论用“概念设计”方法进行抗震设计

胡净明

（中国市政工程西南设计研究总院重庆分院 重庆市江北区 401120）

论用“概念设计”方法进行抗震设计

胡净明

（中国市政工程西南设计研究总院重庆分院 重庆市江北区 401120）

考虑地震动影响的专业设计就是抗震设计。抗震设计是国家和人民生活中的大事，有严格的法律规定、方针、政策和科学理论。我国按建筑的重要性，将建筑划分为甲、乙、丙、丁四类，并确定了相应的设防标准。国家规定在抗震设防区抗震设计应贯穿在每一个建设项目的全过程中。因此作为项目主要负责的建筑师，承担抗震设计就是当然的使命，而不仅仅是与结构专业配合的问题。

概念设计；抗震；建筑

前言

地震是一种自然现象。主要成因是有火山地震、塌陷地震和构造地震三种，其中以构造地震破坏性大，影响面广，频繁发生，约占破坏性地震的95%以上。地表下某处发生地震时，岩石破裂错动，释放出巨大的能量，它以体波（纵波和横波）、面波（瑞雷波和乐甫波）两类波动形式在地球本体内及沿地球表面，从震源向各个方向面传播，形成了地面强烈的震动，地震发生时间短，造成的灾害、次生灾害往往是十分严重的。世界各国都普遍建立巨大的监测和防御地震的网站系统，每年能记录到的可感地震达十几万次，每年发生的有破坏性地震至少十几次。中国地震表采用12级的分级标准来判别地震影响程度的大小，同时还给出了表征地震力大小的两个物理标准量——加速度和速度峰值，作为建筑抗震设计的工程数据。地震烈度在Ⅵ度及以上时，己产生不同程度的危及人们正常生活的震害。我国规定Ⅵ度及Ⅵ度以上区为抗震设防区。我国百万人口以上城市个数的87.5%，五百个大中城市的74.5%，中小城市的80%都处在抗震设防区。下面就用“概念设计”方法进行如何进行抗震设计。

1 多层砌体房屋

本类房屋结构的特点为：脆性结构；自振周期短，约0.1～ 0.4s，地震作用大，计算中地震影响系数取最大值；墙的抗拉、剪强度低，节点联结差。在地震发生后震害大，破坏率很高。根据这些特点，其抗震技术措施主要为以下几点：

（1）严格限制房屋的层数及高度，以减弱地震作用；保证抗震墙最大间距不超过规范限值；优先采用承重墙，尽可不用纵墙承重体系；纵横墙布置均匀对称，平面不错位，上下层对齐，楼层标高尽量一致，合理地设置防震缝。

（2）采取有效的构造措施，加强整体性，提高延性

①在震害严重、连接较弱易于应力集中的部位沿全高设置构造柱（砌块房屋为芯柱），并协调设置钢筋混凝土现浇圈梁。设构造柱的部位应按设防烈度的不同可选择在外墙四角、错层部位、横墙与外墙交接处，较大的洞口两侧，楼（电）梯问四角横墙与外墙交接处等部位；圈梁应现浇在楼（屋）盖与墙体交接处及基础顶面，设置的道数根据烈度大小可有适量的调整，圈梁在平面内要交圈闭合；

②墙体内设置拉结筋，独立砖柱顶部应在两主轴方向设可靠的连接；

③楼（屋）盖板与墙体应有可靠的连接；如有足够的搁置长度采用现浇板，按烈度不同加设附加钢筋等；

④在平面刚度突变的楼梯间等处重点加强。

2 多层和高层钢筋混凝土房屋

本类房屋结构特点为：弹性——弹塑性结构，由墙、柱数量布置部位及型式的不同可分为框架体系、抗震墙体系；框架——抗震墙体系，简体体系，其地震影响系数根据场地类别，近震、远震及结构的自振周期，按地震影响曲线确定不同的等级；本类房层在多屋和高层建筑中有广泛的应用。由此本类房屋的抗震技术措施主要有以下各点：

（1）注重结构的总体概念高度：即要有适宜的刚度，并充分认识和掌握结构的破坏机制和塑化过程，避免产生楼层破坏机制；平面形状尽量规则、简单，实在无法避免时要注意加强薄弱环节；竖向应避免过大的外挑和内收；设计中选择梁作为主要的耗能构件，保证结构有好的延性，严格做到“强柱弱梁”，“强剪弱弯”，“强节点弱构件”；有意识地对不同构件给予大小不同可靠度，以满足有多道防线的设计原则。

