(jì)”。概念設(shè)計(jì)的目的就在于合理地選擇結(jié)構(gòu)形式，并通過構(gòu)造措施來滿足“大震不倒”的要求。設(shè)計(jì)師在提高抗震設(shè)計(jì)意識(shí)和水平的同時(shí)，建筑方案的選擇不受業(yè)主的干擾，避免建筑的形狀、尺寸、布局等表現(xiàn)出明顯的抗震缺陷;結(jié)構(gòu)方案更不能受業(yè)主的經(jīng)濟(jì)觀念和使用功能的影響，降低下部結(jié)構(gòu)的延性，使抗震墻的數(shù)量、形式、布置嚴(yán)重不合理，包括構(gòu)件的構(gòu)造措施不力等。

3.2 建筑體型的概念設(shè)計(jì)

建筑體型應(yīng)力求簡單、規(guī)則、對(duì)稱，質(zhì)量和剛度分布均勻。建筑和結(jié)構(gòu)的布局是否對(duì)抗震有利，是抗震設(shè)計(jì)首先遇到的問題。簡單對(duì)稱的建筑設(shè)計(jì)，有利于質(zhì)量和剛度的均勻分布，建筑物在地震時(shí)的實(shí)際反應(yīng)和設(shè)計(jì)時(shí)的分析容易一致，且有利于細(xì)部構(gòu)件的處理。凹凸不平的立面和高低不同的錯(cuò)層，雖然可以獲得較好的外形，但使結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)變得非常復(fù)雜，結(jié)構(gòu)處理變得極為困難。

3.3 抗震墻的概念設(shè)計(jì)

底層框架的剛度往往比上部結(jié)構(gòu)小得多，在地震中就成了薄弱層，從這一點(diǎn)來說，加強(qiáng)底層剛度應(yīng)該是非常必要的。目前設(shè)計(jì)中為了達(dá)到增加底層剛度和延性的目的，通常采用鋼筋混凝土抗震墻:a.抗震墻的數(shù)量。它主要受層間側(cè)移剛比的影響，與此同時(shí)，同一結(jié)構(gòu)最好采用同一種抗震墻。b.抗震墻的形式。抗震墻作為抗側(cè)力的主要構(gòu)件，其高寬比一般較小，在地震水平力的作用下屬于脆性破壞，一般高寬比宜在1.5～2.5之間。c.抗震墻的布置。應(yīng)使縱向和橫向側(cè)移剛度中心盡可能與整幢房屋的質(zhì)量中心重合，并將縱橫向抗震墻盡量布置在房屋兩端，縱橫墻宜成組布置，組成T形、L形等，使兩個(gè)方向抗側(cè)移剛度盡量接近，最大間距應(yīng)不超過《抗規(guī)》的限值。

3.4 構(gòu)件的概念設(shè)計(jì)

抗震結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件應(yīng)具有必要的強(qiáng)度和剛度，并具有可靠的連接。避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不合理設(shè)置，導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)受力不合理，地震時(shí)出現(xiàn)過早破壞。因此，可以采取以下措施:做好細(xì)部構(gòu)造;防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接參與抗震作用;防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下出現(xiàn)平面倒塌;避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)連續(xù)破壞。

3.5 上部磚砌體的概念設(shè)計(jì)

保證上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，提高上部磚結(jié)構(gòu)的延性也十分重要。尤其是作為轉(zhuǎn)換的墻體和樓面，應(yīng)提高磚砌塊和砂漿的強(qiáng)度，使底層框架和抗震墻能夠更有效地承擔(dān)地震水平作用。因此，兼作轉(zhuǎn)換層的現(xiàn)澆樓面的厚度不應(yīng)小于150mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20，構(gòu)造柱在樓梯間四角，各橫墻與內(nèi)外縱墻交接處、內(nèi)墻局部較小的墻垛處有較大洞口的兩側(cè)均應(yīng)設(shè)置，且配筋要加大一級(jí)。必須注明先砌墻后澆底框的梁柱。對(duì)于底框中的低矮鋼筋混凝土墻，應(yīng)設(shè)置為開豎縫。在豎縫處水平鋼筋斷開，在豎縫兩側(cè)設(shè)置暗柱，暗柱范圍為1.5倍的墻厚，筋可采用4Φ16，箍筋可采用Φ8間距不宜大于200mm，在豎縫處放置兩塊厚度為35mm，寬度與混凝土墻同厚的預(yù)制鋼筋混凝土板。

4 結(jié)束語

總之，一個(gè)好的結(jié)構(gòu)方案，不但受力明確，結(jié)構(gòu)新穎，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)還能滿足建筑要求，施工方便，及早投產(chǎn)，在合理確定結(jié)構(gòu)型式和體系后，結(jié)構(gòu)的布置就成為建筑抗震的重要問題，抗震不利的結(jié)構(gòu)布置會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重震害。

[1]高淑英，張曉妍，王洪芬.加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì).河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào).2001-09-15