基于抗震理念的建筑设计

　　【摘要】随着时代的发展，建筑技术水平的提高，各种不同风格、不同功能的建筑拔地而起。但建筑安全问题也时有发生，给人们的财产和人生安全在成了极大的损失。其中由地震带来的危害又显得尤为突出。本文通过介绍抗震设计的含义、原则、措施三个方面使大家进一步了解建筑设计的抗震理念，加强对抗震设计在现代建筑中应用的重视程度，旨在采取最合理的措施建造出更安全的建筑。
　　
　　【关键词】抗震理念，建筑设计，设计原则，抗震措施
　　
　　引言
　　为了保证结构具有足够的抗震可靠性而对建筑工程结构做的概念设计主要考虑了以下因素场地条件和场地土的稳定性;建筑物的平、立面布置及其外形尺寸;抗震结构体系的选取、抗侧力构件的布置以及结构质量的分布;非结构构件与主体结构的关系及其两者之间的锚拉;隔震和消能减震的措施设计;结构材料与施工质量等。本文仅简单的介绍基于抗震理念建筑设计。
　　一、抗震概念设计的含义
　　抗震设计是通过地震作用的取值和抗震措施共同实现的，通过总结历次地震灾害后发现，对于结构抗震设计来说，“概念设计”比“数值计算”更为重要。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”，也就是说，“概念设计”是结构抗震设计的首要问题。所谓“概念设计”是指在进行结构设计时，既要着眼于结构的整体地震反应，又按照结构的破坏机制和过程，灵活运用抗震设计准则；既要把握整体布置的大原则，又兼顾了关键部位的细节，从根本上解决了结构抗震设计的问题，有效地提高了结构自身的整体抗震能力。
　　
　　二、抗震设计的一般原则
　　2.1场地和地基
　　建筑结构在地震作用下的破坏情况有四种：
　　2.1.1地震时，在水平和竖向振动作用下，建筑物的内力和变形骤增，甚至结构的受力形式发生改变，最终导致建筑物承载力不足甚至于丧失或者变形过大而破坏。
　　2.1.2地震作用下，由于节点强度不足、延性不够、锚固失效，使得结构构件缺乏可靠的连接，建筑物丧失整体性而遭破坏。
　　2.1.3地震作用下，由于地基承载力下降或地基土液化，使得地基部分失效甚至于完全失效，最终导致建筑物倾斜、倒塌。
　　2.1.4由地震引发的次生灾害如火山、洪水、滑坡、泥石流等造成建筑物的严重破坏。所以场地的选择是建筑抗震设计成功的第一步，从选址工作开始就应该选择对抗震有利的地段，尽量避开不利的地段，避不开时应采取有效措施确保地基的稳定性；任何情况下均不考虑在抗震危险地段建造建筑物。
　　2.2规则性建筑
　　在建筑的方案设计阶段就应该尽量采用规则建筑方案，即建筑平、立、剖应规则、简单、对称；结构侧向刚度、材料强度和质量的分布应均匀、连续，无突变，因为不规则的建筑在水平地震作用下也会产生扭转振动，进而破坏。
　　2.3合理的结构体系
　　一个合理的结构体系，首先应有明确的计算简图和合理、简洁的传力途径，对于不规则建筑，应采用空间计算模型计算地震力，考虑扭转藕联影响，使其更接近实际工况。不在同一结构单元混用受力体系，优先选用现浇混凝土结构，在多层砌体房屋中优先采用横墙承重的结构体系，在底层框架抗震墙砌体房屋中，优先采用混凝土抗震墙。体型复杂的建筑，设置合理的抗震缝将上部结构分割成相互独立、相对规则的结构单元。
　　2.4计算结果的校核
　　一般来说，在结构设计中，通常采用计算软件进行抗震分析，这就要求设计人员对所用软件的适用范围、技术条件、计算模型等均有深刻的认识和充分的掌握，对所有计算结果，应经认真分析校核，只有经分析判断结果合理、有效后，方可用于工程实际。
　　
　　三、建筑抗震设计措施
　　对结构构件采用多道设防，严格按规范要求保证“强柱弱梁”，“强剪弱弯”，“强节点弱构件”，加强节点连接，加强梁、柱端头箍筋加密区的箍筋量。所用材料等级不低于规范要求的最低等级，从而有效减小材料的脆性，计算中还应严格控制梁的相对受压区高度。砌体结构应按规范要求设置圈梁、构造柱等，有效约束砌体，提高砌体的延性和整体性。非结构构件比如框架填充墙两端应与柱有效拉结，附属构件女儿墙、雨篷、挑檐等除保证自身整体性能外，还应与主体结构有可靠连接和锚固。
　　3.1建筑结构隔震
　　使用隔震技术不仅达到了减轻地震对上部结构造成损坏的目的，而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。隔震建筑的结构体系一般由下部结构、隔震装置、上部结构组成。根据隔震层设置的位置不同，可分为以下几种：
　　3.1.1地基隔震
　　地基隔震即隔震层设在基础以下的地基中。历史上曾采用糯米垫层或砂垫层隔震，也能取得～定效果。还有的用一层软粘土一层砂土，其间加入一层土工布，使地震波在地基中被多次反射吸收达到衰减的效果。但由于土的性状较难由人来控制，它常随自然条件而变更，因此效果不稳定。杭州市抗震办曾组织研制了一种改性沥青阻尼隔震垫，达到了良好的交蜾。