（2）应根据不同的建筑高度选用不同的结构体系，并严格符合该种体系允许的房屋高宽比及符合规范规定的楼（屋）盖类型；按照场地土类别和基本烈度确定各类结构托体系中墙架的抗震等级。

（3）框架结构体系中框架宜为双向设置。高层房屋中应为双向刚接体系，控制梁的轴压比，控制梁的相对受压区高度限值，并保证梁的截面尺寸和适当加强梁的抗剪能力，避免出现短柱；梁柱中箍筋按规范加密，节点有可靠的抗剪能力。

（4）抗震墙体系中抗震墙应沿主要轴线方向设置，单片墙截面高度不宜过大，宜为“高墙”，以保持好的延性，避免小墙肢；抗震墙要有合适的间距和数量，其刚度、强度从底到顶应连续，逐渐减小，避免突变。在温度变化大，受力比较大，比较复杂的部位要重点加强。抗震墙尽可能设置边缘构件如翼柱、暗柱等。抗震墙上的门窗洞口应上下对齐，无法对齐时应采用暗框架加强。

（5）框架——抗震墙体系中，抗震墙应“均匀、分散、对称、周边”布置，数量和间距要适度并满足抗震墙最大问距的要求。抗震墙各片刚度不宜太大，各片间距刚度不能相差悬殊；抗震墙一般应布置在重力荷截较大处，平面形状变化处，楼（电）梯间。抗震墙最好布置成每组都有两个对称轴的图形。当建筑需要部分横向抗震墙底层架空时，其落地抗震墙数目不宜小于全部横向抗震墙数目的50%。

（6）筒体体系中要加强角柱，在外框筒上开洞面积不宜过大，以不超过墙面的50%为宜。注重构件的强度设计。

3 底层框架抗震墙砌体房屋与底部两层框架抗震墙砌体高度房屋

本两类房屋的共同点是抗震性能差，震害多发生在底部，震害为“上轻下重”，抗震性能甚至低于同高度的多层砖房，均为上、下不同材料的混合承重房屋，对扭转反应敏感。两类不同点在于底为一层时竖向刚度变化要缓和，底部为二层比底部为一层时弯曲变形增加其上部砖房支底部为框，墙的倾覆力矩在同高度条件时减小，两类房屋各有优缺点，这两类房屋的抗震技术措施主要为以下几点：

（1）严格限制总高度及层数（底部二层时Ⅸ度区不作）。

（2）底部抗震墙应沿两个方向布置，其数量应满足与上层的刚度比值在一定的范围内，抗震墙应布置在上层砖房有砖抗震墙轴线处。

（3）平面不规则或质量差异较大的房屋，应通过设置防震缝将房屋划分为规则、均匀独立的单元。

（4）转换层楼盖采用现浇。

（5）上部砌体内设构造柱、现浇圈梁，其设置数量、部位形式与多层砌体房屋相同。

4 钢筋混凝土柱排架厂房

本类房屋由刚性横梁与柱较接，有单跨、多跨、等高、不等高多种形式，多设有吊车，屋盖分重型和轻型两类，具有较好的抗震性能。其抗震技术措施主要有以下几点：

（1）平立面布置要规则、简单，多跨时尽量采用等高，毗屋布置适当，Ⅸ度时不采用突出的天窗，厂房中内部平台或刚性隔断宜与厂房主体脱开，端部宜设屋架（梁），山墙不宜承重。

（2）布置合适的防震缝。

（3）合理的结构选型，优先采用轻型有柃屋盖，如压型钢板等。

（4）加强结构构件间可靠的连接。

（5）围护墙与柱、高跨封墙、悬墙与柱要有可靠的连接。

（6）根据设防烈度、场地类别，屋盖类型，厂房跨数，屋架跨度、屋架形式，天窗设置和厂房单元长度确定和设置必需的屋盖和柱间支撑系统。

（7）当有内隔墙、内隔问等内部结构时，宜采用轻质隔墙，并宜与排架脱开。当不能脱开时，应采用螺栓作柔性连接。

5 单层砖柱和混合排架厂房

本类房屋因砖砌体属脆性材料，延性小，在Ⅷ、Ⅸ度区震害严重，破坏率较高。但因其造价低，可就地取材，施工方便，仍常用于食堂、仓库、辅助车问、小跨度厂房。其抗震技术措施为：

