對工程建筑中抗震概念的設計探討

【摘要】我國處于地震帶的國家，對于一個同我國這樣震區范圍廣的國家而言建筑結構的防震設計是極為重要的。由于地震是地殼隨機振動引發的，在現有科學技術水平下還不能對地震發生的地點、強度、方位、傳播方式作出準確的預測。抗震設計貫穿于建筑項目工程的整個過程，建筑工程師通過對防震理論知識的學習以及自身工作的積累過程中，提出了建筑抗震概念設計。本文主要從抗震概念設計在必要性展開，接著闡述了對抗震概念設計內容，最后重點敘述了抗震概念設計在建筑設計應重點關注場地選擇、結構材料、設置多道防線等幾個方面。

【關鍵詞】防震設計；防震理論知識；抗震概念設計；

1.引言

隨著我國經濟不斷發展以及改革開放的不斷深入，人們從解決溫飽逐漸過渡到享受生活，尤其對建筑工程方面關注。建筑工程師提出抗震概念設計，迎合人們對住房安全的需求。建筑工程師提出概念設計，得益于自身檢驗及抗震理論知識的掌握，也得益于計算機在建筑領域得到廣泛應用。概念設計主要應用在難以進行精確計算或很難用規范加以規定的問題中。所謂概念設計并不是簡單的數值計算，更多的是從整體的角度來對抗震細節宏觀控制以及確定建筑結構的總體布置。歷次大地震災害證明，良好的防震概念設計保證是建筑安全、質量的重要手段，避免地震發生時更大生命財產損失。防震設計逐漸得到工程建筑設計師的認同，以其新思路、新方向推動了結構設計的發展。

2.工程建筑抗震概念設計必要性

概念設計應用對結構設計有著至關重要的作用。結構工程師除了在一定的建筑空間運用概念設計完成整體結構方案設計，還要考慮規避不同結構以及構件與結構之間問題的出現。概念設計應用重要性的體現如下：

（1）現實結構構件設計存在很多不可計算的地方，從而這樣的設計方案很難滿足設計需求。結構設計活動中對概念設計的應用，可以很好的解決計算理論與結構設計中存在不可計算的缺陷。

（2）在結構方案設計的最初階段，其設計過程不能依靠計算機完成。結構工程師根據自身掌握的知識，綜合運用概念設計中隱含的設計概念確定性價比最優的方案。

（3）通過計算機的分析計算所得結果具有高精度的特點，盲目相信計算機計算的結果，對其不合理性與錯誤性有所忽視，導致建筑結構產生安生隱患。概念設計要求設計師從實際工程的結構需求出發，綜合考慮各種因素，可以破除結構工程師對計算機設計軟件的盲目信賴，對于結構設計的發展和革新具有重要的推動作用。

3.建筑抗震概念設計

概念設計是從設計概念出發，是有組織、順序、目標的設計活動，涵蓋了設計活動整個過程即用戶需求分析到完整設計方案產品的過程。概念設計是一種設計方法，貫穿于整個設計過程，其體現出了從具體到清晰、從簡單到復雜、從模糊到清晰的不斷變化的過程。防震概念設計是按照地震災害多發帶與建筑工程基本情況等形成的設計思想與基本原則，是細微構造和整體結構安排的設計活動，從最初的防震想法到防震建筑結構形成整個過程都涉及概念設計。由于建筑結構模型預知的情況和現實情況存在一定差別，地震發生和破壞作用具有不確定性與復雜性。因此，很難對建筑物遇到地震的參數與特性進行準確的預測活動。基于這樣的情形，工程抗震并不能完全依靠計算機的模擬設計來解決，而是要從概念設計出發。

4.抗震概念設計的原則

4.1建筑設計應注重場地的選擇

地基土就是場地范圍內的場地土，根據以往地震災害表面，場地土剛度大比剛度小的，場地土上的建筑損壞程度較小，震害指數小。場地選擇深度一般選擇地下15m，平面大小相當于自然村或一個廠區的大小。另外位于軟土之上且具有較長周期的高層建筑，與位于硬土上相比，軟土輸入的能量要大的多。如果有條件時，從減少地震能量輸入角度來說，選擇在堅硬場地土對防震有很大好處。

