談工業(yè)與民用建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1、<p>　　談工業(yè)與民用建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：工業(yè)與民用建筑的結(jié)構(gòu)抗震一直是建筑工程設(shè)計(jì)中的重要課題，在抗震的研究中概念設(shè)計(jì)的提出，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開拓了新的思路，在概念設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下從整體設(shè)計(jì)上增加建筑結(jié)構(gòu)抗震的性能，從而增加了建筑的安全性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：工業(yè)與民用建筑；結(jié)構(gòu)抗震；概念設(shè)計(jì) </p><p>　　

2、中圖分類號(hào)：TU24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，人們?cè)诳偨Y(jié)歷次地震災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)中逐漸認(rèn)識(shí)到，對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)而言，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)比結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)更為重要。單憑微觀的數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算還很難確保建筑物在遭遇地震時(shí)具有良好的抗震性能。概念設(shè)計(jì)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，尤其是提高結(jié)構(gòu)抗震能力方面發(fā)揮了重

3、要作用。 </p><p><b>　　1. 概念設(shè)計(jì) </b></p><p>　　概念設(shè)計(jì)就是從結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)開始，運(yùn)用人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震已有的正確認(rèn)識(shí)去處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將要遇到的問(wèn)題，諸如建筑體型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等。從宏觀原則上進(jìn)行評(píng)價(jià)、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施，以消除建筑物抗震的薄弱環(huán)節(jié)，達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。也就是說(shuō)概念設(shè)

4、計(jì)是在特定的建筑空間及地理?xiàng)l件下，用整體概念來(lái)考慮結(jié)構(gòu)的總體方案，依據(jù)結(jié)構(gòu)總體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部構(gòu)造措施的宏觀控制。概念設(shè)計(jì)受到國(guó)內(nèi)外工程界的普遍重視，并將發(fā)揮更大的作用。 </p><p>　　2.結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論 </p><p>　　2.1“多級(jí)”設(shè)防 <

5、/p><p>　　GBJ11-89《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》采用多級(jí)設(shè)防的思想，提出了“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，以保障人們生命安全為一級(jí)設(shè)防目標(biāo)，但無(wú)法避免大震中巨大的經(jīng)濟(jì)損失。基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論提出了多級(jí)目標(biāo)設(shè)計(jì)理念，既要保證生命安全，又要避免經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)業(yè)主和社會(huì)的承受能力，更加注重非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)部設(shè)施的保護(hù)，因此根據(jù)投資---效益準(zhǔn)則，引入經(jīng)濟(jì)決策機(jī)制，它通過(guò)進(jìn)行費(fèi)效分析，在可

6、靠和經(jīng)濟(jì)之間選擇一種合理的平衡，以確定最佳抗震設(shè)計(jì)方案，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。 </p><p>　　2.2 強(qiáng)調(diào)“個(gè)性” </p><p>　　現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)需要依照規(guī)范按部就班，缺乏靈活性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員處于被動(dòng)狀態(tài)?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)除了滿足“共性”外，更加注重“個(gè)性”設(shè)計(jì)，增加了業(yè)主與設(shè)計(jì)人員的交流，根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途及業(yè)主的要求確定結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)后,設(shè)計(jì)人員可以選擇實(shí)現(xiàn)該性能目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法，

7、采用相應(yīng)的構(gòu)造措施，既調(diào)動(dòng)了設(shè)計(jì)人員的積極性，又有利于新材料的推廣應(yīng)用和新技術(shù)的開發(fā)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗震能力是按選定的抗震功能目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有可預(yù)見性。 </p><p>　　2.3 立足“性能” </p><p>　　目前還沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，很多學(xué)者提出采用結(jié)構(gòu)層間變形或頂點(diǎn)位移作為性能指標(biāo)，它是從傳統(tǒng)的以力為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成以變形為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，是從彈性設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄缘脑O(shè)計(jì)方法，解

8、決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論上的不足，盡可能使結(jié)構(gòu)的預(yù)期功能與實(shí)際地震作用下的功能相符合。 </p><p>　　3.概念設(shè)計(jì)的重要性和必要性 </p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平得到不斷的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能也提出了新的更高的要求。采用先進(jìn)的計(jì)算方法，加快新型建材的設(shè)計(jì)和開發(fā)，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性已逐漸成為當(dāng)前的首要工作。面對(duì)當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的狀況，通過(guò)概

9、念設(shè)計(jì)的理念來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)工程的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展，是一項(xiàng)非常必要而且重要的事情。加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)思想的推廣就是一種高效而實(shí)用的方法，具體分析如下: </p><p>　　3.1建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范是建立在可靠度理論的基礎(chǔ)上的，對(duì)延性設(shè)計(jì)思想有所借鑒和吸納。然而，其對(duì)于某些實(shí)際問(wèn)題，例如“中震能修”的設(shè)計(jì)目標(biāo)方面的規(guī)定表現(xiàn)的非常模糊。因而我們切勿墨守陳規(guī)，要將規(guī)范當(dāng)成一種指導(dǎo)和參考，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中做出正確

10、的抉擇。所以，這就要求在整體體系與分體系的力學(xué)關(guān)系上有清晰而深刻的了解，在實(shí)際工作中充分運(yùn)用概念設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)觀念影響下，人們都不夠重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，認(rèn)為只要遵循設(shè)計(jì)規(guī)范，在建筑設(shè)計(jì)完成后，憑借計(jì)算機(jī)就能完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然而，這種方式不但難以充分地利用好設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)技能，而且會(huì)跟建筑設(shè)計(jì)方案格格不入，造成分歧和矛盾的產(chǎn)生。因此，我們要認(rèn)真思考如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中做好對(duì)概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用。 </p><p>　　3.2概念設(shè)計(jì)是非常

