時(shí)間：2023-03-06 16:03:12
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【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）11-0247-01
引言
眾所周知，近年來世界范圍內(nèi)發(fā)生了多次大震強(qiáng)震，特別是2008年的汶川地震、2011年的日本地震等，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。橋梁作為生命線工程，在抗震救災(zāi)的交通運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用。而《橋梁抗震》課程作為眾多高等院校土木工程專業(yè)本科生的專業(yè)必修課，它的教學(xué)效果的好壞將直接影響學(xué)生就業(yè)后處理工程實(shí)踐問題的能力和自我專業(yè)素養(yǎng)的發(fā)展能力，因此是土木工程專業(yè)本科生十分重要的一門基礎(chǔ)專業(yè)課。
筆者作為橋梁抗震課程的主講教師，在多年的教學(xué)實(shí)踐中體會到該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等很多方面存在一定的不足，尚需要進(jìn)一步改革和完善。尤其在當(dāng)今全球地震頻發(fā)的自然環(huán)境下，該課程的教學(xué)研究對提高本科學(xué)生分析問題和處理工程實(shí)踐問題的能力具有重要的意義。
1.《橋梁抗震》課程的本科教學(xué)現(xiàn)狀
1.1缺乏適合本科生教育的橋梁抗震教材
現(xiàn)有一些與橋梁結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)的書籍，總體上分為兩類：一類稱為工程結(jié)構(gòu)抗震，如《建筑與橋梁抗震設(shè)計(jì)》、《工程結(jié)構(gòu)抗震》等，這類書中較全面的涉及了各種房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震，而對橋梁結(jié)構(gòu)的抗震內(nèi)容一般只涉及一章簡支梁橋或簡單的規(guī)范條文，知識量較少，內(nèi)容片面且偏簡單，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足本科生的專業(yè)學(xué)習(xí)需求。另一類書是專門針對各種大跨徑橋梁的橋梁抗震書籍，主要為同濟(jì)大學(xué)范立礎(chǔ)編寫，如《橋梁抗震》、《大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)》、《橋梁減隔振設(shè)計(jì)》、《橋梁抗震研究》、《高架橋梁抗震設(shè)計(jì)》等，這類書大多為研究生學(xué)習(xí)用書，理論深奧，難以理解，有的內(nèi)容片面，沒有很好地結(jié)合本科學(xué)生實(shí)際的理論水平和實(shí)踐基礎(chǔ)，使得他們在學(xué)習(xí)時(shí)不知從何入手，使用時(shí)不知用在何處。此外，人民交通出版社出版的葉愛君等編著的《橋梁抗震》教材第2版，相比之下在章節(jié)劃分上所涉及橋梁抗震的內(nèi)容點(diǎn)比較全面，而且在一定程度上能結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，但是該教材總頁數(shù)偏少，書中的很多基本概念描述過于簡單，對于初學(xué)橋梁抗震的本科生來講，還需要由教師補(bǔ)充很多資料，擴(kuò)充很多基本內(nèi)容。
另外，橋梁抗震課程教學(xué)所依據(jù)的重要學(xué)習(xí)資料即為抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，但是規(guī)范的內(nèi)容大多是經(jīng)過提煉的結(jié)論性的條文，只能作為輔助參考工具，不能作為本科生學(xué)習(xí)基本理論基礎(chǔ)知識和解決實(shí)際工程問題的教學(xué)用書。
因此目前的土木工程專業(yè)本科生，迫切需要一本難度適宜、易于掌握、內(nèi)容全面、指導(dǎo)性和實(shí)踐性較強(qiáng)的橋梁抗震教材。這也是作為本課程的教學(xué)老師需要進(jìn)一步做的工作。
1.2 授課學(xué)時(shí)少，內(nèi)容難度大
針對目前我國大學(xué)教育正經(jīng)歷著從精英教育向大眾教育的轉(zhuǎn)型，橋梁抗震課程面臨學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多的問題，學(xué)生學(xué)習(xí)起來感覺很有難度。 原因是：一方面該課程的基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)課（如動力學(xué)、 高等數(shù)學(xué)、 材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等）聯(lián)系緊密，學(xué)生淡忘的內(nèi)容不少。教師需給出本課程與其它課程的結(jié)合點(diǎn)及本課程知識的定位點(diǎn)，讓學(xué)生建立概念，順利過渡。
本課程內(nèi)容的特點(diǎn)相對較為抽象，尤其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算部分理論推導(dǎo)占有比例較大，多為枯燥和抽象的公式，使學(xué)生難于接受并產(chǎn)生興趣。但是如果講課內(nèi)容過于簡單，則學(xué)生所學(xué)知識缺乏深度，獲取的專業(yè)信息較少。因此本課程在教學(xué)內(nèi)容與課程體系應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，合理安排難易知識點(diǎn)。
1.3教學(xué)理念和教學(xué)模式需要改進(jìn)
橋梁抗震課程的目的是介紹地震作用的基本原理和橋梁結(jié)構(gòu)抗震的方法，使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)抗震的基本理論和設(shè)計(jì)方法。由于涉及知識面廣，同時(shí)對專業(yè)知識掌握程度的要求高，因此教師在授課過程中，學(xué)生普遍感覺難度較大。另外，過去對于本課程的講授過于強(qiáng)調(diào)理論而忽視了與實(shí)踐相結(jié)合的案例分析，缺乏實(shí)際地震和現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查資料，這些是我們專業(yè)課程教師需要改進(jìn)和提高的方面。
首先，在課程的教學(xué)理念上，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生獲取和應(yīng)用知識的能力為目標(biāo)，教學(xué)時(shí)注重學(xué)生對基本知識和基本概念的理解和把握。其次，在本課程教學(xué)中應(yīng)探討和嘗試新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。目前，現(xiàn)代化的教學(xué)手段尚未得到充分利用，缺乏生動，適用的高質(zhì)量多媒體課件。在傳授知識的同時(shí)，應(yīng)調(diào)動學(xué)生的主動思維和學(xué)習(xí)興趣，通過課堂討論、撰寫小論文、觀摩抗震試驗(yàn)、組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽等活動，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和研究分析問題的能力。
1.4 缺少典型的優(yōu)秀試題和案例分析
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)近年來在高等教育教學(xué)中得到較廣泛的應(yīng)用，并將逐步成為教學(xué)環(huán)節(jié)的一個(gè)重要手段。但針對橋梁抗震課程的教學(xué)課件及其習(xí)題庫還不成熟，存在著分散、孤立、低水平重復(fù)的弊端。要想對課程內(nèi)容有一個(gè)比較系統(tǒng)而全面的了解，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性和興趣很重要，因此除了傳統(tǒng)的講課、批作業(yè)、面對面答疑之外，可以建立該課程相應(yīng)的習(xí)題庫供學(xué)生自我訓(xùn)練和測試，不僅可以減輕老師的負(fù)擔(dān)，提高教學(xué)效率，還可使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)盡量擴(kuò)大學(xué)習(xí)的信息量，有助于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力和思維創(chuàng)造能力。由于目前未形成一個(gè)系統(tǒng)的習(xí)題庫，制約了學(xué)生課下對本門課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步思考。
2.結(jié)論
《橋梁抗震》課程是土木工程本科教學(xué)中很重要的年輕的一門專業(yè)課，本文通過對本課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念、教學(xué)模式的現(xiàn)狀分析，對該課程的本科教學(xué)改革方向進(jìn)行了研究和探討，以進(jìn)一步提升本課程的教學(xué)質(zhì)量，提高本科學(xué)生分析問題和處理工程實(shí)踐問題的能力。
橋梁抗震是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，但由于課程課時(shí)有限，還需在教學(xué)過程中不斷總結(jié)前進(jìn)。
參考文獻(xiàn)：
教學(xué)理念和教學(xué)模式需要改進(jìn)橋梁抗震課程的目的是介紹地震作用的基本原理和橋梁結(jié)構(gòu)抗震的方法，使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)抗震的基本理論和設(shè)計(jì)方法。由于涉及知識面廣，同時(shí)對專業(yè)知識掌握程度的要求高，因此教師在授課過程中，學(xué)生普遍感覺難度較大。另外，過去對于本課程的講授過于強(qiáng)調(diào)理論而忽視了與實(shí)踐相結(jié)合的案例分析，缺乏實(shí)際地震和現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查資料，這些是我們專業(yè)課程教師需要改進(jìn)和提高的方面。首先，在課程的教學(xué)理念上，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生獲取和應(yīng)用知識的能力為目標(biāo)，教學(xué)時(shí)注重學(xué)生對基本知識和基本概念的理解和把握。其次，在本課程教學(xué)中應(yīng)探討和嘗試新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。目前，現(xiàn)代化的教學(xué)手段尚未得到充分利用，缺乏生動，適用的高質(zhì)量多媒體課件。在傳授知識的同時(shí)，應(yīng)調(diào)動學(xué)生的主動思維和學(xué)習(xí)興趣，通過課堂討論、撰寫小論文、觀摩抗震試驗(yàn)、組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽等活動，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和研究分析問題的能力。
中圖分類號： TU2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
1、建筑方案設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要設(shè)計(jì)問題分析
1.1 建筑體型設(shè)計(jì)問題
建筑體型包括建筑的平面形狀和立體的空間形狀的設(shè)計(jì)。震害表明，許多平面形狀復(fù)雜，例如平面上的外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過多伸懸、不對稱的側(cè)翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。海城地震和唐山地震中有不少這樣的震例。而平面形狀簡單規(guī)則的建筑（包括單
層和多層建筑）在地震中都未出現(xiàn)較重的破壞；有的甚至保持完好無損。沿高度立體空間形狀上的復(fù)雜ss和不規(guī)則，例如相鄰單元的高差過大、出屋面建筑部分的高度過高、有的建筑裝飾懸伸過大過高，這些沿高度形狀上的變化，在地震時(shí)都會造成震害，特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。在歷次地震中工業(yè)與民用建筑都有此類震例。
所以，在建筑體型的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能的使平面和空間的形狀簡潔、規(guī)則；在平面形狀上，矩形、圓形、扇形、方形等對抗震來說，都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體形，盡可能少做不對稱的側(cè)翼和過長的伸翼，在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度
