建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計包含了兩個設(shè)計范疇，即概念設(shè)計和參數(shù)設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計主要針對地震的不確定性和近似性，從概念上，特別是從結(jié)構(gòu)總體上考慮抗震的工程決策；建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計主要是采用二階段的抗震設(shè)計方法(地震作用計算、構(gòu)件強度驗算和結(jié)構(gòu)變形驗算等)實現(xiàn)三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求。
01 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的主要內(nèi)容
1.1合理的建筑體型和結(jié)構(gòu)形體：
1）使風(fēng)荷載效應(yīng)最�。�
2）使地震作用效應(yīng)最小。
1.2合理的結(jié)構(gòu)選型：
1）應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。
2）應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。
3）應(yīng)具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。
4）宜有多道抗震防線。
5）宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。
6）結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。
1.3合理的結(jié)構(gòu)布置：
結(jié)構(gòu)平面布置宜規(guī)則對稱
1）豎向構(gòu)件沿周邊對稱布置；
2）剪力墻帶翼緣；
3）承載力大的地方布置豎向構(gòu)件。
結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化
豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小、避免側(cè)向剛度和承載力突變。
1）剛度如太小，則地震時的側(cè)移大，導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞加重；剛度如太大，則地震力將增加。
2）結(jié)構(gòu)的抗剪、抗彎、抗壓、抗拉、抗扭等強度均應(yīng)滿足抗震要求。
3）四強四弱：
①強柱弱梁；②強剪弱彎；③強節(jié)點弱構(gòu)件；④強壓弱拉。
整體為彎曲變形而非剪切變形
盡量避免扭轉(zhuǎn)變形。
1.4采用高強輕質(zhì)的材料
充分發(fā)揮構(gòu)件材料性能：延性（變形能力）要強。結(jié)構(gòu)在保持一定強度條件下，如具有穩(wěn)定的塑性變形能力，則在地震中可消耗輸入于結(jié)構(gòu)的地震能量，減少地震力，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重脆性破壞或倒塌。
1.5整體性要好：
整體性可防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震散掉落，同時它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。
1.6合理設(shè)置抗震縫、伸縮縫、沉降縫。
1.7合理選擇基礎(chǔ)類型。
1.8施工質(zhì)量要精良。
1.9造價要合理。
02 場地與地基的概念設(shè)計
場地影響結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的大小決定了結(jié)構(gòu)的震害。一般來說，在深厚的軟土層上，高層建筑的地震反應(yīng)較為強烈；在淺薄的硬土層上，則自振周期較短的結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)較為強烈。因此，在設(shè)計軟土地基上的房屋時，要注意柔性結(jié)構(gòu)的反應(yīng)；反之，在設(shè)計硬土地基上的房屋時，要注意剛性結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。
在地基和基礎(chǔ)設(shè)計中，要注意同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上以及采用不同類型的基礎(chǔ)，地基有軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻土層時，宜加強基礎(chǔ)的整體性和剛性
03 結(jié)構(gòu)布置的概念設(shè)計
地震后的震害調(diào)查和理論分析證明，結(jié)構(gòu)體型簡單，剛度中心和質(zhì)量中心一致，沿平面、豎向的質(zhì)量分布及剛度分布均勻的建筑物，有更好的抗震能力，震害小。因此，在概念設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)的布置要注意以下幾點：
3.1建筑物平面布置宜簡單、對稱、質(zhì)量中心與剛度中心重合
從抗震觀點看，方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面最有利。平面伸出的翼部較長，有凹角，而且在某一方向上不對稱，屬于不規(guī)則平面，地震時，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將使遠(yuǎn)離剛度中心的翼肢端產(chǎn)生較大的位移而開裂、倒塌，或使凹角處產(chǎn)生應(yīng)力集中而開裂。
這里要注意，即使平面規(guī)則、對稱的建筑，仍要求質(zhì)量和剛度的平面分布使剛度中心與質(zhì)量中心一致，否則扭轉(zhuǎn)效應(yīng)仍會發(fā)生，使遠(yuǎn)離剛度中心的構(gòu)件產(chǎn)生較大的震害。
3.2建筑物豎向的剛度分布應(yīng)均勻和連續(xù)
不宜有剛度突然消弱的層次，否則地震時易造成塑性變形集中的薄弱層；也不宜使最上面幾層的剛度減去太多，否則地震時易形成鞭梢效應(yīng)，加重震害。
3.3建筑物平、立面布置很復(fù)雜時，可以考慮用防震縫將結(jié)構(gòu)分離成若干個獨立的單體
但要注意兩點：
1）設(shè)置防震縫的目的是把復(fù)雜平、立面的建筑，分割成簡單體型的建筑物。由于設(shè)縫后也改變了結(jié)構(gòu)的自振周期（一般情況下周期變長），反而有可能和地基土的固有周期接近；而且分隔后的各單體的抗震構(gòu)件要安排得當(dāng)，剛度均勻?qū)ΨQ，否則也會增加震害。
