建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)</b></p><p>　　【摘要】建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)是對建筑抗震設(shè)計(jì)的宏觀控制。本文根據(jù)地震的特點(diǎn)，從建筑物的場地選擇、平立面形式、結(jié)構(gòu)布置、延性以及未來發(fā)展方向等方面論述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】抗震 概念設(shè)計(jì) 整體穩(wěn)定性 </p><p>

2、　　中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　建筑物結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)一般來說有建筑方面的概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方面的概念設(shè)計(jì)，它們之間相互影響、相互協(xié)調(diào)、相互結(jié)合。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)就是以工程概念為依據(jù)從有利于提高結(jié)構(gòu)抗震力的概念上，用符合工程客觀規(guī)律和本質(zhì)的方法，對所設(shè)計(jì)的對象做宏觀的控制，目的就是在初步設(shè)計(jì)前為所這幾的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)概念性的總體方案和宏觀的控制。近年來，結(jié)構(gòu)工程師將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際工程

3、中取得了很好的效果。同時(shí)隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑的體型、功能的日新月異 的變化與要求，我們發(fā)現(xiàn) 89抗震規(guī)范中規(guī)定的概念設(shè)計(jì)內(nèi)容不夠全面。2010年 1月實(shí)施的 GB50 0 1 1 - 2 0 10《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 （以下簡稱新抗震規(guī)范 ）對概念設(shè)計(jì)的要求作了更全 面、更符合實(shí)際的規(guī)定，尤其是增加了“不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)”，使得概念設(shè)計(jì)在工 程中的應(yīng)用更具體更明確地落到實(shí)處，切實(shí)提高了結(jié)構(gòu)的抗震能力?！案拍钤O(shè)計(jì)”愈來愈受 到國內(nèi)

4、外工程界的普遍重視。 </p><p>　　地震具有隨機(jī)性、不確定性和復(fù)雜性，要準(zhǔn)確預(yù)測建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前是很難做到的。而建筑物本身又是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，在遭受地震作用后其破壞機(jī)理和破壞過程十分復(fù)雜。且在結(jié)構(gòu)分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素，也存在著不確定性。因此，結(jié)構(gòu)工程抗震問題不能完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”解決。應(yīng)立足于工程抗震基本理論及長期工程抗

5、震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念，從“概念設(shè)計(jì)”的角度著眼于結(jié)構(gòu)的總體地震反應(yīng)，按照結(jié)構(gòu)的破壞過程，靈活運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，全面合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本問題，既注意總體布置上的大原則，又顧及到關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)構(gòu)造，從根本上提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。 </p><p>　　一、概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 </p><p>　　1.選擇有利場地。造成建筑物震害的原因是多方面的，場地條件是其中之一。由于場地因素引起

6、的震害往往特別嚴(yán)重，而且有些情況僅僅依靠工程措施來彌補(bǔ)是很困難的。因此，選擇工程場址時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)勘察，搞清地形、地質(zhì)情況，挑選對建筑抗震有利的地段，盡可能避開對建筑抗震不利的地段，任何情況下均不得在抗震危險(xiǎn)地段上建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑物。 </p><p>　　2.對建筑抗震有利的地段，一般是指位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬場地土或密實(shí)均勻中硬場地土。建造于這類場地上的建筑一般不會發(fā)生由于地基失效導(dǎo)致

7、的震害，從而可從根本上減輕地震對建筑物的影響。對建筑抗震不利的地段，就地形而言，一般是指條狀突出的山嘴、孤立的山包和山梁的頂部、高差較大的臺地邊緣、非巖質(zhì)的陡坡、河岸和邊坡的邊緣；就場地土質(zhì)而言，一般是指軟弱土、易液化土、故河道、斷層破碎帶、暗埋塘浜溝谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的地段。采用合理的建筑平立面。建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，就能從

8、根本上保證房屋具有良好的抗震性能。 </p><p>　　經(jīng)驗(yàn)表明，簡單、規(guī)則、對稱的建筑抗震能力強(qiáng)，在地震時(shí)不易破壞；反之，如果房屋體形不規(guī)則，平面上凸出凹進(jìn)，立面上高低錯落，在地震時(shí)容易產(chǎn)生震害。而且，簡單、規(guī)則、對稱結(jié)構(gòu)容易準(zhǔn)確計(jì)算其地震反應(yīng)，可以保證地震作用具有明確直接的傳遞途徑，容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。 </p><p>　　3.選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震

