抗震构造论文：概念设计对防震构造的作用范文

作者：程宝龙魏强钟亚军单位：浙江省建筑设计研究院

选址与结构体系选择

应通过合理的规划选址，避开地质灾害发生地段和活动断层，确保场地的安全性，避免在抗震不利的地段上建造。选择合理的结构体系，采用对抗震有利的建筑平面、立面布置。平面布置应力求简单、规则，尽量避免应力集中的凹角和收进；避免建筑物竖向体型复杂、外挑内收变化过多，力求刚度均匀，避免产生应力集中。平面或竖向不规则的建筑结构，其计算模型有特别要求，计算工作量大，计算难度提高且并不能保证其计算结果的准确性，造成结构安全度难以控制。因此，设计中应尽量避免采用不规则的方案。

结构构件应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；尽量减轻结构自重，减小地基土压力，降低地震作用，对可能出现的薄弱部位，采取措施提高抗震能力，确保节点的承载力大于构件的承载力；从构造上采取措施，防止地震作用下节点的承载力和刚度过早退化。

由于地形及建筑功能布局的原因，教学楼平面不规则、体型复杂，在一些不影响建筑使用和立面效果的部位设置防震缝，具体位置设在1号教学楼、2号教学楼、实验楼的教师办公、通用技术教室、连廊等不同使用功能、不同柱网的建筑单体之间，从而形成了6个单独的、较规则的抗侧力结构单元，有效地解决了可能产生的过大的内力和变形问题以及抗震问题。防震缝宽度取值比规范规定值大50mm，以避免地震中可能发生的碰撞。教学楼结构单元划分如图2所示。

刚度与承载力分布

结构需具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。结构布置应使结构平面在两个主轴方向均具有足够的刚度和抗震能力，同时还应具有抗扭转刚度和抵抗扭转振动的能力。由于设计内力计算模型是建立在楼盖平面内刚度无限大的假定基础上，设计应使楼盖系统有足够的平面内刚度和抗力，并与竖向结构有效连接，从而保证梁、板、柱、墙能协同工作。

由于报告厅与食堂的使用功能相对独立，利用中间庭院天井设置伸缩缝，划分成两个独立的结构单元：报告厅单元和食堂单元。报告厅结构单元在二层标高处仅在观众厅两侧、门厅区域有楼板，其余部位均为楼板大开洞,形成空旷大空间，且由于建筑使用功能和隔声的要求，北侧柱较密，柱网开间较小，南面部分柱稀少，刚度分布不均匀，对抗扭不利。通过在适当的部位布置少量剪力墙，调整结构的整体刚度，使各项计算指标能满足规范要求。报告厅、食堂平面图如图3所示，报告厅剖面如图4所示。

设置多道抗震防线

框架结构尤其是教学楼、报告厅这种大开间、大柱网、纵横向刚度不均匀的结构，应合理布置柱间支撑或柱翼墙，增加结构纵向刚度，加强结构的空间整体性，使结构具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

延性结构设计

结构的延性是结构抗震设计中一个很重要的概念。结构的延性一般用延性系数来表示，它表示结构极限变形与屈服变形的比值。其值越大，则结构的延性越好，在地震作用下，结构已无强度安全储备，结构的抗震性能主要取决于结构的变形能力。因此，一个结构的变形能力越大，在地震作用时，就能更好地消耗地震能量，保证结构的可靠度。钢筋混凝土结构是由各种钢筋混凝土构件组成，组成结构的各构件延性越大，整个结构的延性就越好，结构的延性越好，结构的抗震能力也越好。在大震下，即使结构构件达到屈服，仍然可通过屈服截面的塑性变形来消耗地震能量,从而避免发生脆性破坏。当地震后的余震发生时，由于塑性铰的出现，结构的刚度明显变小，周期变长，所受的地震力会明显减小，震害减轻。延性结构设计的具体内容有以下几点。

（1）强柱弱梁。控制塑性铰在框架中出现的位置，塑性铰出现的位置或顺序不同，将使框架结构产生不同的破坏形式。塑性铰应先出现于梁端部，使结构在破坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地震能量，因而具有较好的抗震性能。

（2）强剪弱弯。控制梁柱构件的破坏形态，使其发生延性较好的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏，而且保证构件在塑性铰出现后也不会过早剪切破坏。

（3）强节点、强锚固。由于节点区受力状态非常复杂，所以在结构设计时只有保证各个节点不出现脆性的剪切破坏，才能使梁柱充分发挥其承载能力和变形能力。即在梁柱塑性铰出现之前，节点区不能过早破坏。