　　3.1.2基础隔震．
　　基础隔震是在基础与上部结构之间设置隔震装置，减小地震动往上部结构传递，降低上部结构的地震反应。该种隔震方法适用于体形规则的低层或多层建筑结构，用于高层建筑结构的效果较差(隔震结构延长了结构的自振周期)。基础隔震包括粘弹性隔震、滚轴(珠)滑移隔震、摩擦摆隔震、摩擦滑移隔震等多种形式，隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、基底滑移隔震装置、混合隔震装置等等，其减震效果可达8％～60%
　　3.1.3层间隔震
　　层间隔震是结构隔震与抗震相结合的一种方法，它是在原结构上安装由质量和隔震支座组成的耗能减震装置，地震时，耗能减震机构吸收并消耗地震能委，减小结构的地震反应。该方法适用于旧房加层、抗震加固，减震效果～般在10％～40％之间。虽然层间隔震的效果不如基础隔震，但它可利用结构的加层或原结构的隔热层，做适当的改建而达到减震的目的，简单易行，隔震装置采用橡胶支座。在上海，几栋高层建筑用此方法控制结构的第二振型反应，收到很好的效果。
　　3.1.4悬挂隔震
　　悬挂隔震是将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地面运动传递不到主体质量，产生不了惯性力，从而起到隔震作用。它最具有代表性的是巨型刚框架悬挂体系，其结构分为主框架和子结构：主框架同—般框架结构：子结构采用索或吊杆悬挂，分布有主要质量，此体系可以有数地隔离主框架和子结构，减少地震作用的传递，控制结构的地震反应。因此，目前已经广泛被很多国家采用该方法在桥梁、火电厂锅炉架中应用广泛。著名的香港汇丰银行新大楼(43层)即采用此种方法隔震。
　　3.2消能减震技术
　　消能减震技术主要通过提高结构的附加阻尼来减少结构的地震反应。其应用十分广泛：不仅可用于新建结构的减震设计，也可用于现结构的抗震加固：适用于钢筋混凝土结构，更适合钢结构、高耸结构；一般应用于上部结构，也可应用于基础隔震建筑中的隔震层。消能减振技术是用特别设置的机构和元件将地震动的能量加以吸收耗散，以保护主体结构的安全。这比传统的依靠结构本身及其节点的延性耗散地震能量相比显然是前进了—步。但是消能元件往往与主体结构是不能分离的，而且常常是主体结构的一个组成部分，也不能完全避免主体结构出现弹塑性变形，因此它还不能完全脱离延性结构的概念。从另一方面考虑，减振消能也可以看作是增加结构阻尼的方法。消能减震技术的实际应用效果与所选用的消能装置关系较大，消能装置的种类繁多，主要有摩擦阻尼器、塑性肖能器、粘滞阻尼器、磁流变阻尼器、形状记忆合金阻尼器等。从阻尼器的工作原理方面可分为滞回型和粘滞型两类，亦可称为位移相关型和速度相关型。
　　3.3机敏减震
　　支撑体系无粘结钢支撑体系是一种机敏的减震支撑体系。在内核钢支撑和外包钢管之间不粘结，或者在内核钢支撑和外包钢筋混凝土或钢管混凝土之间涂无粘结漆形成滑移界面。在支撑中段设置外包层，在支撑两端适当部位露出内核钢支撑，再用高强度螺栓与框架结构连接，以保证压力和拉力都只由内核钢支撑承受。滑移界面的材料和几何尺寸需要精心设计和施工，以允许内核钢和外包层之间相对滑动，同时约束内核钢支撑的横向变形，防止内核钢支撑在压力作用下发生整体屈曲和局部屈曲。
　　3.4跷动振动控制减震设计
　　跷动减震设计有两种方法：一种是整个上部结构与下部基础在竖向不紧固；另一种是结构中地震力较大的柱、竖向连续墙、支撑等部分构件与下部基础不紧固。前—种方法适用于高宽较大的建筑物在强烈地震作用下会产生很大竖向拔力的情形。
　　3.5地震震向与建筑物走向
　　汶川大地震导致的房屋倒塌无数，同时也有不少的房屋屹立不倒。经过专家的现场勘察，房屋例塌和震向密切相关。所谓的震向，即地震发生以后，导致房屋震动的方向。此次汶川大地震，震向为东北一西南走向，房子如果和它同向，随它一起摇晃，则受损严重，而房屋走向和震向垂直的话，损伤明显小得多。以板式结构为例，板式方向与断裂带走向垂直的话，其抗震能力至少可以提高3度。“我们虽然不能精确预报地震发生的时间和地震的强度，但是，知道了断裂带的走向以后，一旦发生地震，地震波的传递方向所导致房屋晃动的方向，还是有规律的。”同济大学规划设计专家吴志强如是说。“今后，在重建规划中，一定要考虑这个因素。房屋走向和震向交叉，其抗震能力可提高3度。”
　　结束语
　　建筑设计人员在日常设计工作中，必须学会熟练运用概念设计，并使这一理念贯穿于结构设计工作的整个过程当中，既要严格把握好设计的大原则，又要全面考虑诸多因素，最终才能保证设计的科学性和严谨性，为社会创造更多精品工程。
　　
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