比較均勻地分布，避免產(chǎn)生因體形不對稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對稱而引起建筑物在地震時(shí)發(fā)生對抗震極不利的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。在建筑方案設(shè)計(jì)中，特別是高層建筑的建筑方案設(shè)計(jì)中，為了建筑立面美觀和藝術(shù)上創(chuàng)意，復(fù)雜的建筑體型是難以避免的，但是，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要把建筑藝術(shù)、建筑使用功能同結(jié)構(gòu)抗震安全很好的地結(jié)合起來。
1.2 建筑平面布置設(shè)計(jì)問題
建筑物的平面布置在建筑方案設(shè)計(jì)中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離，內(nèi)墻的布置，空間活動面積的大小，通道和樓梯的位置，電梯井的布置，房間的數(shù)量和布置等等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來；而且，由于建筑使用功能
的不同，每個(gè)樓層的布置有可能差異很大。因此，這就帶來一個(gè)建筑平面布置的多樣化如何同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)抗震要求的問題。一個(gè)比較突出的問題是，建筑平面上的墻體（包括填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強(qiáng)度和剛度的非承重內(nèi)隔墻）布置不對稱；墻體與柱的分布不對稱，不
協(xié)調(diào)；造成建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與剛度在平面上分布的不對稱，不協(xié)調(diào)；使建筑物在地震時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用，對抗震很不利。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)審查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，有的城市在建筑平面布置上不合理的達(dá)17%，在墻體設(shè)置上不符合抗震要求的達(dá)24%。
1.3 地展力問題
在高層建筑方案設(shè)計(jì)中，除了考慮垂直荷載和水平荷載外，還要考慮地展力。往往由水平地震力產(chǎn)生的內(nèi)力，成為設(shè)計(jì)控制的主要因素。高層建筑的結(jié)構(gòu)體系有多種，當(dāng)?shù)卣鹆叶鹊陀?度時(shí)，只要建筑物體型合理。垂直剛度均勻，九層以下的高層建筑，仍可采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。然而，由于高層建筑結(jié)構(gòu)體系自身的柔性較大。加上設(shè)計(jì)師在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)因商業(yè)要求，無法建筑結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，從而引起建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成這類建筑抗震性能先天不足，加上臨街一面底層抗震墻設(shè)簧減少，引起底層的側(cè)移剛度比縱橫墻較多的第二層要小，這種結(jié)構(gòu)的建筑物其地震傾覆力矩主要由鋼筋砼框架柱承擔(dān)，使得底層鋼筋砼框架柱的承載能力大為降低，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，因?yàn)橄氯嵘蟿?，從而危及整座建筑的安全。如何才能克服這些閑難就是建筑方案設(shè)計(jì)者所面臨問題。
1.4 缺乏理論指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)
建筑抗震設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)規(guī)范的理論指導(dǎo)，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累；我國對地質(zhì)地震的認(rèn)識尚不夠完善，對地震的成因，預(yù)測，防治研究不夠深入，地震防治規(guī)范不夠科學(xué)。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)候，缺乏一定的科學(xué)依據(jù)，或依據(jù)的是不完善的理論。因此，難以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中完美融合防震設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)中，沒有能夠深入研究地震對建筑結(jié)構(gòu)破壞的層次和順序，難以做到重視主體的設(shè)計(jì)而兼顧細(xì)節(jié)問題。沒有能根據(jù)實(shí)際情況靈活變通的運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
2、建筑方案設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的關(guān)系分析
建筑方案設(shè)計(jì)對建筑抗震起重要的基礎(chǔ)作用。建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難以對建筑方案設(shè)計(jì)有很大的改動，建筑方案設(shè)計(jì)已經(jīng)初步形成了，建筑結(jié)構(gòu)就必須按照原則服從建筑方案設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)師在建筑方案能夠全面的考慮到抗震設(shè)計(jì)的要求，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員按照建筑方案
對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行科學(xué)、合理的布置，保證建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)剛度均勻分布，結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)變形共同協(xié)調(diào)，提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震承載能力；如果建筑方案沒有考慮到抗震的要求，直接給結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)帶來更大的難題，建筑布局設(shè)計(jì)限制結(jié)構(gòu)抗震布局設(shè)計(jì)。為了進(jìn)
一步提高結(jié)構(gòu)部件抗震承載能力，就必須增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積，這樣又會造成很多不必要的浪費(fèi)。所以，在建筑抗震設(shè)計(jì)的過程中建筑單位要對建筑體型設(shè)計(jì)、建筑平面布置設(shè)計(jì)、屋頂建筑抗震設(shè)計(jì)等問題加以關(guān)注。
3、在建筑方案設(shè)計(jì)中考慮抗震問題的作用
3.1 體型設(shè)計(jì)中能夠避免質(zhì)量和剛度分布不均
建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設(shè)計(jì)。平面形狀簡單規(guī)則的建筑在地震中未出現(xiàn)較重的破壞，有的甚至保持完好無損。沿高度立體空間形狀上的復(fù)雜和不規(guī)則在地震時(shí)都會造成震害。特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。因此在建筑體型的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡潔、規(guī)則：在平面形狀上，矩形、圓形、扇形、方形等對抗震來說都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型，盡可能少做不對稱的側(cè)翼和過長的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布，避免產(chǎn)生因體型不對稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對稱的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。
3.2 屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)作用
屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)人員常被人們忽視，這是因?yàn)槲蓓敳⒉皇墙Y(jié)構(gòu)承重的重要部分。所以人們并不重視這一方面的設(shè)計(jì)。事實(shí)上恰恰相反。屋頂建筑是建筑方案設(shè)計(jì)的非常重要的一部分，根據(jù)現(xiàn)在一些地震的破壞來看。屋頂建筑是地震破壞最嚴(yán)重的地方之一。在這一部
分的設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量降低屋頂建筑的高度，在材質(zhì)上選擇用高強(qiáng)輕質(zhì)的建筑材料和輕型的建筑造型，保證屋頂建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度的均勻分布，這樣就能保證地震作用沿結(jié)構(gòu)方向的均勻傳遞。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，要注意屋頂建筑與整體建筑的重心應(yīng)該保持一致，這樣能
夠顯著提高屋頂建筑的抗震穩(wěn)定性。減少地震過程中扭轉(zhuǎn)、變形等情況對建筑物自身的破壞。
結(jié)語:
總之，建筑方案設(shè)計(jì)在建筑的抗震設(shè)計(jì)中非常重要，二者之間有著非常密切的關(guān)系。因此，對于建筑方案的抗震設(shè)計(jì)，我們要有足夠的重視并且使其能夠發(fā)揮它的作用。從而保證建筑的抗震能力，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
參考文獻(xiàn)：
[1]蔣山.淺談建筑方案設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的作用，[期刊論文]中國房地產(chǎn)業(yè)，2011 年10 期
[2] 陸偉權(quán).淺析建筑方案設(shè)計(jì)在建筑抗震中的作用，[期刊論文]城市建設(shè)理論研究，2012 年14 期
中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、前言
房建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，關(guān)乎民生，關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會穩(wěn)定，對房屋建筑實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要涉及對建筑高度，承載力，總體結(jié)構(gòu)，各個(gè)部件的性能規(guī)劃等一系列的因素，要求通過對各個(gè)構(gòu)件和整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，既實(shí)現(xiàn)滿足居民生活生產(chǎn)保障安全的需要，又具有值得欣賞的美學(xué)價(jià)值。增強(qiáng)房建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，必須綜合考慮地基，房屋的結(jié)構(gòu)體系選擇，綜合布局等多方面建設(shè)因素，是一項(xiàng)及其專業(yè)，嚴(yán)謹(jǐn)，復(fù)雜的高技術(shù)工作。
二、建筑抗震的主要影響因素
1、抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
目前，國內(nèi)在不同地區(qū)設(shè)定的基本設(shè)防烈度，主要是根據(jù)該地區(qū)以及具體建筑在一段時(shí)間內(nèi)遭受地震以及地震強(qiáng)度的概率而定的。如果是一般建筑，則執(zhí)行基本烈度設(shè)防，如果是重要的建筑物，則相應(yīng)地提高設(shè)防烈度，但是，隨著設(shè)防烈度的提高，建筑的造價(jià)會相應(yīng)增加。
2、建筑結(jié)構(gòu)形式
為了有效地保證建筑物“小震不壞，中震可修，大震不倒”，在最新的設(shè)計(jì)規(guī)范中，磚混內(nèi)框架結(jié)構(gòu)被嚴(yán)格取締了。目前，主要采用的是框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。框架結(jié)構(gòu)空間布置靈活，相對造價(jià)低，但是其在水平地震力作用下，容易發(fā)生剪切變形，因此，框架結(jié)構(gòu)適用的高度相對較低。剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置沒有框架靈活，但其平面內(nèi)自身剛度大，強(qiáng)度高，整體性能好，在水平荷載作用下變形小，抗震性能較強(qiáng)，適用于高度較高的高層建筑。