11、重要的，這在方案的設(shè)計(jì)階段也有很好的體現(xiàn)。開始時(shí)的設(shè)計(jì)是不允許通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成的，這也就要求結(jié)構(gòu)工程師充分運(yùn)用好結(jié)構(gòu)概念，設(shè)計(jì)出可靠而經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。鑒于此點(diǎn)，就要求工程師加強(qiáng)設(shè)計(jì)理念上的思考和創(chuàng)新，潛心探索各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)性能，并能靈活運(yùn)用。通過(guò)對(duì)概念性估算的方式的運(yùn)用，就能夠在方案的設(shè)計(jì)階段快速高效地構(gòu)思結(jié)構(gòu)體系，并對(duì)其進(jìn)行比較與選擇。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的方案，概念清楚、定性精確，消除了后期設(shè)計(jì)階段的不必要運(yùn)算，因而可靠性很強(qiáng)。與此同時(shí)，這

12、也能夠判斷計(jì)算機(jī)分析出的數(shù)據(jù)的可靠性。 </p><p>　　3.3新抗震規(guī)范提出了在建筑物內(nèi)設(shè)置地震反應(yīng)觀測(cè)系統(tǒng)的要求，并提出了結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性（周期和振型）相近的抗震概念。所以在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中還應(yīng)該注意結(jié)構(gòu)與場(chǎng)地的共振問(wèn)題。例如在唐山地震時(shí)，天津塘沽地區(qū)的 7~10 層框架結(jié)構(gòu)房屋破壞嚴(yán)重，而 3~5層的磚混結(jié)構(gòu)住宅卻只有輕微損壞。后來(lái)經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，框架房屋的自振周期和場(chǎng)地的卓越周期一致導(dǎo)致共振，而

13、3~5 層磚混住宅的自振周期遠(yuǎn)低于場(chǎng)地的卓越周期，因此破壞較輕。 </p><p>　　3.4建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，存在著許多模糊而且不確定的因素。例如地震作用是一種隨機(jī)性很強(qiáng)而且循環(huán)往復(fù)的荷載，建筑物的地震破壞機(jī)理又十分復(fù)雜，要準(zhǔn)確計(jì)算或預(yù)測(cè)建筑物所遭遇的地震特性和參數(shù)，還難以做到。風(fēng)荷載的脈動(dòng)性與渦流作用情況也是如此。因?yàn)榻ㄖ锸艿降牡卣鹱饔秒y以確定，所以適用、安全、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系必須注重概念設(shè)計(jì)。 </

14、p><p>　　4.概念設(shè)計(jì)的理解與應(yīng)用 </p><p>　　加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是為了使結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性以及節(jié)能等各方面都能獲得優(yōu)化組合，進(jìn)而達(dá)到在地震中增強(qiáng)穩(wěn)定性的要求。為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，概念設(shè)計(jì)要涉及到以下因素:場(chǎng)地的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算，抗震結(jié)構(gòu)的選擇，材料的效能，結(jié)構(gòu)的空間作用等。 </p><p>　　4.1對(duì)現(xiàn)行抗震計(jì)算模型的理解和應(yīng)用。 &l

15、t;/p><p>　　新抗震規(guī)范中有規(guī)定:通常情況下，可以允許在建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向?qū)Φ卣鹱饔眠M(jìn)行驗(yàn)算，各方向的水平地震作用要由該方向的抗側(cè)力來(lái)承擔(dān)。然而實(shí)際情況下，結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的根本原因是計(jì)算模型問(wèn)題。因此，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的基本原理，聯(lián)系到地震災(zāi)害與試驗(yàn)研究的結(jié)果，可以得到這樣的結(jié)論：建筑的最不利受力狀態(tài)會(huì)根據(jù)建筑與地震相互作用的方向而發(fā)生變化。 </p><p>　　4.2對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的

16、薄弱部位抗震構(gòu)造措施的理解和應(yīng)用 </p><p>　　對(duì)建筑薄弱部位的改造，比如建筑平面內(nèi)轉(zhuǎn)角處的轉(zhuǎn)角窗，對(duì)角部豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)置有很大的限制，但按照概念設(shè)計(jì)的思想，解決這一問(wèn)題的方法是在豎向構(gòu)件之間設(shè)置厚板和梁柱等可靠構(gòu)造。 </p><p>　　4.3 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的展望 </p><p>　　如今，結(jié)構(gòu)抗震體系已經(jīng)從之前的以“硬抗”理念為主的抗震體系，

17、逐漸發(fā)展成以“柔抗”理念為主的減震控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)減震體系運(yùn)用的“以柔克剛”的全新理念，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震、減能或者控制方式來(lái)達(dá)到抗震效果，在未來(lái)的工業(yè)與民用建筑中結(jié)構(gòu)抗震的思路將向著減輕危害的方向發(fā)展。 </p><p><b>　　5.結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　經(jīng)過(guò)工業(yè)與民用建筑中多年的抗震探索和研究，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)引入了概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)新理念。這種設(shè)計(jì)理念從

18、宏觀角度對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在某些方面彌補(bǔ)了以往設(shè)計(jì)思路對(duì)抗震結(jié)構(gòu)思考的不足之處，為今后的工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)開辟了新路。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]劉鵬.建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)淺析[J].山西建筑，2004(11). </p><p>　　[2]郝婷王月.淺議結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想的發(fā)展[J]