浅谈民建建筑中的抗震设计

1、浅谈民建建筑中的抗震设计摘要：在建筑工程设计中，民建建筑抗震设计一直是人们关注的重要课题。结构抗震模式的设计思路得到广泛应用，其发展也受到越来越多人的重视。在抗震的研究中，结构抗震和抗震概念为建筑结构设计开拓了全新的思路。本文从几个角度分析讨论了民建建筑中的结构抗震和抗震概念。关键词：民建；抗震设计；结构抗震；概念设计在抗震的研究中，结构抗震和概念设计的提出从整体抗震设计的角度增加建筑的安全性。经过民建建筑工程实践的多年抗震探索经验，抗震设计理念已能从宏观角度对建筑抗震结构进行设计。这种设计理念在很多方面弥补了以往设计思路中对抗震结构思考的缺陷，为今后的民建结构抗震设计指引了新的方向。 一、民

2、建建筑中结构抗震模式所存在的问题 地震波快速向周围传播，通过地基和岩土，使建筑物结构由于强烈的往复振动而产生激烈变形。在民建抗震结构中，等效斜撑模型的应用非常普遍，可是该模型由于不同受力状态下等效宽度不一样，所以不好确定，而且精度不高。有学者用非线性有限元模拟填充墙框架结构，但是由于过于复杂，不能应用到实际。填充墙存在刚度效应，结构自振周期因此减小，使得作用于整个建筑的水平地震作用增强，填充墙作用下的框架结构抗震性能不足。抗震规范规定，按空框架分析的基础上乘以小于1的周期修正系数体现填充墙对结构的刚度贡献，而不去计算填充墙的刚度。由于地震作用下钢筋混凝土框架的反应直接受周期修正系数的取值影响，

3、而规范规定的周期修正系数范围太大，不利于结构的精确计算。另外，在一些情况下，由于填充墙刚度效应，带填充墙结构易产生柔弱层。现行规范设计的纯框架模型并未考虑柔弱层的受力状况，导致很多设计人员在实际工程中不考虑填充墙的影响。填充墙作为有刚度贡献和强度贡献的结构单元，影响了框架周期、振型和受力，从屡次地震来看，还需进一步论证只通过周期折减系数考虑填充墙作用的纯框架模型是否合理。 二、结构地震对应的一些分析方法 （一）反应谱法：反应谱法是基于线性假定产生的，分析时取少数的低阶振型，计算量不多，而且易于被工程师接受。反应谱法由三步组成：首先，依据强震记录统计地震反应谱。然后用振型分解结构，求得各振型最大

4、反应值。最后，结合每个振型反应最大值，得到结构最大响应值。反应谱法虽然简便易用，但它原则上只适用于先形体系的抗震设计。 （二）时程分析法：时程分析法作为反应谱法的补充，从20世纪70年代开始，逐渐成为普遍为各国规范所采用的动力分析方法。时程分析法实质上是运动微积分方程求解的一种逐步积分法。将地震时地表运动产生的速度、加速度和位移作用在结构物上，利用逐步积分法求出结构从静止到终止振动过程的地震响应。 三、几种常用构件优化设计方案 （一）结构平面的抗扭刚度受高层住宅项目的角窗设置影响很大，因为剪力墙端部约束不足，剪力墙空间作用的效应也大大下降，由此，其对平面整体刚度的贡献也要降低。因此，为了满足规

5、范关于最大位移和平均位移的比值限值的要求，就只好增加墙体的厚度，以此增加混凝土用量。通过大量的比较分析，加大墙体厚度，未必能有效提高建筑物的抗扭刚度，在这样的情况下，如果减少角窗设置，或者增设端柱，便可以使结构整体抗扭性能有效提高。 （二）在设计高层住宅时，要尽量避免运用整个楼层的转换。 （三）高强混凝土柱有很多优点：减轻结构的自重，使基础负担减小；弹性模量大，提高结构的刚度，减小轴向变形；抗压强度高，柱截面小，增加使用面积；密实性好，耐久性也优于普通强度的混凝土。 （四）在圆形钢管内填充高强混凝土，形成钢管高强混凝土柱，这样的方法能够很好地克服高强混凝土的不足，发挥其优势。 （五）整体结构的

6、抗侧刚度受高宽比的大小影响很大。因此，设计建筑方案时，可以适当增加平面的宽度，从而降低高宽比，在平面布置中通过设置一定数量通长墙体，来提高墙体的整体结构抗侧刚度。 四、概念设计的内涵 概念设计是指在特定的建筑空间及地理条件下，用整体概念来考虑结构的总体方案，依据结构总体系与分体系之间的理学关系结构破坏机理震害试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，也就是说从建筑结构总体方案设计开始，运用人们对已掌握的对建筑结构抗震的正确认识，处理结构设计中可能将遇到的问题。 五、概念设计的重要性 （一）许多不确定因素存在于建筑结构的抗震设计中，比如建筑物的地震破坏机理复杂，而地震作用随机性强，而且是