（4）严格控制梁的配筋率。钢筋混凝土的破坏分为受拉钢筋达到屈服状态的延性破坏和混凝土先被压碎或剪切破坏等脆性破坏两种形式。设计时应按计算或构造选取适宜的配筋率，避免出现梁受拉钢筋过多或出现超筋现象，使结构发生脆性破坏。应选取适宜的梁截面尺寸，严格控制梁截面相对受压区高度。规范规定，对于一级抗震，相对受压高度不大于0．25，二三级抗震不大于0．35，且受拉钢筋最大配筋率不大于2．5％。同时控制受拉钢筋的最小配筋率，保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时就屈服甚至拉断。此外，梁上部钢筋间距不宜太密，否则会造成混凝土浇筑困难，从而造成混凝土缺陷。

（5）梁受压区配置适量受压钢筋，可提高梁的延性。

（6）加密箍筋。可提高箍筋对混凝土的约束力，避免梁的纵向受压钢筋产生弯曲，从而提高梁的延性；同时，还可提高梁的抗剪强度，防止剪切脆性破坏的发生。

（7）柱轴压比限制。对不同烈度下有着不同延性要求的结构会有不同的轴压比限制。设计时应严格控制柱的轴压比，尽量避免采用短柱，因为短柱的破坏是脆性破坏，加密柱箍筋采用复合箍，都可提高对混凝土的约束力，以防柱受压钢筋被压曲，从而提高柱的延性。另外，柱端箍筋用量的控制不是简单的配箍率，而是有配箍特征值，它同时考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配筋量的影响。

抗震构造措施

在青川中学的结构抗震设计中，应吸取汶川地震建筑震害的经验教训，特别重视结构抗震的构造措施。

（1）框架结构节点钢筋须满足锚固要求（图5），梁柱箍筋按规范要求加密，注意箍筋和纵筋的比例，填充墙不到顶形成短柱时，框架柱应全高加密，从构造上保证强剪弱弯、强节点、强锚固。

（2）突出屋面的楼梯间、水箱、女儿墙等附属物，由于沿房屋高度的刚度骤减而产生“鞭梢效应”，从而加大了地震作用，对出屋面建筑本身和主体建筑物的抗震都非常不利。在出屋面建筑的设计中，宜通过综合考虑来选择其适当的平面位置，并尽量降低其高度，减轻重量，使屋顶建筑结构的重量和刚度分布较均匀，并与主体结构有可靠连接，从而使其具有良好的抗震性能。

（3）位于建筑物出入口上方的挑檐、雨篷、玻璃幕墙、吊顶、构架等非结构构件应与结构主体有可靠连接，且具有良好的变形能力，避免地震时脱落。

（4）由于楼梯段侧向刚度较大，山墙较高，休息平台与楼层存在错层，地震时最易破坏，作为逃生通道，对楼梯间的抗震设计应予以充分重视。支撑楼梯的框架柱应考虑楼梯休息平台板的约束作用和可能引起的短柱，按短柱的抗震要求进行加强。楼梯间两侧的填充墙与柱之间加强拉结。楼梯间的混凝土梯段、梁、板应参与计算，并按规范要求设置构造柱和拉结钢筋。楼梯梯段板采用现浇钢筋混凝土，梯段板采取双层双向配筋。

（5）教学楼、报告厅、图书馆等的屋顶均为坡屋面，在阁楼层标高处设置了框架拉梁，以加强结构的整体性。

（6）在框架结构中，填充墙的构造措施很重要（图6，7）。在水平地震作用下填充墙与框架是共同作用的，一方面墙体受到框架的约束，另一方面框架受到填充墙的支撑，由于填充墙的侧向刚度较大，所受到的地震作用大，而填充墙的抗剪强度又较低，变形能力小，所以填充墙在地震发生时易出现裂缝。因此，填充墙与框架的连接除按国家有关规范的要求设置构造柱、拉结筋和水平拉梁外，还应按西南标准图集《框架轻质填充墙构造图集》（西南05G701）相应的构造措施进行加强。

结语

在科学技术迅猛发展的今天，电子计算机虽然能够帮助人们快速计算出各种复杂的结构，却不能代替设计人员的概念设计。因此，作为设计人员，要在充分利用电算结果的基础上，通过概念设计对结构进行抗震设计，以保证结构的安全度，真正实现建筑物抗震设防的要求。而且由于地震是一种破坏性很大的突发性自然灾害，具有极大的不可预见性,建筑师、结构工程师应相互配合、充分运用抗震概念设计，发展先进的设计理念，更好地解决构造处理，保证结构具有足够的抗震可靠性。