抗震概念设计在隔振建筑结构设计中的应用

抗震概念设计在隔振建筑结构设计中的应用

詹巧林 ,周敬力

渝建实业集团股份有限公司

摘要：近年来，全球多个主要城市相继遭受强震，其中一些震中就在城市的中心位置，这些强震事件频发，给人民群众的生命财产带来极大的威胁，并引发了一系列的次生灾害。因此，对建筑结构进行抗震设计，以确保其在地震中的安全性，是每一位建筑师必须面对的重要课题。设计者在进行房屋结构抗震设计时，应采取相应的措施，并加大对房屋抗震技术的研究与应用，从而保证房屋的长期安全。在以往的地震中，隔震建筑技术都取得了很好的防震效果，因此，本文简单介绍了建筑结构中的隔震概念设计的目的，找到了隔震建筑设计中需要注意的几个问题，并将其概念设计应用到建筑结构的设计中，以此来提升建筑在地震下的抗震能力。

关键词：概念设计；建筑结构；隔震技术

1.实施抗震结构设计的目的

在建筑结构的设计中，抗震结构的设计主要是要达到如下三个目的：一是要确保在低强度的地震灾害的影响下，建筑不会出现损坏、裂缝等病害，保持建筑的正常使用；二是要在中等强度的震害下，只有轻微的破坏，而且修补后不会对建筑物的结构造成影响。三是在强烈的震害作用下，建筑物必须保持稳定，不倒塌，以确保周围环境和人员的安全。因此，在建筑设计过程中，要对抗震结构进行科学地处理，并以已有的数据为基础，对区域地震灾害等级进行分析，从而确定建筑的抗震性能，对结构的布局进行合理的规划，从而提高抗震效果，保持建筑结构的稳固性和安全性。

2.抗震设计的时候要遵循的基本原则

2.1.整体性原则

在进行抗震结构的设计时，设计者应该从整体的角度进行全面的分析和考虑，对建筑的需求进行全面的考虑，对建筑的结构进行合理的布置，从而对设计的内容进行改进，对建筑的抗震性能进行优化，将问题降到最低。同时，通过前期实验，明确震害作用下不同级别结构的变形特点，并对其进行合理的选材，以提高其抗震性能。另外，还需要考虑传力特性，防止由于应力集中而造成的局部破坏，影响结构的整体质量和安全。抗震结构设计牵涉到多种类型的子结构，为了加强其抗震性能，就必须对其进行构件和细部的优化和处理，以提高其安全性。

2.2.简化性原则

简化房屋建筑结构，对提升建筑抗震性能帮助较大。因此，在将抗震设计融入到房屋建筑结构设计中时，应尽可能简化建筑结构，避免过于复杂的设计。对于本文研究的底商型房屋建筑，需要预留足够的活动空间，从设计技术和性能提升两个角度出发，改善建筑抗震性能。

3.抗震概念设计在隔振建筑结构设计中的应用

3.1.注重结构的抗震概念设计

地震灾害使各类建（构）筑物倒塌和损坏、设备和设施损坏、交通、通信中断和其他生命线工程设施等被破坏，以及由此引发的火灾、爆炸、瘟疫、有毒物质泄漏、放射性污染、场地破坏等造成人畜伤亡和财产损失的灾害。地震灾害具有突发性和不可预测性，且频度较高，并产生严重的次生灾害，对社会产生很大的影响。我国地震发生频繁且地震强度大，绝大多数是发生在大陆地区的浅源地震。我国许多人口稠密地区，如台湾、福建、四川、云南等，都处于地震的多发地区，约有一半城市处于地震多发区或强震波及区。地震作为一种自然现象本身并不可怕，“地震本身不杀人，地震后倒塌的房屋才杀人”。当地震达到一定强度，发生在有人类生存的空间，且人们对它没有足够的抵御能力时，便可造成灾害。地震越强，人口越密，抗御能力越低，灾害越严重。因此，在有人类生存的空间，进行抗震设计是非常有必要的，由于地震是一种随机振动，不确定性和复杂性难以把控，那么根据已发生的地震产生的灾害和工程经验进行建筑和结构的概念设计就显得尤为重要。