3、抗震措施
抗震措施主要是根據(jù)建筑的重要性決定的。在確定建筑等級及場地類型之后，將先進(jìn)的抗震理念和系統(tǒng)的分析計(jì)算納入到抗震設(shè)計(jì)中，即可改善建筑抗震性能，提高建筑抗震效果。
三、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求
有抗震性要求的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計(jì)成延性框架，遵守“強(qiáng)柱弱梁” 、“強(qiáng)剪弱彎”、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)構(gòu)件等設(shè)計(jì)原則，柱截面不宜過小，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)側(cè)移變形及軸壓比的要求。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要確定框架結(jié)構(gòu)的抗震等級，根據(jù)不同的等級進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是為保證框架結(jié)構(gòu)具有較好的延性，并且能滿足合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)要求。構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足各自的基本要求：①框架結(jié)構(gòu)在進(jìn)行梁端抗震設(shè)計(jì)時(shí)，既要允許塑性鉸在梁上出現(xiàn)又不要發(fā)生梁剪切破壞，同時(shí)還要防止由于梁筋屈服滲入節(jié)點(diǎn)而影響節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的性能，使梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力，梁筋屈服后，塑性鉸區(qū)段應(yīng)有較好的延性和耗能能力。②框架柱在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循強(qiáng)柱弱梁，使柱盡量不要出現(xiàn)塑性鉸，在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞，使柱有足夠的抗剪能力，同時(shí)控制柱的剪切比不要太大。③框架節(jié)點(diǎn)在地震破壞時(shí)，主要是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞和鋼筋錨固破壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要采取“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)概念，保證在多遇地震時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)在彈性范圍內(nèi)工作；在罕遇地震時(shí)，節(jié)點(diǎn)承載力的降低不得危及豎向荷載的傳遞。
四、框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)的構(gòu)造措施
1、框架梁的截面抗震設(shè)計(jì)尺寸，宜符合下列各項(xiàng)要求：截面寬度不宜小于 200mm；截面高寬比不宜大于 4；凈跨與截面高度之比不宜小于4。在計(jì)算出梁控制截面處考慮地震作用的組合彎矩后，可按一般鋼筋混土受彎構(gòu)件進(jìn)行正截面受彎承載力計(jì)算。梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于 2.5％，且計(jì)入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比，一級不應(yīng)大于 0.25，二、三級不應(yīng)大于 0.35。梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計(jì)算確定外，一級不應(yīng)小于 0.5，二、三級不應(yīng)小于 0.3。梁端剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)根據(jù)強(qiáng)剪弱彎的原則，按的要求加以調(diào)整，對一、二、三級抗震等級分別采取1.3、1.2、和1.1梁端剪力增大系數(shù)。
2、框架柱的截面抗震設(shè)計(jì)尺寸，宜符合下列各項(xiàng)要求：截面的寬度和高度均不宜小于 300mm；圓柱直徑不宜小于 350mm。剪跨比宜大于 2。截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。柱軸壓比不宜超過下表的規(guī)定；建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑，柱軸壓比限值應(yīng)適當(dāng)減小。柱的鋼筋配置，應(yīng)符合柱縱向鋼筋的最小總配筋率，中柱和邊柱的一、二、三、四抗震等級分別是1.0、0.8、0.7、0.6，角柱、框支柱的一、二、三、四抗震等級分別是1.2、1.0、0.9、0.8。同時(shí)每一側(cè)配筋率不應(yīng)小 0.2％；對建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑,數(shù)值應(yīng)增加 0.1。 當(dāng)采用HRB400 級熱軋鋼筋時(shí)應(yīng)允許減少 0.1，混凝土強(qiáng)度等級高于 C60 應(yīng)增加 0.1。
3、框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋的最大間距和最小直徑宜按規(guī)范中的柱箍筋加密區(qū)的箍筋最大間距和最小直徑，一、二、三級框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于 0.12、0.10 和 0.08 且體積配箍率分別不宜小于 0.6％、0.5％ 和 0.4％。柱剪跨比不大于 2 的框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值不宜小于核芯區(qū)上、下柱端的較大配箍特征值。
五、基于剪力墻結(jié)構(gòu)建筑體形的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)
高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，除了要合理選擇結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系外，要特別重視建筑體形和結(jié)構(gòu)總體布置。建筑體形是指建筑的平面和立面；結(jié)構(gòu)總體布置是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面布置和豎向布置。建筑體形和結(jié)構(gòu)總體布置對結(jié)構(gòu)的抗震性能具有決定性的作用。
1、震害及抗震概念設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有許多不確定因素（地震特性、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)等），進(jìn)行精確的抗震計(jì)算是非常困難的。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)除了進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算外，要特別注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析，做出判斷，并采取相應(yīng)措施。根據(jù)概念設(shè)計(jì)，抗震房屋的建筑體形和結(jié)構(gòu)總體布置應(yīng)符合如下原則：采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，不采用嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)；明確的計(jì)算簡圖和合理的傳力路徑；具有必要的剛度和承載力，具備良好的彈塑性變形能力和消耗地震能量的能力；部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞不應(yīng)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)倒塌，增加超靜定結(jié)構(gòu)的次數(shù)。滿足抗震設(shè)計(jì)原則：即：“強(qiáng)節(jié)弱桿”、“強(qiáng)豎弱平”、“強(qiáng)剪弱彎”；置多道抗震防線，形成兩道或多道的抗震防線，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗倒塌能力。
2、建筑平面和結(jié)構(gòu)平面布置
高層建筑的外形分為板式和塔式兩大類：板式建筑平面兩個(gè)方向的尺寸相差較大，塔式建筑平面兩個(gè)方向的尺寸接近。多數(shù)高層建筑為塔式。對抗風(fēng)有利的建筑平面形狀是簡單規(guī)則的凸平面，如圓形，正多邊形、橢圓形等平面，以減小風(fēng)壓，有較多凹凸的復(fù)雜平面，對抗風(fēng)不利，如V形、Y形等。對抗震有利的建筑平面形狀是簡單、規(guī)則、對稱、長寬比不大的平面。
六、結(jié)束語
綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)十分重要，加上我國今年來地震較多，加強(qiáng)房屋抗震設(shè)計(jì)對于居民的安全具有很大作用，應(yīng)該不斷的加強(qiáng)研究。
參考文獻(xiàn)：
[1] 張立軍 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系選型及抗震沒計(jì) [期刊論文] 《科技與生活》 -2011年14期
[2]孟虎 房建工程磚混結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與前瞻性研究 [期刊論文] 《科技與企業(yè)》 -2011年9期
[3]萬忠倫 成都驛園高層住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì) [期刊論文] 《鐵道建筑》 PKU -2008年12期
關(guān)鍵詞：大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu); 橡膠支座; 抗震性能
關(guān)鍵詞：大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu); 橡膠支座; 抗震性能
中圖分類號：U442.5+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
中圖分類號：U442.5+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
Abstract: with the development of our country's economic construction of construction industry had the higher request, net shell structure is complex, large-scale to, various form development. Based on the characteristics of their rubber bearing with simple structure, easy installation, save steel, and lower cost advantages are widely used in the rack, nets hulls grid structure of large span nets shell rubber bearings for seismic analysis has the important practical significance.
Abstract: with the development of our country's economic construction of construction industry had the higher request, net shell structure is complex, large-scale to, various form development. Based on the characteristics of their rubber bearing with simple structure, easy installation, save steel, and lower cost advantages are widely used in the rack, nets hulls grid structure of large span nets shell rubber bearings for seismic analysis has the important practical significance.