由此可見，防震縫的設(shè)置與否應(yīng)根據(jù)地震反應(yīng)大小和結(jié)構(gòu)布置以及地基土的特性，從概念上加以決策，必要時還要作地震反應(yīng)分析的比較。
2）如決定設(shè)置防震縫，則結(jié)構(gòu)要自上而下（基礎(chǔ)以上）斷開，縫兩側(cè)設(shè)雙柱或雙墻，并有足夠的縫寬，注意不能被建筑垃圾堵塞而不起作用，也不能因硬質(zhì)封蓋材料卡縫而失效。防震縫的相關(guān)條文詳見《抗規(guī)》-3.4.5 條和《高規(guī)》-3.4.9 條。
04 構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的大變形利用
在抗震概念設(shè)計中，人們應(yīng)不僅著眼于小震不壞，還要考慮大震不倒。長期實踐使人們認(rèn)識到，僅利用材料的彈性階段去抗御罕遇的大地震是不明智的，應(yīng)該利用材料的彈塑性性能通過構(gòu)件以至結(jié)構(gòu)的塑性變形性能來消耗地震時輸入結(jié)構(gòu)的能量。
鋼、鋼筋混凝土的適筋受彎構(gòu)件，因其都有明顯的屈服點，可以通過大變形來消耗輸入的地震能量，而鋼筋混凝土受剪構(gòu)件、軸壓比高的柱子、短柱、節(jié)點以及砌體等卻不太具備這些特點。因此，在概念設(shè)計中要揚長避短，或加以改造使之改性：
4.1在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，梁、柱、節(jié)點三者的關(guān)系：
任何一部分進(jìn)入屈服，另外兩個部分可得到一定的保護(hù)。因此，考慮到梁、柱、節(jié)點的塑性性能的差異，在設(shè)計中，要考慮強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件的關(guān)系，促使梁以受彎屈服的形式產(chǎn)生大變形來消耗地震時輸入的能量，從而避免修復(fù)困難的柱、節(jié)點的破壞和盡可能的防止倒塌。
4.2砌體是一種脆性材料，但在達(dá)到極限承載能力后還有一定的變形能力
為了利用這些變形能力，可以用內(nèi)配筋，即在水平灰縫和豎縫中配筋；或外配筋，即在墻的雙面用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層以充分利用砌體大變形，使砌體在大變形時仍具有一定的強度。此外，在砌體內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱，形成約束砌體，從而可以充分利用砌體原有的變形能力。
05 平面剛度分布不均勻、不對稱
產(chǎn)生的震害
建筑平面復(fù)雜，結(jié)構(gòu)剛度不對稱，地震時容易引起扭轉(zhuǎn)和局部應(yīng)力集中（尤其在凹角處），若未采取相應(yīng)的加強措施，則將會造成嚴(yán)重震害。
例如：
天津市一棟六層的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，高 27m，平面呈 L形。由于設(shè)計時沒有充分估計扭轉(zhuǎn)的影響，唐山地震時其處于8度區(qū)，震后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，二、三層角柱嚴(yán)重破壞，邊柱在窗臺處有水平裂縫，外墻和內(nèi)填充墻產(chǎn)生不少裂縫。
又如天津市 754廠 11號廠房，平面為矩形，中間為五層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，兩端均與剛度很大的磚砌樓電梯間相連，總平面布置對稱。
但由于房屋長度達(dá) 110m，在中央處設(shè)置了一道伸縮縫，把整個房屋分成了兩個剛度分布不均勻、不對稱的獨立單元，唐山地震時，該廠房產(chǎn)生了顯著的扭轉(zhuǎn)，致使框架柱嚴(yán)重扭裂，樓梯間墻體產(chǎn)生嚴(yán)重開裂和錯位。
06 工程實例分析
6.1工程概況
廣州市大沙頭商住樓，地下3層車庫，地上1-4層為商場，5層架空，6-33層分為兩個塔樓，東塔為住宅樓，西塔為辦公樓，總建筑面積60000余m²。
6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
本工程平面和豎向都不規(guī)則，長邊97.2m，短邊34.4m，采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，1-4層商場要求大空間，住宅樓和辦公樓要求小空間，且商場中部有300m²的中庭，對樓板平面內(nèi)剛度有較大削弱。住宅樓有兩個電梯筒，要求左側(cè)的一個不落地，必須在其他合適位置設(shè)置剪力墻以滿足抗側(cè)承載力要求。
6.3根據(jù)概念設(shè)計采取的抗震措施
場地經(jīng)勘察，地質(zhì)條件良好，無抗震不利地段。
本工程的建筑平面和立面都不規(guī)則，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，對水平地震作用和內(nèi)力計算都進(jìn)行了必要的調(diào)整，并對薄弱部位采取有效地抗震構(gòu)造措施，比如中庭周邊的樓板加厚至150mm,以減少該處樓板升洞對平面內(nèi)剛度的削弱影響。
為了在建筑底部做成較大空間，本工程采用上剛下柔的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，框支柱采用鋼骨混凝土柱，很好的滿足了延性要求，設(shè)計中重點提高轉(zhuǎn)換層以下的各層的構(gòu)件延性，同時減小受壓構(gòu)件的軸壓比。
適當(dāng)處理構(gòu)件的強弱關(guān)系，按“強柱弱梁”、“強剪弱彎”的原則對梁、柱、墻的承載力。
07 結(jié)語
抗震概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要，是展現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計者先進(jìn)設(shè)計思想和深厚設(shè)計功底的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)設(shè)計者應(yīng)該使抗震概念設(shè)計貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程，不斷思考、不斷創(chuàng)新，同時把握好設(shè)計的大原則，這樣才能保證設(shè)計成果的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。