3.2.隔振建筑概念设计内容

3.2.1.清晰明确地抗震设计目标和合理的工程选址

根据建筑物所在区域抗震设防烈度、地震动参数、抗震设防标准等，结构关键构件（底部加强部位的隔震层转换梁、隔震层、上支墩、下支墩等）的性能目标为罕遇地震下抗弯不屈、抗剪弹性，结构普通竖向构件和普通水平构件性能目标为设防地震下弹性。建设场地选择在某县城城区，地势平坦，无断层、崩塌、滑坡地陷等不良地质情况。合理的工程选址对于结构概念设计的实现至关重要，不良的地质情况导致地震时地面严重破坏，致使上部建筑物破坏的现象很多，工程选址不合理，仅仅依靠工程技术措施很难达到预设的抗震性能目标。

3.2.2.设置多道抗震防线

地震发生时，造成地面剧烈运动，建筑物破坏，持续时间少则几秒，多则几十秒，甚至时间更长，在往复冲击的作用下，建筑物损伤积累。如果建筑结构仅有一道防线，破坏之后，在后续的往复运动下，会导致建筑物倒塌，而防止建筑物倒塌是最低的目标，故设置多道防线是提高建筑物抗震性能和防倒塌有效的手段。钢筋混凝土框架结构通过强柱弱梁和强剪弱弯等设计，框架梁预设塑性铰区，结构在强震作用下，框架梁端渐次形成塑性铰，吸收和耗散一定数量的地震能量，结构完全变成机动体系之前，出现的塑性铰越多，耗散的地震能量就越多，就能经受住强震而不倒塌，结构抗震防线越多，抗震安全度就越高。

3.2.3.合理地结构变形、屈服机制、结构整体性设计

合理的结构抗侧力体系应该具有足够的侧向刚度、超静定次数、合理的屈服机制。首先，地震时建筑物的损伤程度主要取决于主体结构的变形大小，有必要控制结构在预期地震下的变形，多次地震表明，柔性建筑破坏较重，因此，结构应该具备足够的侧向刚度；其次，结构良好的屈服机制是在其杆件出现塑性铰后竖向承载能力基本稳定，可以持续变形而不倒塌，进而最大限度地吸收和耗散地震能量，且满足下列条件：一是塑性发展从次要构件或从主要构件的次要部位开始，最后在主要构件上出现塑性铰，形成多道防线；二是塑性铰的数量越多，塑性变形发展的过程越长；三是塑性铰的塑性转动量越大，结构的塑性变形量越大。因此，合理地设计屈服机制，避免楼层屈服机制。

3.2.4.合理设计非结构构件

非承重墙体、附着于楼面和屋面结构的构件、装饰构件和部件、固定于楼面的大型储物等非结构，在历次地震中，倒塌伤人，砸坏设备财产，破坏主体结构，发现大量的非结构构件破坏现象，特别是现代建筑，装修造价占总投资的比例很大。因此，非结构构件的抗震问题应该引起重视，其设计关注点如下：

（1）非结构构件的抗震设计应由相关专业的设计人员完成，对于设备和管线，抗震设计内容主要指锚固和连接；对砌体填充墙，主要指其本身的构造及与主体结构的拉结和连接。

（2）对非结构构件的抗震对策，可根据不同情况区别对待：第一，做好细部构造，让非结构构件成为抗震结构的一部分，在计算分析时，充分考虑非结构构件的质量、刚度、强度和变形能力。第二，与上述相反，在构造做法上防止非结构构件参与工作，抗震计算时只考虑其质量，不考虑其强度和刚度。第三，防止非结构构件在地震作用下出平面倒塌。第四，对装饰要求高的建筑选用适合的抗震结构型式，主体结构要具有足够的刚度，以减小主体结构的变形量，使之符合规范要求，避免装饰破坏。第五，加强建筑附属机电设备支架与主体结构的连接与锚固，尽量避免发生次生灾害。

4.结束语

综上所述，建筑结构设计使用隔震技术时，应从其本身的动力特性等方面考虑，确保其安全性、实用性、经济性和可靠性。而隔震设计也需要以地震学为指导，遵循科学合理的设计方法和原则，并持续引进先进的抗震技术，才能有效保证建筑结构的高抗震性能。

参考文献

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[3]王鸿飞.浅析抗震概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰,2016,(44):72-73.