Keywords: big span net shell structure; Rubber support; Seismic performance
Keywords: big span net shell structure; Rubber support; Seismic performance
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展對建筑行業(yè)有了更高的要求，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)日趨向復(fù)雜化、大型化，形式多樣化發(fā)展。我國多數(shù)大中城市處于地震區(qū)，因此網(wǎng)殼和拱形結(jié)構(gòu)體系的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題就是網(wǎng)殼建筑的抗震能力。大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有很大的水平推力，跨度的越大，結(jié)構(gòu)重量也越大，下部結(jié)構(gòu)往往難以承受。設(shè)計(jì)中可以通過尋找合適的支座形式以及調(diào)整支座的水平位移，來增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗震效果。橡膠支座基于自身特點(diǎn)具有構(gòu)造簡單、安裝方便、節(jié)省鋼材、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)架、網(wǎng)殼等網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)應(yīng)用到大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震研究中是一種新型的抗震理念。因此，對大跨網(wǎng)殼橡膠支座進(jìn)行抗震分析具有重要的實(shí)際意義。
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展對建筑行業(yè)有了更高的要求，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)日趨向復(fù)雜化、大型化，形式多樣化發(fā)展。我國多數(shù)大中城市處于地震區(qū)，因此網(wǎng)殼和拱形結(jié)構(gòu)體系的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題就是網(wǎng)殼建筑的抗震能力。大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有很大的水平推力，跨度的越大，結(jié)構(gòu)重量也越大，下部結(jié)構(gòu)往往難以承受。設(shè)計(jì)中可以通過尋找合適的支座形式以及調(diào)整支座的水平位移，來增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗震效果。橡膠支座基于自身特點(diǎn)具有構(gòu)造簡單、安裝方便、節(jié)省鋼材、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)架、網(wǎng)殼等網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)應(yīng)用到大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震研究中是一種新型的抗震理念。因此，對大跨網(wǎng)殼橡膠支座進(jìn)行抗震分析具有重要的實(shí)際意義。
1大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
大跨度、大空間的建筑從20世界開始在世界各地得到迅猛的發(fā)展。構(gòu)成空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的基本單元有三角錐、三棱體、正方體、截頭四角錐等。這些基本單元可組合成平面形狀的三邊形、四邊形、六邊形、圓形或其他任何形體；在在體育建筑、紀(jì)念性建筑、文化建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有工業(yè)化程度高、自重輕、穩(wěn)定性好、外形美觀的特點(diǎn)。
大跨度、大空間的建筑從20世界開始在世界各地得到迅猛的發(fā)展。構(gòu)成空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的基本單元有三角錐、三棱體、正方體、截頭四角錐等。這些基本單元可組合成平面形狀的三邊形、四邊形、六邊形、圓形或其他任何形體；在在體育建筑、紀(jì)念性建筑、文化建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有工業(yè)化程度高、自重輕、穩(wěn)定性好、外形美觀的特點(diǎn)。
大跨度空間結(jié)構(gòu)型式豐富多彩，結(jié)構(gòu)形體與其受力性能之間存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)構(gòu)型式不斷創(chuàng)新。網(wǎng)殼有單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼之分，材料可用鋼、木材、鋼筋混凝土等。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式主要有球面網(wǎng)殼、雙曲面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼、雙曲拋物面網(wǎng)殼等。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是源于薄殼并具有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一種空間結(jié)構(gòu)，為大跨度建筑提供了創(chuàng)造各種平面空間形狀和新穎獨(dú)特建筑形象的有力手段。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的固有特性。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件幾乎均衡承受各類荷載的作用，內(nèi)力分布比較均勻。結(jié)構(gòu)輕型化使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可以跨越更大的空間。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，安裝方便的特征。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件可以用型鋼、鋁材、木材、鋼筋混凝土和玻璃鋼等建材制成，容易實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的大批量工業(yè)化生產(chǎn)，多種節(jié)點(diǎn)體系的發(fā)明及生產(chǎn)方法的高度自動化；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)無論在平面還是立體型面都可以給建筑師充分的想象力和創(chuàng)作自由。鋼筋混凝土薄殼結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)的形態(tài)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)幾乎均可實(shí)現(xiàn)。另外，由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的曲面外形，還可以使其形成天然的排水功能。
大跨度空間結(jié)構(gòu)型式豐富多彩，結(jié)構(gòu)形體與其受力性能之間存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)構(gòu)型式不斷創(chuàng)新。網(wǎng)殼有單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼之分，材料可用鋼、木材、鋼筋混凝土等。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式主要有球面網(wǎng)殼、雙曲面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼、雙曲拋物面網(wǎng)殼等。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是源于薄殼并具有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一種空間結(jié)構(gòu)，為大跨度建筑提供了創(chuàng)造各種平面空間形狀和新穎獨(dú)特建筑形象的有力手段。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的固有特性。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件幾乎均衡承受各類荷載的作用，內(nèi)力分布比較均勻。結(jié)構(gòu)輕型化使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可以跨越更大的空間。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，安裝方便的特征。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件可以用型鋼、鋁材、木材、鋼筋混凝土和玻璃鋼等建材制成，容易實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的大批量工業(yè)化生產(chǎn)，多種節(jié)點(diǎn)體系的發(fā)明及生產(chǎn)方法的高度自動化；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)無論在平面還是立體型面都可以給建筑師充分的想象力和創(chuàng)作自由。鋼筋混凝土薄殼結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)的形態(tài)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)幾乎均可實(shí)現(xiàn)。另外，由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的曲面外形，還可以使其形成天然的排水功能。
2 橡膠支座的抗震工作原理
2 橡膠支座的抗震工作原理
橡膠支座在防震中起到一個(gè)基礎(chǔ)隔震的效果。它能將地面運(yùn)動和結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件隔離，同時(shí)起到一個(gè)緩沖作用，將地震作用和能量在傳遞過程中減弱。當(dāng)?shù)孛娴卣疬\(yùn)動很強(qiáng)烈時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部也只有中等程度的運(yùn)動。橡膠支座基于其材料性質(zhì)具有大變形的能力和自復(fù)位能力，有較強(qiáng)的豎向支撐建筑物的重力，還能提供一定的水平剛度。橡膠支座的剛度減小和阻尼增加都可使結(jié)構(gòu)隔離較大的地震。橡膠底座優(yōu)于傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)，它只考慮結(jié)構(gòu)本身而對被保護(hù)的結(jié)構(gòu)無太多限制，不僅能保護(hù)結(jié)構(gòu)本身同時(shí)對內(nèi)部設(shè)備也能起到保護(hù)作用，并且檢測修復(fù)方便。適用范圍廣，不僅可用于新建筑物的抗震設(shè)計(jì)而且在舊建筑的抗震改良中。
橡膠支座在防震中起到一個(gè)基礎(chǔ)隔震的效果。它能將地面運(yùn)動和結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件隔離，同時(shí)起到一個(gè)緩沖作用，將地震作用和能量在傳遞過程中減弱。當(dāng)?shù)孛娴卣疬\(yùn)動很強(qiáng)烈時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部也只有中等程度的運(yùn)動。橡膠支座基于其材料性質(zhì)具有大變形的能力和自復(fù)位能力，有較強(qiáng)的豎向支撐建筑物的重力，還能提供一定的水平剛度。橡膠支座的剛度減小和阻尼增加都可使結(jié)構(gòu)隔離較大的地震。橡膠底座優(yōu)于傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)，它只考慮結(jié)構(gòu)本身而對被保護(hù)的結(jié)構(gòu)無太多限制，不僅能保護(hù)結(jié)構(gòu)本身同時(shí)對內(nèi)部設(shè)備也能起到保護(hù)作用，并且檢測修復(fù)方便。適用范圍廣，不僅可用于新建筑物的抗震設(shè)計(jì)而且在舊建筑的抗震改良中。