4.2設置多道防線

在建筑的抗震設計中，不論選擇那種結構體系以及哪種材料，都應該對多道抗震防線進行設置。通常來說。每一次發生的地震時間都不盡相同，有長有短。如果發生的地震時間長，那么連續的強脈沖會對高層建筑產生重復的沖擊，產生累積式的破壞；如果建筑采用的是單結構體系，只設置了一道抗震防線，那么只要發生第一次破壞，那么連續而來的地震就會導致建筑物產生破壞，但是如果建筑物設置了多道防震體系，那么即使第一道防線受到破壞，那么第二道、第三道以及后來的防震體系也可以對建筑產生一定的保護作用。在實際過程中已經采用這種抗震設計概念，是一種對付地震強度高的經濟有效的方法。

4.3合理地進行結構選型與布置

為了減少地震破壞造成的影響，應保持重量分布均勻且適當的減輕房屋重量，在結構方案進行平面布置時，應重視建筑結構抗側力體系對稱分布。

進行結構布置應從提高抗傾覆能力和加大扭轉度角度出發。在進行結構豎向布置時，應盡可能避免出現薄弱層，要求豎向強度、剛度均勻變化及降低房屋重心。通常在結構外圍布置很多抗震墻，抗側剛度大的芯筒、抗震墻的位置都是對稱或接近居中。

在純框架結構中，梁應先于柱屈服，即“強柱弱梁”型框架。從平面設計，著重提高復雜平面突變處、房屋四周轉角處、各翼相接處的結構延性。對于相似構件，應提高關鍵部分的構件延性。第一道防線在具有多道抗震線的抗側力體系中，應著重提高第一道防線的構件延性。對于偏心結構，加大房屋四周剛度較弱端構件的延性。因此，關鍵部位及關鍵構件具有一定的延性水平和強度，構件的變形能力和承載能力得到充分發揮，從而提高結構整體的變形能力、承載能力。

4.4結構材料

結構材料對建筑結構是否具有良好的抗震性能有著至關重要的作用。設計者根據實際情況，研究結構體系及建筑形式的同時，應對充分了解所選擇的結構材料的抗震效果，以便能夠選擇經濟適用又抗震效果較好的結構材料。在進行抗震結構材料的選擇時，應該注重抗震結構材料的性能，主要要求如下：具有較好的連接性、較好的延性、構建的連接具有良好的整體、延性系數高、勻質性好。

4.5注重非結構因素

設計師在抗震建筑設計中，在建筑平面上填充墻應盡可能對稱均勻，關注填充墻對整個結構抗震性能的影響，避免結構中心偏移。填充墻沿房屋的豎向應連續貫通，規避樓層在填充墻斷開后框架承載力驟降的現象。根據以往地震造成的破壞來分析，填充墻在眾多鋼筋混泥土結構中率先被破壞，減小了框架的變形，吸收了地震大部分能量，延遲震害發生的過程，整體結構的地震側移幅度較小，主體受損程度也變小，為人們在地震災害中爭取寶貴的逃生時間，所以說填充墻充當了抗震防線的“第一衛士”。

5.結束語

抗震概念設計貫穿于整個建筑工程。設計者要從根本上解決建筑結構的薄弱環節，應從宏觀角度去進行判斷、選擇、思考，再結合必要的構造措施和計算，提高建筑結構整體的抗震性能。在建筑結構設計時，設計師常常存在思考不足地方，抗震概念設計從實際出發，彌補了設計漏洞，將建筑結構設計引入到一條全新道路。傳統的工程結構設計忽略了建筑結構傳統的實際情況，過度依賴計算設計結果，造成建筑抗震效果并不理想。而抗震概念設計的出現，將建筑結構設計引向了人性化方向，并且拓寬了建筑結構設計的思路，為建筑抗震設計提供了新的視角，并在實際應用中發揮了良好作用。近幾年來地震災害給人們的生命財產造成巨大的損失，防震能力在建筑結構設計中越來越受到重視。因此，作為建筑結構設計師應將抗震概念設計滲透到工作中的每一個細節，只有這樣才能使建筑物具有較好的抗震性能。

參考文獻

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