（1）尽量采用边柱为组合柱，中柱为钢筋混凝土柱的混合排架厂房。

（2）纵向砖柱柱列与柱同时咬砌的砖抗震墙，而不宜用交叉支撑。

（3）两端设承重墙，横墙，内隔墙宜做成抗震墙。

（4）在柱顶处沿房屋外墙及承重内墙设现浇闭合圈梁，Ⅷ、Ⅸ度时还应沿墙高每隔3～4m增设圈梁一道。（5）设置必需的屋盖支撑系统。

6 多层内框架砖体房屋

本类房屋承重结构由砌体与钢筋混凝土两种性能不同的材料组成，抗震性能较差，抗破坏能力比多层砖房低，抗倒塌能力比多层砖房高。砖墙部分中，顶层纵墙最薄弱，其次是底层横墙和山墙。单排柱的内框架房屋比多排柱破坏率要高，层数多的比层数少的破坏要重，顶层设空旷房屋时多倒塌。其抗震技术措施主要为：

（1）平面力求简单，最好为矩形，或以矩形为单元利用防震缝分隔组合成的平面图形，立面不宜有局部突出，布置在中段的楼梯间横墙宜延伸贯通房屋全宽。

（2）抗震横墙宜不开洞或少开，小开洞口，并宜在内柱列适当布置内纵墙作为纵向抗震墙；控制外墙开洞率，窗间墙应等宽，一个开间宜采用一个大窗洞。

（3）内框架应采用横向框架承重体系，内框架宜现浇，除外墙节点外，均应采用刚接。内框架最好为多排柱，当采用单排柱时，外墙可根据烈度大小采用砖——混凝土组合柱；多排柱时边跨度宜小于中跨度；内框架柱宜到顶，屋盖应采用现浇或装配整体式屋盖。

（4）设置构造柱和现浇圈梁并应较多层砌体结构从严。

7 单层空旷房屋

本类房屋平面多不规则，竖向高低不齐，且多不宜用防震缝分隔，抗震设计复杂易产生震害。其主要的抗震技术措施为（以影剧院为例）：

（1）大厅与前后厅之间当采用砌体结构和钢筋混凝土屋盖时不应设防震缝；大厅与前厅之间设有挑台时不应设防震缝；大厅与后厅之间舞台口处可设防震缝，并设双墙；大厅与侧厅，后厅与裙房之间允许设防震缝，但宜设双墙。

（2）大厅部分屋盖宜采用轻型，有条件地允许采用十字形截面无筋砖壁柱；最好采用组合砖壁柱或钢筋混凝土柱、框架。

（3）前厅、后厅、侧厅应采用与大厅相适应的结构形式及构造措施。

（4）大厅应参照单层砖柱厂房加强构件问连接并设有支撑；前厅采用多层砌体房屋时，其构造柱设置应比一般多砌体房屋更严，采用底框——抗震墙砌体房屋时，上部砌体房屋应设到顶的构造柱、现浇圈梁，侧厅后厅参照此要求。

（5）舞台口两侧和横墙两端，应设到顶的构造柱，并与横墙顶卧梁相接；舞台口大梁支承长度不宜小于500，并与同标高圈梁相接。

（6）设置圈梁，在房屋各部分平面和竖向上整体协调，各分交接处拉通封闭，并与构造柱连成竖向网格。

8 结语

由于地震灾害的许多不可知性、发生的瞬时性、突然性和多次性，在抗震设计中概念设计比数值设计更为重要，建筑师应在对前人实践经验，特别是震害的分析、统计的总结和继承中，运用多学科知识在设计中的清晰的概念和正确理解去处理理论和细节问题。只要建筑师有强烈的抗震防灾意识，有高度的为人民负责的责任感，能在整个建筑设计的始终，特别是以概念设计的方式作好抗震设计，就一定可以创作出既富有新意、有特点满足使用要求，同时又具有良好抗震性能安全可靠的优秀建筑设计。

TU352.1+1

A

1673-0038（2015）24-0041-03

2015-5-25

胡净明（1959-），男，高级工程师，大学本科，主要从事建筑设计及审核工作。