3、橡膠支座的構(gòu)造
3、橡膠支座的構(gòu)造
橡膠支座并非完全的橡膠，將橡膠和鋼板配合適用。橡膠支座通常采用薄鋼板(厚度為2mm、3mm、5mm等)和橡膠墊(厚度為5mm、8mm、11mm等)通過高溫硫化粘結(jié)，層疊而成。支架豎向受力時(shí)鋼板由于彈性高變形小，橡膠板在受壓變形時(shí)受到鋼板的約束，整個(gè)支架中心在受壓下呈三軸狀態(tài)，具有較高的豎向承載力。當(dāng)橫行作用力大時(shí)，支架則成為橡膠片的變形疊加，支座的水平變形較大。橡膠墊對任何水平方向的運(yùn)動均呈柔性約束。當(dāng)橡膠支座承受水平荷載時(shí)，其橡膠墊的相對側(cè)移大大減小，使橡膠支座可達(dá)到很大的整體側(cè)移而不失穩(wěn)，而且保持較小的水平剛度(僅為豎向剛度的l／500_1／1500)。
橡膠支座并非完全的橡膠，將橡膠和鋼板配合適用。橡膠支座通常采用薄鋼板(厚度為2mm、3mm、5mm等)和橡膠墊(厚度為5mm、8mm、11mm等)通過高溫硫化粘結(jié)，層疊而成。支架豎向受力時(shí)鋼板由于彈性高變形小，橡膠板在受壓變形時(shí)受到鋼板的約束，整個(gè)支架中心在受壓下呈三軸狀態(tài)，具有較高的豎向承載力。當(dāng)橫行作用力大時(shí)，支架則成為橡膠片的變形疊加，支座的水平變形較大。橡膠墊對任何水平方向的運(yùn)動均呈柔性約束。當(dāng)橡膠支座承受水平荷載時(shí)，其橡膠墊的相對側(cè)移大大減小，使橡膠支座可達(dá)到很大的整體側(cè)移而不失穩(wěn)，而且保持較小的水平剛度(僅為豎向剛度的l／500_1／1500)。
4、橡膠支座的特點(diǎn)
4、橡膠支座的特點(diǎn)
支座在建筑結(jié)構(gòu)中因其受力集中，且需要活動，故相當(dāng)于一個(gè)可動“關(guān)節(jié)”。作為受力復(fù)雜的運(yùn)動部件，支座在理論上屬于具有運(yùn)動副的機(jī)構(gòu)，不屬于土建范疇的設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，材料選擇、設(shè)計(jì)、加工等應(yīng)按照機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在土建工程中使用時(shí)，還應(yīng)考慮土建的功能，要滿足土建的規(guī)范要求。支座制造使用的高分子橡膠材料又與“化學(xué)工業(yè)”相聯(lián)系，因此具有相當(dāng)復(fù)雜的物理、化學(xué)性能。橡膠具有“粘一彈一塑”性，各項(xiàng)參數(shù)依賴于變形和時(shí)間的變量，力學(xué)計(jì)算很難進(jìn)行，設(shè)計(jì)參數(shù)也難以確定。
支座在建筑結(jié)構(gòu)中因其受力集中，且需要活動，故相當(dāng)于一個(gè)可動“關(guān)節(jié)”。作為受力復(fù)雜的運(yùn)動部件，支座在理論上屬于具有運(yùn)動副的機(jī)構(gòu)，不屬于土建范疇的設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，材料選擇、設(shè)計(jì)、加工等應(yīng)按照機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在土建工程中使用時(shí)，還應(yīng)考慮土建的功能，要滿足土建的規(guī)范要求。支座制造使用的高分子橡膠材料又與“化學(xué)工業(yè)”相聯(lián)系，因此具有相當(dāng)復(fù)雜的物理、化學(xué)性能。橡膠具有“粘一彈一塑”性，各項(xiàng)參數(shù)依賴于變形和時(shí)間的變量，力學(xué)計(jì)算很難進(jìn)行，設(shè)計(jì)參數(shù)也難以確定。
5、橡膠支座的抗震分析
5、橡膠支座的抗震分析
大跨度空間的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及張力結(jié)構(gòu)具有剛度低、阻力小等特點(diǎn)，對地震的震動荷載比較敏感，橡膠支座被廣泛應(yīng)用于各類大型網(wǎng)殼工程結(jié)構(gòu)中。由于橡膠支座的豎向承載力大，用作建筑物的支撐墊非常安全，能將上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包括壓力、拔力、各方面剪力等傳遞到下部。橡膠的固定鉸支座起到釋放彎矩、水平剪力和溫度應(yīng)力的作用，并具有耐久性。在地震、風(fēng)振、火車、汽車等動力荷載作用下支座具有抗震、減振甚至隔振的功能。由于橡膠底座的剛度和阻尼性能穩(wěn)定，通過準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算能夠控制較強(qiáng)地震時(shí)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。并具有穩(wěn)定的彈性復(fù)位功能，能在多次地震中自動瞬間復(fù)位。在使用中，多采用疊層橡膠支座建造隔震房屋，對地震的反應(yīng)控制在1/2~1/12范圍內(nèi)，安全性比較高。此外，由于具有構(gòu)造簡單、安裝方便等特點(diǎn)，可以安裝在不同的標(biāo)高位置，不容易受建筑物的地基不均勻沉降影響，因此在工程中具有現(xiàn)實(shí)可行性。
大跨度空間的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及張力結(jié)構(gòu)具有剛度低、阻力小等特點(diǎn)，對地震的震動荷載比較敏感，橡膠支座被廣泛應(yīng)用于各類大型網(wǎng)殼工程結(jié)構(gòu)中。由于橡膠支座的豎向承載力大，用作建筑物的支撐墊非常安全，能將上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包括壓力、拔力、各方面剪力等傳遞到下部。橡膠的固定鉸支座起到釋放彎矩、水平剪力和溫度應(yīng)力的作用，并具有耐久性。在地震、風(fēng)振、火車、汽車等動力荷載作用下支座具有抗震、減振甚至隔振的功能。由于橡膠底座的剛度和阻尼性能穩(wěn)定，通過準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算能夠控制較強(qiáng)地震時(shí)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。并具有穩(wěn)定的彈性復(fù)位功能，能在多次地震中自動瞬間復(fù)位。在使用中，多采用疊層橡膠支座建造隔震房屋，對地震的反應(yīng)控制在1/2~1/12范圍內(nèi)，安全性比較高。此外，由于具有構(gòu)造簡單、安裝方便等特點(diǎn)，可以安裝在不同的標(biāo)高位置，不容易受建筑物的地基不均勻沉降影響，因此在工程中具有現(xiàn)實(shí)可行性。
6、小結(jié)
6、小結(jié)
大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有很大的水平推力，跨度越大，結(jié)構(gòu)重量也越大，下部結(jié)構(gòu)往往難以承受。結(jié)合我國城市多處于震區(qū)的特點(diǎn)，在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，要解決網(wǎng)殼建筑的抗震能力。由于橡膠支座的豎向承載力大，基于構(gòu)造簡單、安裝方便、節(jié)省鋼材、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)架、網(wǎng)殼等網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，對大跨網(wǎng)殼橡膠支座進(jìn)行抗震分析具有重要的實(shí)際意義。
大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有很大的水平推力，跨度越大，結(jié)構(gòu)重量也越大，下部結(jié)構(gòu)往往難以承受。結(jié)合我國城市多處于震區(qū)的特點(diǎn)，在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，要解決網(wǎng)殼建筑的抗震能力。由于橡膠支座的豎向承載力大，基于構(gòu)造簡單、安裝方便、節(jié)省鋼材、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)架、網(wǎng)殼等網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，對大跨網(wǎng)殼橡膠支座進(jìn)行抗震分析具有重要的實(shí)際意義。
參考文獻(xiàn)：
參考文獻(xiàn)：
[1] 周乾. SMA―橡膠復(fù)合支座在大跨空間結(jié)構(gòu)中的隔震研究[D]. 北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003.
[1] 周乾. SMA―橡膠復(fù)合支座在大跨空間結(jié)構(gòu)中的隔震研究[D]. 北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003.
[2] 曾德民.橡膠隔震支座的剛度特征與隔震建筑的性能試驗(yàn)研究[D]．中國建筑科學(xué)研究院博士學(xué)位論文,2007.
[2] 曾德民.橡膠隔震支座的剛度特征與隔震建筑的性能試驗(yàn)研究[D]．中國建筑科學(xué)研究院博士學(xué)位論文,2007.
[3] 秦德生. 板式橡膠支座力學(xué)性能試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[D]. 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.
[3] 秦德生. 板式橡膠支座力學(xué)性能試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[D]. 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.
[4] 王秀麗,高月梅,高森等.大跨度雙向張弦粱地震響應(yīng)分析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2007,19(3):123-126.
[4] 王秀麗,高月梅,高森等.大跨度雙向張弦粱地震響應(yīng)分析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2007,19(3):123-126.
[5] 李旭東,鞠洪海.隔震橡膠支座力學(xué)性能研究綜述[J].山西建筑,2007,33(2):86-87.
[5] 李旭東,鞠洪海.隔震橡膠支座力學(xué)性能研究綜述[J].山西建筑,2007,33(2):86-87.
[6] 丁陽,張向榮,李忠獻(xiàn). 應(yīng)用SMA復(fù)合橡膠支座的大跨度空間結(jié)構(gòu)隔震研究[J]. 沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2005,21(5):438-444.
[6] 丁陽,張向榮,李忠獻(xiàn). 應(yīng)用SMA復(fù)合橡膠支座的大跨度空間結(jié)構(gòu)隔震研究[J]. 沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2005,21(5):438-444.
[7] 朱艷峰,劉峰,黃小清等.橡膠材料的本構(gòu)模型[J].橡膠工業(yè),2006,02(2):119-125.
[7] 朱艷峰,劉峰,黃小清等.橡膠材料的本構(gòu)模型[J].橡膠工業(yè),2006,02(2):119-125.
[8] 胥明,黃躍平,周明華.板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測方法的研究[J].公路,2006,02(2):5-11.
[8] 胥明,黃躍平,周明華.板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測方法的研究[J].公路,2006,02(2):5-11.
[9] 淳靜,王偉,趙庭耀.橡膠支座在公路橋梁中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技,2005,09(9):126-127.
[9] 淳靜,王偉,趙庭耀.橡膠支座在公路橋梁中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技,2005,09(9):126-127.
