淺析結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)

高永超

摘要：地震是一種恐懼性、危害性極大的自然災(zāi)害。地震所造成的慘重人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，主要原因還是建筑物的破壞所引起的。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。本文通過(guò)對(duì)抗震設(shè)計(jì)原則闡述，講述如何做好抗震概念設(shè)計(jì)。并分析了我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震的現(xiàn)狀，探討了建筑結(jié)構(gòu)抗震在二十一世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：抗震概念設(shè)計(jì) 建筑結(jié)構(gòu) 原則 要求 發(fā)展

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的概述

1、理念分析

概念是一種反映客觀事物本質(zhì)屬性和特征的思維形式，是人們?cè)趯?shí)踐的基礎(chǔ)上感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)而形成的。概念設(shè)計(jì)就是以工程概念為主線。概念設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思維的體現(xiàn)，結(jié)構(gòu)工程師可以利用其完成對(duì)特定建筑空間的設(shè)計(jì)并形成總體結(jié)構(gòu)方案，同時(shí)將構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系看得更加透徹清晰。在不借助計(jì)算機(jī)的情況下，通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算就能正確定性，幫助建筑師選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化結(jié)構(gòu)并降低成本。打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力是相當(dāng)必要的，因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者。

概念設(shè)計(jì)的理念是一種設(shè)計(jì)思維方式的改進(jìn)，概念的含義就是用籠統(tǒng)而科學(xué)的思維方式來(lái)確定一些設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)，一般是不需要進(jìn)行精確計(jì)算的設(shè)計(jì)問(wèn)題。因?yàn)檫@種問(wèn)題在設(shè)計(jì)中很難給出確定的答案，尤其是在抗震設(shè)計(jì)中，按照整體結(jié)構(gòu)體系和分體結(jié)構(gòu)之間的力學(xué)關(guān)系，來(lái)解釋地震所造成的對(duì)建筑物的損害。這種損害很難用精確的數(shù)據(jù)來(lái)衡量，因?yàn)榈卣鸨旧硭a(chǎn)生的破壞力就是一個(gè)不確定的數(shù)值，一味地提高建筑物的剛性是不恰當(dāng)?shù)摹Ｒ虼藦目拐鸬慕嵌瓤?，利用宏觀的概念性估算的設(shè)計(jì)思維更加符合抗震的需求。這就是概念設(shè)計(jì)理念的基本理念。

2、建筑抗震概念設(shè)計(jì)是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則

在抗震設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用已經(jīng)成為設(shè)計(jì)者所關(guān)注的設(shè)計(jì)理念。建筑抗災(zāi)概念設(shè)計(jì)是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。概念設(shè)計(jì)包含極為廣泛的內(nèi)容，選擇對(duì)抗震有利的結(jié)構(gòu)方案和布置。采取減少扭轉(zhuǎn)和加強(qiáng)抗扭剛度的措施，設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)和延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，分析結(jié)構(gòu)薄弱部位，并采取相應(yīng)的措施，避免薄弱層過(guò)早破壞，防止局部破壞引起連鎖效應(yīng)，避免設(shè)計(jì)靜定結(jié)構(gòu)，采取二道防線措施等。其實(shí)，方案、布置、計(jì)算到構(gòu)件設(shè)計(jì)、構(gòu)造措施每個(gè)設(shè)計(jì)步驟中都貫穿了抗震概念設(shè)計(jì)內(nèi)容。地震具有隨機(jī)性、不確定性和復(fù)雜性，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)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(guò)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(wèn)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(zhǎng)期工程抗震經(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(guò)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(wèn)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。

3、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維對(duì)建筑抗震的影響

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算理論為建筑設(shè)計(jì)提供的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)抗力的研究和計(jì)算。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維使得結(jié)構(gòu)工程師過(guò)度注重細(xì)節(jié)。而不是整體結(jié)構(gòu)形式?？拐鹪O(shè)計(jì)中傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路不能完全適用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完全的照本宣科只能讓結(jié)構(gòu)趨向不合理。建筑組織結(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，大地震動(dòng)作用是一種隨機(jī)性很強(qiáng)而且循環(huán)往復(fù)的荷載，建筑物的大地震動(dòng)破壞機(jī)理又十分復(fù)雜，要準(zhǔn)確計(jì)算或預(yù)測(cè)建筑物所遭遇的大地震動(dòng)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锸艿降拇蟮卣饎?dòng)作用難以確定，所以適用、安全、經(jīng)濟(jì)的組織結(jié)構(gòu)體系必須注重概念設(shè)計(jì)。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的要點(diǎn)簡(jiǎn)述