9、設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題。按結(jié)構(gòu)材料分類，目前主要應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系有砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)等；按結(jié)構(gòu)形式分類，目前常見的有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)體系的確定受到抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等諸多因素影響，是一個(gè)綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，需進(jìn)行周密考慮確定?？拐鹨?guī)范對建筑結(jié)構(gòu)體系主要有以下規(guī)定：①結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；②結(jié)構(gòu)體系

10、宜具有多道抗震防線，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力；③結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有必要的抗震承載力，良好的變形能力和耗能能力；④結(jié)構(gòu)體系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，對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力；⑤結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動力特性宜相近，在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)遵循平面布置對稱、立面布置均勻的原則，以避免質(zhì)心和剛心不重合而造成扭轉(zhuǎn)振動和

11、產(chǎn)生薄弱層。 </p><p>　　4.提高結(jié)構(gòu)的延性。結(jié)構(gòu)的延性可定義為結(jié)構(gòu)在承載力無明顯降低的前提下發(fā)生非彈性變形的能力。結(jié)構(gòu)的延性反映了結(jié)構(gòu)的變形能力，是防止在地震作用下倒塌的關(guān)鍵因素之一。結(jié)構(gòu)良好的延性有助于減小地震作用，吸收與耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)倒塌。而結(jié)構(gòu)延性和耗能的大小，取決于構(gòu)件的破壞形態(tài)及其塑化過程，彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件，構(gòu)件彎曲屈服直至破壞所消耗的地震輸入能量，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于構(gòu)件剪切破

12、壞所消耗的能量。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求避免構(gòu)件的剪切破壞，爭取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。始終遵循“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)煎弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱錨固”原則。構(gòu)件的破壞和退出工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過渡到另外一種穩(wěn)定體系，致使結(jié)構(gòu)的周期發(fā)生變化，以避免地震卓越周期長時(shí)間持續(xù)作用引起的共振效應(yīng)。 </p><p>　　5.確保結(jié)構(gòu)的整體性。結(jié)構(gòu)是由許多構(gòu)件連接組合而成的一個(gè)整體，并通過各個(gè)構(gòu)件的協(xié)調(diào)工作來有效地抵抗地震作用。若結(jié)構(gòu)

13、在地震作用下喪失了整體性，則結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗震能力不能充分發(fā)揮，這樣容易使結(jié)構(gòu)成為機(jī)動體而倒塌。因此，結(jié)構(gòu)的整體性是保證結(jié)構(gòu)各個(gè)部分在地震作用下協(xié)調(diào)工作的重要條件，確保結(jié)構(gòu)的整體性是抗震概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。為了充分發(fā)揮各構(gòu)件的抗震能力，確保結(jié)構(gòu)的整體性，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)遵循以下原則：①結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性。結(jié)構(gòu)的連續(xù)性是使結(jié)構(gòu)在地震作用時(shí)能夠保持整體的重要手段之一。②保證構(gòu)件間的可靠連接。提高建筑物的抗震性能，保證各個(gè)構(gòu)件充分發(fā)揮承載力，關(guān)鍵

14、的是加強(qiáng)構(gòu)件間的連接，使之能滿足傳遞地震力時(shí)的強(qiáng)度要求和適應(yīng)地震時(shí)大變形的延性要求。③增強(qiáng)房屋的豎向剛度。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使結(jié)構(gòu)沿縱、橫2個(gè)方向具有足夠的整體豎向剛度，并使房屋基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的整體性，以抵抗地震時(shí)可能發(fā)生的地基不均勻沉降及地面裂隙穿過房屋時(shí)所造成的危害。 </p><p>　　6、計(jì)算結(jié)果的校核。一般來說，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們通常計(jì)算軟件來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，這就需要設(shè)計(jì)人員對自己簡化的結(jié)構(gòu)模型要進(jìn)行合理性的分

15、析，是否和實(shí)際受力模型一致，而最初的概念設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，只有這樣，在進(jìn)行準(zhǔn)確分析判斷之后，方可用于實(shí)際工程 </p><p>　　7、抗震構(gòu)造措施?？梢哉f，合理的抗震概念設(shè)計(jì)會簡化抗震計(jì)算過程，而構(gòu)造措施則是對概念設(shè)計(jì)的補(bǔ)充?！皬?qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”都是抗震概念概念設(shè)計(jì)的精髓。所以無論是什么結(jié)構(gòu)類型，規(guī)范中都明確了在不同的抗震等級中，所應(yīng)滿足的構(gòu)造措施，這些都是一個(gè)結(jié)構(gòu)是否安全的有力保障。 </p>