作為從橋拱建筑中發(fā)展而來的混凝土大跨度板柱,發(fā)展歷史悠久,應(yīng)用廣泛,特別是經(jīng)過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用,發(fā)展為一種新型建筑體系,由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較容很符合抗震設(shè)計(jì)理念,混凝土大跨度板柱只要設(shè)計(jì)、構(gòu)造措施得當(dāng),對改善框架節(jié)點(diǎn)的延性、增加節(jié)點(diǎn)區(qū)在地震作用下的變形能力有非常大的作用。同時(shí)會有效避免混凝土灌注中出現(xiàn)的許多現(xiàn)實(shí)問題:諸如在施工過程中由于框架節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過于密集,混凝土難以灌注的問題,振搗困難的問題等等。由此,大跨度板柱體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越得到更為廣泛的應(yīng)用。伴隨著我國混凝土行業(yè)、高層建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展,行業(yè)規(guī)范越來越嚴(yán)格,對混凝土制品的品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)也更高,這在一定程度上也加快和推廣了大跨度版主的發(fā)展和應(yīng)用。再就是大跨度板柱體系在經(jīng)濟(jì)方面和混凝土密肋梁板相比較也具有很大優(yōu)勢。在下文中,對大跨度板柱體系和混凝土密肋梁板體系在抗震性能和經(jīng)濟(jì)性方面作計(jì)算分析比較。
一、結(jié)構(gòu)方案概述及計(jì)算分析結(jié)果
本工程處于8度抗震設(shè)防烈度區(qū),屬三類場地,基本風(fēng)壓0.35kN/m2,框架抗震等級三級。X方向總長7.3x6=43.8米,Y方向總長8.2x3=24.6米。大跨度板柱體系:結(jié)構(gòu)總高度為3.0米x9層=27米,框架柱600x600,外圍框架梁考慮到門窗洞口的設(shè)置以及避免形成邊框架扁梁偏心的因素,采用300x600,其余內(nèi)框架梁800x400,次梁400x400;混凝土密肋梁板體系:結(jié)構(gòu)總高度為3.3米x9層=29.7米,框架柱600x600,框架梁300x600,次梁250x500。
現(xiàn)在用中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列SATWE軟件依次對它們進(jìn)行計(jì)算分析,來研究大跨度板柱與普通混凝土密肋梁板兩種方案的地震作用效應(yīng)。我們通過數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)明顯看到:當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r(shí),兩種板柱體系表現(xiàn)出近似的地震效應(yīng),特別是處于兩個(gè)方向同時(shí)產(chǎn)生地震平動效應(yīng)。混凝土密肋梁板體系擁有較高的空間抗側(cè)強(qiáng)度,而大跨度板柱體系又具有相對高的空間抗扭強(qiáng)度。原因在于:處在水平地震受力下,混凝土密肋梁板具有很高的抗彎強(qiáng)度,柱端受到的約束作用力相對較強(qiáng),完全抵消了高空間的影響后表現(xiàn)出更大的空間強(qiáng)度;但大跨度板柱在建筑平面內(nèi)的約束卻擁有更大的強(qiáng)度,因而展現(xiàn)出更好的結(jié)構(gòu)整體抗扭性能,當(dāng)?shù)挚沟卣鹋まD(zhuǎn)作用時(shí)充分發(fā)揮了這些強(qiáng)度的平衡作用。以上結(jié)論對我們具有一定的參考價(jià)值,對這兩方面的地震反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)應(yīng)予以重視。
二、通過比較來看兩種結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性
我們通過數(shù)據(jù)可以分析出,選擇混凝土密肋梁板體系比采用大跨度板柱體系節(jié)省鋼筋用量28%左右,節(jié)省混凝土用量10%左右,如果采用大跨度板柱體系當(dāng)可以將高度差范圍的維護(hù)結(jié)構(gòu)(框架填充墻以及玻璃幕墻等)的費(fèi)用節(jié)省。如果放棄結(jié)構(gòu)總高度的因素下,運(yùn)用混凝土密肋梁板體系具有相對的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,相反,如果是結(jié)構(gòu)總高度設(shè)為確定值的狀況下,運(yùn)用大跨度板柱體系當(dāng)擁有可以在本來建筑基礎(chǔ)上再遞增一重的經(jīng)濟(jì)效應(yīng),這對現(xiàn)在寸土寸金的購地建筑中能大大降低成本,具有明顯的優(yōu)勢!
關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土房屋；抗震設(shè)計(jì)；抗震設(shè)防
Key words: high-rise building；concrete housing；seismic design；seismic fortification
中圖分類號：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2011）05-0084-02
0引言
地震是人類在繁衍生息、社會發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災(zāi)害。強(qiáng)烈地震常常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生存安全和社會穩(wěn)定、社會功能帶來嚴(yán)重的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歷史上各種自然災(zāi)害曾毀滅了世界各地52個(gè)城市，其中因地震而毀滅的城市有27個(gè)。地震之外的其它各種災(zāi)害，如水災(zāi)、火災(zāi)、火山噴發(fā)、風(fēng)災(zāi)、沙災(zāi)、旱災(zāi)等毀滅的城市為25座。因此，地震占災(zāi)害總數(shù)的52%?？梢姷卣馂?zāi)害確系“群害之首”。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災(zāi)害（約占95%）。無數(shù)次的震害告訴我們，抗震設(shè)計(jì)是防御和減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施。
1建筑抗震的理論分析
1.1 建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范 建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國建筑抗震經(jīng)驗(yàn)帶有權(quán)威性的總結(jié),是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)（包括結(jié)構(gòu)動力計(jì)算,結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容）的法定性文件它既反映了各個(gè)國家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時(shí)代水平，又反映了各個(gè)國家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo),向技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性的方向發(fā)展，但它更要有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ),把建筑工程的安全性放在首位，容不得半點(diǎn)冒險(xiǎn)和不實(shí)。正是基于這種認(rèn)識，現(xiàn)代規(guī)范中的條文有的被列為強(qiáng)制性條文，有的條文中用了“嚴(yán)禁，不得，不許，不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須，應(yīng)該，宜于，可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。
1.2 抗震設(shè)計(jì)的理論擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀(jì)10～40年展起來的一種理論，它在估計(jì)地震對結(jié)構(gòu)的作用時(shí)，僅假定結(jié)構(gòu)為剛性,地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個(gè)比例常數(shù)（地震系數(shù)）。反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是在加世紀(jì)40～60年展起來的，它以強(qiáng)地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運(yùn)動特性的進(jìn)一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ)，是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個(gè)重要成果。動力理論。動力理論是20世紀(jì)70-80年廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展外,人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解，同時(shí)隨著強(qiáng)震觀測臺站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進(jìn)一步動力理論也稱地震時(shí)程分析理論，它把地震作為一個(gè)時(shí)間過程，選擇有代表性的地震動加速度時(shí)程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計(jì)算得到每一時(shí)刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計(jì)工作。
2高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
2.1 抗震措施 在對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，除要考慮概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算外，歷次地震后人們在限制建筑高度，提高結(jié)構(gòu)延性（限制結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)材料使用）等方面總結(jié)的抗震經(jīng)驗(yàn)一直是各國規(guī)范重視的問題。當(dāng)前，在抗震設(shè)計(jì)中，從概念設(shè)計(jì)，抗震驗(yàn)算及構(gòu)造措施等三方面入手，在將抗震與消震（結(jié)構(gòu)延性）結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立設(shè)計(jì)地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計(jì)指標(biāo)和方法，直至進(jìn)一步通過一些結(jié)構(gòu)措施（隔震措施，消能減震措施）來減震，即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟(jì)的抗震性能是當(dāng)代抗震設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展的方向。而且，強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用已得到普遍的認(rèn)可。
2.2 抗震設(shè)計(jì)理念 我國《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2001）對建筑的抗震設(shè)防提出“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求，“三水準(zhǔn)”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當(dāng)遭遇第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此,要求建筑結(jié)構(gòu)滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算，要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時(shí)，結(jié)構(gòu)屈服進(jìn)入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞。但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)难有阅芰Γㄗ冃文芰Γ┎话l(fā)生不可修復(fù)的脆性破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)雖然破壞較重，但結(jié)構(gòu)的非彈性變形離結(jié)構(gòu)的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，從而保障了人員的安全。因此，要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。
三個(gè)水準(zhǔn)烈度的地震作用水平，按三個(gè)不同超越概率（或重現(xiàn)期）來區(qū)分的:多遇地震：50年超越概率63.2%，重現(xiàn)期50年；設(shè)防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重現(xiàn)期475年；罕遇地震：50年超越概率2%-3%，重現(xiàn)期1641-2475年，平均約為2000年。對建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)設(shè)防要求，是通過“兩階段”設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，其方法步驟如下：第一階段：第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動參數(shù)，先計(jì)算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合。并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)。進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)，從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求；第二步是采用同一地震動參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的層間位移角，使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值；同時(shí)采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。第二階段:采用與第三水準(zhǔn)相對應(yīng)的地震動參數(shù)，計(jì)算出結(jié)構(gòu)（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范的限值。并采用必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。