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是常用的結(jié)構(gòu)形式 ，目前城市中正在建設(shè)和擬建的多層、高層建筑物大 都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) ，地震是一種自然現(xiàn)象 ，為避免它給人類帶來(lái)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）.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(lái)判斷計(jì)算的合理性?？陀^事物是多種多樣的 ，而且都是在不斷地變化 ，因此對(duì)不同的客觀事物有不同的概念 ，隨著事物認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展 ，概念也在不斷的發(fā)展變化 ，做好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì) ，有著深遠(yuǎn)的意義。

三、概念設(shè)計(jì)的新發(fā)展

目前在抗震設(shè)計(jì)中創(chuàng)新了很多新措施。如隔振和消能的設(shè)計(jì)思路等。隔振和消能就是利用某些科學(xué)的結(jié)構(gòu)或者方法減小地震對(duì)建筑物的影響，隔振的基本法就是利用一些柔性結(jié)構(gòu)消除地震對(duì)建筑地震力，如增設(shè)鋼板橡膠隔振墊，增加消能支撐、阻尼器、頂部增加反擺等，都可以有效地提供附加阻尼作用，消耗一部分地震能量，降低加速度，以此減少建筑的“擺動(dòng)”，降低地震波的破壞作用。組織結(jié)構(gòu)抗震體系由傳統(tǒng)的以“硬抗”為主的抗震體系向以“柔抗”為主的組織結(jié)構(gòu)減震控制體系發(fā)展。組織結(jié)構(gòu)減震體系采用的是以柔克剛的新概念，它通過(guò)調(diào)整組織結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、隔震、減能或控制來(lái)達(dá)到抗震的目的，在未來(lái)的工民建中組織結(jié)構(gòu)抗震的想法將向著減輕危害的方向發(fā)展。

在剛剛過(guò)去的二十世紀(jì)，建筑結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域發(fā)展之快、進(jìn)步之神速是幾千年來(lái)世界建筑史上前所未有的。 但是由于地震對(duì)結(jié)構(gòu)輸入的性質(zhì)是復(fù)雜的，傳統(tǒng)的抗震理論仍存在較大的局限性，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中仍然還有大量不確定因素有待解決。展望二十一世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)抗震將得到更深入地發(fā)展，具體表現(xiàn)如下： （1）.結(jié)構(gòu)抗震體系由傳統(tǒng)的以“硬抗”為主的抗震體系向以“柔抗”為主的結(jié)構(gòu)減震控制體系發(fā)展。結(jié)構(gòu)減震體系采用的是以“柔”克剛的新概念，它通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)動(dòng) 力特性、 隔震、減能或控制來(lái)達(dá)到抗震的目的。（2）.結(jié)構(gòu)抗震研究對(duì)象由單個(gè)構(gòu)件向整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)展。 這樣得到的研究結(jié)構(gòu)更符合真實(shí)情況。 （3）.建筑材料對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的影響越來(lái)越得到重視。（4）.計(jì)算機(jī)模擬抗震試驗(yàn)得到廣泛應(yīng)用。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，概念設(shè)計(jì)必然會(huì)成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想，這就要求我們需要不斷的學(xué)習(xí)和提高，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。概念設(shè)計(jì)中最重要的是分析、預(yù)見(jiàn)、控制結(jié)構(gòu)的耗能和薄弱部位，找到能支持結(jié)構(gòu)不倒塌的關(guān)鍵部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在日常設(shè)計(jì)工作中，必須學(xué)會(huì)熟練運(yùn)用概念設(shè)計(jì)，并使這一理念貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，既要嚴(yán)格把握好設(shè)計(jì)的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，為社會(huì)創(chuàng)造更多精品工程。

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