16、;<p>　　二、抗震概念與設(shè)計(jì)計(jì)算的具體規(guī)定 </p><p>　　新抗震規(guī)范已將設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問題做出了具體規(guī)定。 </p><p>　　1．體形復(fù)雜的建筑不一概提倡設(shè)防震縫。 </p><p>　　2．對規(guī)則結(jié)構(gòu)與不規(guī)則結(jié)構(gòu)做出了定量的劃分。并用強(qiáng)制性條文對建筑師的建 筑設(shè)計(jì)方案提出了限制。如第 3 . 4. 1條規(guī)定，“建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)

17、計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案”。 </p><p>　　3．予應(yīng)力混凝土的抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)配有足夠的非予應(yīng)力鋼筋。 </p><p>　　4．非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與其結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，如幕墻、附屬機(jī)械、電氣設(shè)備系統(tǒng) 支座和連接等需符合地震時(shí)對使用功能的要求。 </p><p>　　5．投資方愿意通過增加投資來提高安全要求的抗震建筑，采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)。

18、</p><p>　　6．結(jié)構(gòu)材料的選用應(yīng)減少材料的脆性，優(yōu)先采 用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋和規(guī)定強(qiáng)度等級范圍內(nèi)的混凝土。 </p><p>　　通過執(zhí)行新抗震規(guī)范中的各項(xiàng)規(guī)定，來保證抗震概念設(shè)計(jì)的完成 ；通過遵循抗震概念設(shè)計(jì)的原則，使建筑物具有可靠的抗震性能。概念設(shè)計(jì)決定建筑物的抗震性能，如果概念設(shè)計(jì)不適宜于抗震，那么不管多“精密”的計(jì)算也無濟(jì)于事。當(dāng)然，在做好概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上也要認(rèn)

19、真計(jì)算做好定量分忻。 </p><p>　　三、對自己將來工作的要求 </p><p>　　了解未來抗震新思路. 如前所述，目前為減輕災(zāi)害所采取的措施都偏重于提高結(jié)構(gòu)自身的承載能力和變形能力，從而耗散地震能量避免建筑的倒塌。這種做法可以說一種比較被動的的辦法，存在著造價(jià)高、構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大等特點(diǎn)。既然破壞能力來自于地面，通過基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)傳遞，那么若在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間增加一個(gè)“能量耗

20、散層”以阻隔或減少地震能量向上傳遞，就能大大減輕地震隊(duì)建筑物的損壞程度。我國的地震實(shí)例也印證了是可行的，1996年邢臺地震，大量民屋倒塌，但其中幾棟土坯房幾乎沒有被破壞，經(jīng)過考察，原因在于基礎(chǔ)墻體里鋪設(shè)厚約30mm的蘆葦桿防潮層，起到了減震效果。為避免它給人類帶來大的災(zāi)難，要求結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)新抗震規(guī)范運(yùn)用好抗震概念設(shè)計(jì)。做到 :1 .結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致 ;2 .充分發(fā)展 先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念 ;3 .發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào) ;4

21、.更好地解決構(gòu)造處理 ;5. 利用定量的計(jì)算進(jìn)行抗震分忻 ;6.用概念來判斷計(jì)算的合理性。客觀事物是多種多樣的,而且都是在不斷地變化，因此對不同的客觀事物有不同的概 念，隨著事物認(rèn)識的不斷發(fā)展，概念也在不斷的發(fā)展變化，做好工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，有著很重要的意義。 </p><p>　　結(jié)語：汶川大地震，玉樹大地震以及近年來全國各地頻發(fā)的一系列地震，對建筑物的抗震敲響了警鐘，建筑抗震必須再次引起我們的高度重視。本文對建

22、筑抗震的概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析。對建筑抗震概念設(shè)計(jì)的重要性進(jìn)行了闡述并提出了一系列相應(yīng)的措施。在提高結(jié)構(gòu)整體的抗震性能分析時(shí)，又融入了新的抗震設(shè)計(jì)思路，為工程設(shè)計(jì)人員在今后的工程設(shè)計(jì)中提供了一些思路，僅同行參考。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　【1】孫柏鋒 隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究 昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2007 </p