2.3 抗震設(shè)計(jì)方法我國的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）對各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)采用的方法作了以下規(guī)定：高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡化方法；除1款外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜方法；特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。
3結(jié)語
在建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中，設(shè)計(jì)階段是整個(gè)工程最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)中要考慮到多方面的因素。本文結(jié)合工作實(shí)踐對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行理論上的研究，從設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)原則到設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，雖然有些粗淺，希望對同行們有一定的參考作用。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵字：高層建筑、混凝土房屋、抗震設(shè)計(jì)
引言：
我國是一個(gè)人口密度大、地域廣博的的發(fā)展中國家，同時(shí)其建筑物設(shè)計(jì)的抗震能力普遍較低，因此，如果我國發(fā)生地震將會于社會的發(fā)展和人民的健康都造成了無法彌補(bǔ)的損失。因此，建筑物的抗震設(shè)防問題是我國減輕自然災(zāi)害、保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會持續(xù)發(fā)展，特別是保障人民群眾生命安全的—個(gè)重要問題。本文中，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)將結(jié)合我國高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、建筑抗震的理論分析對高層混凝提土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。
1、我國高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
地震由于其具有較強(qiáng)的突發(fā)性和隨機(jī)性，要在強(qiáng)烈晃動中保證高層建筑的穩(wěn)定性是一向很大的挑戰(zhàn)。混凝土具有硬度高、連接性好的特點(diǎn)，但是強(qiáng)烈的晃動又要求建筑物的材質(zhì)應(yīng)該是變形可收縮的，這樣就可以消耗地震的能量，提高結(jié)構(gòu)的變形、耗能能力和整體抗震能力，防止高于設(shè)防烈度的“大震”不倒是抗震設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)。雖然這幾年，越來越多的研究者這在著手研究這方面的問題，但是效果并不是很理想。下面簡述一下關(guān)于我國高層混凝提土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中存在的問題。
1.1結(jié)構(gòu)層間屈服強(qiáng)度有明顯的薄弱樓層
在對于混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上存在明顯的不均勻性，使得這些結(jié)構(gòu)存在著層間屈服強(qiáng)度特別薄弱的樓層。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)，結(jié)構(gòu)的薄弱層率先屈服，彈塑性變形急劇發(fā)展，并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致大樓的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中，就出現(xiàn)了高層建筑的集體彈性變形的情況。
1.2柱端與節(jié)點(diǎn)的破壞較為突出
在地震中易造成高層建筑嚴(yán)重變形倒塌的原因是框架結(jié)構(gòu)中存在梁輕柱重的情況。如果柱頂重于柱底，那么很顯然的容易造成尤角杜和邊柱易發(fā)生破壞。這種情況對于短柱來說，易發(fā)生剪切破壞外。對于一般柱來講，當(dāng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)無箍筋約束時(shí)，節(jié)點(diǎn)與柱端破壞合并加重。同時(shí)當(dāng)柱側(cè)有強(qiáng)度高的砌體填充墻緊密嵌砌時(shí)，柱頂剪切破壞嚴(yán)重，破壞部位還可能轉(zhuǎn)移至窗洞上下處，甚至出現(xiàn)短柱的剪切破壞。
1.3砌體填充墻的破壞較為普遍
當(dāng)遭到地震作用時(shí)，由于砌體承重墻變形力度較小，首先受到地震的作用而出現(xiàn)裂縫情況。當(dāng)遇到8級或者8級以上地震時(shí)，填充墻的裂縫會明顯變寬，甚至造成建筑物倒塌震害規(guī)律一般是上輕下重，空心砌體墻重于實(shí)心砌體墻，砌塊墻重于磚墻。
2、建筑抗震的理論分析
2.1建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范
建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范是每個(gè)國家針對就建筑物設(shè)計(jì)提出來的具有規(guī)范性的指導(dǎo)手冊，對于抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要符合國家的規(guī)定與要求，有關(guān)部門應(yīng)該根據(jù)規(guī)范嚴(yán)格要求設(shè)計(jì)單位，對于違反相關(guān)條例的設(shè)計(jì)師要進(jìn)行嚴(yán)肅處理，要把抗震設(shè)計(jì)作為一種新的理念加入到建筑物的整體設(shè)計(jì)中去。但是，由于地地質(zhì)的不同，在建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范中，基于工程的可實(shí)施性，我國又提出了堅(jiān)持科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理方向發(fā)展的要求。這些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中有體現(xiàn)。
2.2抗震設(shè)計(jì)的理論
目前國際上對于抗震結(jié)構(gòu)研究的理論主要有三個(gè)：擬靜力理論、反應(yīng)譜理論和動力理論。擬靜力理論是以建筑物結(jié)構(gòu)為剛性的條件，認(rèn)為地震力水平的作用在結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的重心上，這個(gè)理論興起于上個(gè)世紀(jì)10—40年代。然而反應(yīng)譜理論則相對與其稍微成熟一些，它以強(qiáng)地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運(yùn)動特性的進(jìn)一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ)，是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個(gè)重要成果。對于動力理論，它把地震作為一個(gè)時(shí)間過程，選擇有代表性的地震動加速度時(shí)程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計(jì)算得到每一時(shí)刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計(jì)工作。
3、對我國高層混凝提土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)探討
要想使建筑物在強(qiáng)烈地震下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性狀態(tài)，不發(fā)生破壞是很不實(shí)際的，最合理的方案是建筑結(jié)構(gòu)允許在強(qiáng)烈地震中受到破壞，但是絕對不能倒塌。選擇合理的建筑框架保證節(jié)點(diǎn)基本不被破壞，梁比柱盡可能早發(fā)生、多發(fā)生，對于同一層各柱兩端的屈服歷程應(yīng)該是越長越好，柱子底部的塑性鉸應(yīng)最后形成。簡言之，框架的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)使梁、柱端的鉸出現(xiàn)盡可能分散，充分發(fā)揮整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震能力。
3.1抗震計(jì)算中的延性保證
從樓層的水平地震剪力和層間位移關(guān)系可以看到，當(dāng)防震達(dá)到第二、第三級水準(zhǔn)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建的彈塑性才是重中之重，框架結(jié)構(gòu)在保持一定承載力的情況下通過變形來削減地震的能量，所以在框架材料的選擇上要選擇具有比較好的變形能力的材料，這樣才不至于失去抗震的效果。實(shí)驗(yàn)表明他，通過“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)柱弱梁’、“強(qiáng)底層柱底”和“強(qiáng)剪弱彎”綜合的框架結(jié)構(gòu)可以在承重力和消耗地震能量上有比較好的效果，抗震效果明顯。同時(shí)，綜合大量實(shí)驗(yàn)研究成果，影響不同受力特征節(jié)點(diǎn)延性性質(zhì)的主要綜合因素有：相對作用剪力、相對配筋率、貫穿節(jié)點(diǎn)的梁柱縱筋的粘結(jié)情況。
3.2框架柱設(shè)計(jì)
鋼管混凝土不僅具有較高的抗壓、抗彎承載能力，這兩者的組合使得延展性和耗能能力也大大加強(qiáng)，它要比普通混凝土的扭剪承載力及剪切變形能力提升很多，更容易滿足工程結(jié)構(gòu)受理和變形的要求，在對框架柱進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用鋼筋混凝土?xí)r，可以提高鋼管混凝土柱的截面尺寸和壁厚、加大鋼框架梁的截面高度，即人為地降低了框架柱的軸壓比，也提高了框架部分本身的抗側(cè)移剛度，有效地提高了框架與核芯筒之間的空間效應(yīng)。外部再加之以人工干預(yù)，確定每層框架部分的建立調(diào)整系數(shù)，減少每層框架的世紀(jì)承擔(dān)的地震作用的份額，這樣就可以有效地形成整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的一道抗震防線。
3.3鋼骨混凝土、鋼筋混凝土核芯筒剪力墻
對于經(jīng)常發(fā)生地震的的地區(qū)而言，剪力墻墻肢軸壓比0.25—0.29，墻肢截面平均剪應(yīng)力與 設(shè)計(jì)值之比為0.036—0.068。對于混凝土的核心筒周圍而言，剪力墻的厚度應(yīng)該保持在60cm—70cm，自上而下應(yīng)收至50cm。然而對于核心筒內(nèi)墻厚度應(yīng)該由40cm、30cm、20cm從下往上收至20cm。在核心筒，可以為其設(shè)置連續(xù)帶交叉的剛斜撐的鋼框架，墻內(nèi)鋼框架通過連梁、形成勁性鋼骨混凝土梁。
4、結(jié)語：
高層建筑混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的工程，經(jīng)常要受制于建筑當(dāng)?shù)氐木唧w地形地貌而定，但是只要是有可能，結(jié)構(gòu)工程師就應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段與建筑工程師設(shè)計(jì)出多種方案，以避免不規(guī)則的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)給人們?nèi)蘸髱黼[患。
5、參考文獻(xiàn)：
Abstracts: Performance-based seismic design theroy is the new earthquake engineering concept proposed by international earthquake engineering in the 90’s. It’s a revolution in seismic engineering, and was considered as the future direction of seismic design for development. So it was taken attention and studied at home and abroad. This paper describes the background, basic content and the development of the performance-based seismic design theory, and it make a preliminary discussion of the methods and procedures for the current seismic design under the performance-based seismic design theory.
Key words: Seismic design, Based on performance, Performance level, Performance objectives.
