概念设计在混凝土结构抗震设计中的作用研究

【摘要】地震是一种随机的、难以把握的地壳运动，要想准确预测建筑物遭遇地震时的参数和特性，现在难以做到。成功的抗震设计不能只依靠计算分析，同时还必须依赖于概念设计。本文简述了概念设计的含义，分析了概念设计在抗震设计中的基本作用和具体内容。

【关键词】 概念设计 混凝土结构 抗震设计

概念设计是经过无数的事故分析、试验模拟及对国内外经验的归纳总结出来的，有的概念设计要求设置二道防线，以保障建筑物的安全可靠。人们对大地震灾害进行总结后，得出了如下看法：对于结构抗震设计来说，\"概念设计\"比\"计算设计\"更重要[1]。因为地震作用、地基土影响、结构体系的复杂性，以及计算模型同实际情况的差别，\"计算设计\"难以有效控制地震作用下结构的薄弱环节。概念设计不仅能够坚持正确的设计原则，还可以解决设计中存在的问题，提升设计水平。实践证明，从设计开始就把握好房屋体形、结构体系、刚度分布、能量输入、构件延性等主要方面，在根本上消除抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和构造措施，才能具有良好的抗震性能及合格的抗震可靠度。下面简要分析下概念设计在抗震设计中的作用及其主要内容。

一、选择利于抗震的场地与地基

根据需要掌握工程地质、地震活动的相关资料，对抗震的有利、不利、危险地段作出全面评价。选择有利的地段，避开不利的地段，无法避免时要采用有效措施，不在危险地段建甲、乙、丙类建筑。有利地段指: 坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等。不利地段指: 液化土、软弱土、孤立高耸的山丘、非岩质的陡坡、状态明显不均匀的土层等。危险地段是指:地震时可能崩塌、滑坡、地裂、地陷、泥石流等地段[2]。

同一结构单元不应设置在截然不同性质的地基上;也不能部分采用桩基、部分采用天然地基。当地基有液化土、新近填土、软弱黏土层或严重不均匀土层时要估计地震时地基的不均匀沉降和其他不利因素，并采取应对措施。当建筑物处于截然不同的地基上时,应该设置沉降缝。

大量震害表明，场地条件对建筑物的震害影响比较大，场地条件影响震害的主要因素是土的坚硬程度和场地覆盖层的厚度。覆盖层越厚、土越软,震害则越大，反之越轻。另外，设计前应初步估计建筑结构的自振周期，且应与场地的地震动的卓越周期错开，避免二者引起共振，使结构地震反应更强。不然要更改房屋类型和层数，使其自振周期与地震动卓越周期分离开。

二、抗震设计应重视结构的规则性

\"建筑结构的规则性\"包括对建筑平立面的外形尺寸、质量分布、承载力分布、抗侧力构件布置等多方面的综合要求。规则的建筑体现在其体形(平面、立面形状)简单;抗侧力体系刚度承载力上下变化均匀、连续;平面的布置对称[3]。合理的结构布置和建筑布局在抗震设计时是举足轻重的。震害调查及理论分析显示，对称、简单、规则的建筑抗震性能强，地震时不易被破坏;反之，复杂、不对称、不规则的建筑存有抗震薄弱环节，在地震时容易破坏。而且，对称、简单、规则结构更容易准确计算地震反应，能保障地震作用有直接明确的传播途径，容易进行细部处理和实施抗震构造措施。建筑设计师应按照抗震概念设计要求，不采用严重不规则的设计。只有结构工程师同建筑师互相配合与共同努力时，设计出的建筑才会具有良好的抗震性能。对于平立面很不规则、且体型复杂的建筑，可以适当的设置防震缝，这样就形成了多个规则、简单的单元，从而大大提高建筑的抗震能力，且能够降低抗震设计难度。由于地震作用的随机性、复杂性、间接性和偶然性，尤其在高层建筑中结构自振周期、材料性能、阻尼变化和基础差异沉降等因素的影响，使结构在地震作用下表现出极大的复杂性和计算假定与实际情况的不符，且目前各国所制定的抗震设计规范差异较大，甚至反映在定性分析上其结论完全相反，使计算结果差距很大。因此，在结构的抗震设计上不能完全依赖计算设计，在很大程度上，结构抗震性能的决定因素是良好的概念设计。概念设计即通过对建筑物的总体结构体系进行控制，选用体型简单、规则，平面对称，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀的方案，设计出抗震性能良好的建筑。同时，概念设计还考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性、非结构构件与主体结构的关系及二者之间的锚拉、材料与施工等。

三、合理选择建筑结构体系

随着社会的不断进步，人们逐渐认识到，在现代化充分发展的今天，再单纯强调结构在地震中不严重破坏和不倒塌，已不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震的需要。在这样的背景下，美国和日本学者提出了基于性能的抗震设计理念。基于性能的抗震设计的基本思想，就是要使设计出来的结构在未来的地震发生时，能够达到各种选定的性能目标，包括结构进入非弹性阶段后损伤控制目标。其基础和关键工作是性能目标的确定，它包括设定地震水准、定义性能水准和选择性能目标。抗震设计规范提出了三个水准的抗震设防目标，这个设防目标包含了地震水准和性能水准，实际上就是一个性能目标，只不过目标单一，没有可选择性。因此可以说，抗震规范的设计方法已经具有了基于性能的抗震设计思想的雏形。由于对结构性能状态的具体描述、相应的计算方法、以及设计标准目前尚未明确，因此可以说，基于性能的抗震设计目前基本上仍停留在概念阶段，在工程中广泛应用的条件还不成熟。但是，随着人们对建筑产品要求的提高，各种新结构、不规则结构和超出规范适用范围的结构会逐渐增多，在没有规范可供遵循的条件下，采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计，并通过专家论证，是一个可行、有效的设计途径。

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