7、一种循环往复的荷载，很难做到建筑物所遭遇的地震参数和特性的准确计算和预测。所以建筑结构的抗震设计中要重视概念设计。 （二）新抗震规范对于一些具体问题的规定很模糊，在现实操作中不能盲目照搬规范。在具体问题中，应当将规范作为一种参考，在实际的工程中应作出正确的选择。在现实的工作中，设计师只遵循规范和手册，非但不能很好地运用结构设计者的技能，甚至还与建筑设计的整体规划产生矛盾，所以在结构设计中运用概念设计是应当予以考虑的。 （三）整体规划设计阶段的初步设计过程在现实中不能借助计算机来实现，而需要工程师综合运用结构概念，选择最妥帖的结构方案，工程师需要深入了解各类结构的性能，不断丰富自己的设计理念，并

8、有达到有意识地、灵活运用的效果。计算软件的选择和操作不当，会产生不合理的结构设计，应用概念设计的思想能够避免这样的情况。使用概念性近似估算方法，在设计方案阶段可以有效地对结构体系进行快速构思与选择。所得方案往往准确、清晰，能够避免后期设计阶段不必要的繁琐运算。 六、概念设计的一般原则 抗震概念的设计不能陷入只依靠计算的误区，如果结构整体性差，严重不规则，按目前的结构设计计算水平难以保证结构的抗震、抗风性能。目前民用住宅多偏向于高层混凝土结构，高层建筑混凝乳结构技术规程有关章节规定了关于高层混凝土结构概念设计的一般原则和具体内容，结构的刚度和抗震能力、结构的简单性、结构的整体性和结构的刚度和抗震

9、能力。 （一）结构的刚度和抗震能力 水平大地震动的作用是双向的，结构布置应当使结构可以抵抗任意方向的大地震动作用。选择结构刚度既要控制结构变形变化，又要注意减少地震作用的效应。变形过大会导致重力二阶效应的产生，致使结构失稳、破坏。结构应当具备足够的能力抵抗扭转振动和足够的抗扭刚度，由于现有设计计算中并不考虑地面运动的扭转分量，所以在抗震概念的设计中要注意提高结构抵抗扭转振动的能力和抗扭刚度。 （二）结构的简单性 在地震作用下，结构的传力途径具有直接和明确的特点。结构简单使得对结构的内力与位移分析、结构的计算模型，薄弱部位的出现限制都易于把握，也因此，对结构抗震性能估计比较可靠。 （三）结构的整

10、体性 高层建筑结构中，在结构的整体性中起着重要作用的楼盖，与水平隔板相当，不仅向各个竖向抗侧力子结构传递惯性力，而且要求各个书喜爱那个抗侧力子结构能够协同承受地震作用。尤其在这些子结构水平变形特征不同或布置不均匀或布置复杂时，整个结构都要通过楼盖使抗侧力子结构协同工作。 （四）结构的规则性和均匀性 按照建筑抗震设计规范的要求，建筑与其抗侧力结构的平面布置应该对称、规则，而且应当具有优良的整体性；建筑的竖向剖面和立面布置应当规则，结构的侧向刚度应该是均匀变化的，竖向的抗侧力构件的截面尺寸与材料强度应自下而上逐渐减小，要尽量避免抗侧力结构承载力突变和结构侧向剐度。 七、概念设计的应用和发展方向 结

11、构在刚度、强度、节能等方面取得最佳已取得抗震功能是结构抗震设计的目的。为了保证结构的抗震功能可靠，概念设计应对以下因素予以充分考虑：建立结构计算模型，选取抗震结构体系，场地条件，结构的空间作用、风作用以及温度作用等。结构薄弱部位，如建筑外墙转角的转角窗限制了设置角部结构的竖向抗侧力构件，采用概念设计来解决这一问题，方法为，竖向构建之间可以设置暗梁、厚板等可靠拉结。新抗震规范规定：一般情况下，应允许在建筑结构2个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构建承担。但是在实际的应用上，结构很难实现强柱弱梁的原因主要是计算模型的问题。它并不能真实地反应结构的空间

12、作用。应用概念设计联系大量震害资料和实验成果，表明了构建的最不利受力状态是随着构建和地震作用方向的变化而变化的。结构抗震体系使用了越来越多“柔性抗震”的全新理念，未来民建结构抗震的思路发展方向将是“以柔克刚”，减轻危害。 八、结语 随着社会的发展，民建建筑工程技术的进步，民建结构越来越复杂，结构抗震模式的设计思想获得了越来越广泛的认知。概念设计理念在一定程度上解决了之前的设计思路关于抗震结构思考的不足，开辟了民建建筑结构抗震设计的新思路，为今后的民建抗震结构设计开辟了新道路。 参考文献： 【1】李展开.浅谈对建筑结构抗震概念设计的理解.山西建筑,2009,35(6):69-70. 【2】曾纪鹏,古松.我国现行几种抗震设计规范的比较.四川建筑,2009,29(1):13