引言
現(xiàn)行的各國抗震規(guī)范大多采用以地面運(yùn)動加速度反應(yīng)譜為基礎(chǔ)，按結(jié)構(gòu)延性調(diào)整結(jié)構(gòu)反應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法?？拐鹪O(shè)計(jì)的基本目的是保障生命安全，然而近十幾年來大震震害卻顯示，按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)和建造的建筑物，雖然在地震中沒有倒塌保障了生命安全，但其破壞卻造成了嚴(yán)重的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，甚至影響到社會的發(fā)展，而且這種破壞和損失往往超出了設(shè)計(jì)者、建造者和業(yè)主原先的估計(jì)。因此，20世紀(jì)90年代初基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論由美國科學(xué)家和工程師首先提出來，可概括為：基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為基礎(chǔ)，針對每一種抗震作用水準(zhǔn)，將結(jié)構(gòu)的抗震性能劃分成不同等級，設(shè)計(jì)者根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途，業(yè)主、使用者及鄰居的特殊要求，采用合理的抗震性能目標(biāo)和合適的結(jié)構(gòu)抗震措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)在各種水準(zhǔn)地震作用下的破壞損失，能為業(yè)主選擇和承受，通過對工程項(xiàng)目進(jìn)行生命周期的費(fèi)效分析后達(dá)到一種安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)化平衡。隨后，這一理論引起了日本和歐洲地震工程界學(xué)者的極大興趣，紛紛展開多方面的研究。近年來，我國學(xué)者也開始就這一理論展開討論。
近年來地震震害分析
當(dāng)前各國抗震設(shè)計(jì)理論多采用二級或三級設(shè)計(jì)思想，三級即“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防水準(zhǔn)，并據(jù)此制定抗震規(guī)范和條例。按這種以保障生命安全為基本目標(biāo)的抗震設(shè)計(jì)理論所設(shè)計(jì)的建筑物，在震中基本保證了人員的安全，卻不能有效地控制地震破壞所造成的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。例如，2008年發(fā)生在四川省汶川縣里氏震級8.0級的大地震地震導(dǎo)致69197人遇難，直接經(jīng)濟(jì)損失8451億元人民幣。發(fā)生在今年四月的震級為里氏7.1級的中國玉樹地震造成2698人遇難，20萬人受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失超過800億。發(fā)生2010年1月的海地地震造成11.3萬人喪生，造成的經(jīng)濟(jì)損失約為77.5億美元。上述震害更使我們認(rèn)識到過去的規(guī)范僅以保證人的生命安全為目標(biāo)的設(shè)計(jì)理論，在抗震設(shè)計(jì)理念、適應(yīng)社會需求等方面都存在一定問題。實(shí)際上，社會和公眾對結(jié)構(gòu)抗震性能存在多種層次的要求。如何改進(jìn)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)理念，使結(jié)構(gòu)在未來地震中的抗震性能達(dá)到人們的預(yù)定目標(biāo)，這是擺在地震工程學(xué)界面前的重要課題。
現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)方法的缺陷
目前國際上所廣泛采用的抗震設(shè)計(jì)方法主要為反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法，這兩種方法是在以往的震害經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)時(shí)的理論基礎(chǔ)上發(fā)展形成的，隨著建筑物形式的不斷變化，地震震害也出現(xiàn)新的特點(diǎn)，反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法已漸漸難以滿足現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防要求了。反應(yīng)譜給出的是結(jié)構(gòu)體系的周期與最大反應(yīng)（加速度、相對加速度、相對位移）的關(guān)系曲線。目前，反應(yīng)譜法已在許多國家的工程結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范中得到應(yīng)用。但是，目前所廣泛才采用的反應(yīng)譜法仍存在許多不足之處：首先，反應(yīng)譜法不能有效地考慮強(qiáng)震時(shí)結(jié)構(gòu)的非線；其次，不能考慮土與結(jié)構(gòu)之間的動力相互作用；再次，不能考慮地震動持時(shí)長短的影響；并且，反應(yīng)譜理論只能給出結(jié)構(gòu)的最大地震反應(yīng)，不能給出結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全過程，以及結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的破壞機(jī)理；此外，反應(yīng)譜法對于非比例阻尼結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)的分析效果還不甚理想。
對于結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力時(shí)程分析需要考慮的因素有：地震動輸入要符合當(dāng)?shù)貓龅厍闆r，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)要給出三個(gè)分量的過程及其空間相關(guān)性；結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的動力模型要能真實(shí)反映實(shí)際情況，能包括非線性特性，動力分析要能夠考慮積累損傷、土與結(jié)構(gòu)相互作用、地震波的相位差等。時(shí)程分析所用的地震波為實(shí)際的強(qiáng)震記錄或人工地震波，結(jié)構(gòu)對不同的地震波輸入的敏感度不同，輸入后反應(yīng)將會有較大的差異，這讓設(shè)計(jì)人員也往往無所適從，難以定論。
我國現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是基于承載力或強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法，即采用彈性方法計(jì)算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力和位移，用計(jì)算所得的組合內(nèi)力驗(yàn)算構(gòu)件截面，使構(gòu)件具有一定的承載力。同時(shí)，為了防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生破壞，還要進(jìn)行使用階段的位移驗(yàn)算。對結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力大多是通過構(gòu)造措施獲得的。規(guī)范采用的“三水準(zhǔn)”設(shè)防目標(biāo)和“兩階段”抗震設(shè)計(jì)方法建立在定義結(jié)構(gòu)的可靠度為結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率的基礎(chǔ)上。表1中列出了我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范所采取的地震水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)性態(tài)水準(zhǔn)和性態(tài)指標(biāo)。表2列出了我國建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的具體要求，體現(xiàn)了建筑按功能分類設(shè)計(jì)的思想。
表1我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范所采取的地震水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)性態(tài)水準(zhǔn)和性態(tài)指標(biāo)
表2 我國建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)
這里的“功能”指的是正常情況下結(jié)構(gòu)能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用、保證結(jié)構(gòu)的工作性態(tài)和耐久性態(tài)及在偶然事件中的整體穩(wěn)定性。從某種意義上說，中國的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范已包含了某些基于結(jié)構(gòu)性態(tài)設(shè)計(jì)的思想，但在結(jié)構(gòu)功能不斷細(xì)化的今天，現(xiàn)行指導(dǎo)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范仍有不足之處：
（1）設(shè)防烈度（地震動）單純依據(jù)地震區(qū)劃的結(jié)果以及部分工程抗震經(jīng)驗(yàn)來確定，很少或沒有考慮設(shè)防烈度的取值對經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡的定量或半定量的影響，從而難以通過設(shè)防列隊(duì)（地震動）的取值來控制未來地震的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。
（2）與結(jié)構(gòu)性態(tài)有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不適當(dāng)。
現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)是基于承載力或強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法，但通過對歷次地震震害的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，在一些地震動的某些區(qū)段內(nèi)，對結(jié)構(gòu)破壞起控制作用的因素不是力而是速度和位移，因此，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該不僅僅是基于強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。
（3）業(yè)主的要求得不到滿足，損失控制不力。
由于主體結(jié)構(gòu)的破壞與人身安全的關(guān)系最大，現(xiàn)行設(shè)計(jì)理念對主體結(jié)構(gòu)破壞所造成的損失是重視的，但對非主體結(jié)構(gòu)的破壞，內(nèi)部設(shè)施的損壞和功能失效等所造成的損失卻估計(jì)不足。
（4）規(guī)范的形態(tài)概念不明確，設(shè)計(jì)透明度小。
現(xiàn)行規(guī)范沒有把功能或損失從定量的意義上清楚的定義為多級設(shè)防的目標(biāo)。現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)方法是以規(guī)定的地震力來驗(yàn)算結(jié)構(gòu)截面及變形以確認(rèn)是否達(dá)到想象中的抗震性態(tài)，而不是以科學(xué)的性態(tài)評價(jià)為基礎(chǔ)。業(yè)主對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性態(tài)可能完全不清楚，甚至設(shè)計(jì)人員對多級設(shè)計(jì)保證的抗震性態(tài)也并非真正領(lǐng)悟。規(guī)范通常通過經(jīng)驗(yàn)系數(shù)和細(xì)部構(gòu)造把復(fù)雜的抗震設(shè)計(jì)問題簡化，設(shè)計(jì)出的建筑物只是達(dá)到了規(guī)范或結(jié)構(gòu)工程師認(rèn)為合理的性態(tài)，整個(gè)建筑物和地基系統(tǒng)在地震中所表現(xiàn)的性態(tài)對設(shè)計(jì)者越來越模糊。
（5）規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)缺少靈活性。
設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中為穩(wěn)妥起見，只按規(guī)范條款設(shè)計(jì)，不大會采取規(guī)范沒能體現(xiàn)出來的、有利于抗震性態(tài)的新技術(shù)，使新技術(shù)的推廣應(yīng)用受到限制。而且，這些條款在某種程度上已經(jīng)成為一種性態(tài)水平固定的模式和普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)，約束了業(yè)主和設(shè)計(jì)者的主動性。
（6）設(shè)計(jì)方法具有不足之處。
目前結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用彈性加速度反應(yīng)譜，用具有質(zhì)量m、彈性周期T和阻尼比的單自由度體系來表示結(jié)構(gòu)，這種基于承載力（或強(qiáng)度）的設(shè)計(jì)方法還有值得商榷之處：（1）、由于結(jié)構(gòu)的基本周期未知，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式對其基本周期進(jìn)行估算，影響因素眾多，通常使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)偏于保守；（2）、規(guī)范采用的是設(shè)計(jì)地震對應(yīng)的多遇地震彈性反應(yīng)譜，由于結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)地震作用下很可能已進(jìn)入非線性狀態(tài)，所應(yīng)用的彈性反應(yīng)譜計(jì)算的地震作用需要進(jìn)行折減，而折減系數(shù)需要考慮多種因素的綜合作用；（3）、對結(jié)構(gòu)的位移，雖然很多規(guī)范都給出了結(jié)構(gòu)對應(yīng)的位移限值，但只是將位移作為設(shè)計(jì)的第二步來驗(yàn)算，這導(dǎo)致設(shè)計(jì)者不能有效把握結(jié)構(gòu)在地震特別是大震作用下變形行為。
基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論研究的內(nèi)容
基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論是以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)防水準(zhǔn)的不同，將結(jié)構(gòu)的抗震性能劃分為不同的等級，設(shè)計(jì)者可根據(jù)業(yè)主的要求，確定合理的抗震性能指標(biāo)和合理的結(jié)構(gòu)措施。
我國“三水準(zhǔn)，兩階段”具有基于性態(tài)設(shè)計(jì)的雛形，但是兩者又有巨大的區(qū)別?；谛詰B(tài)的抗震設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)在不同水平地震作用下具有明確的性態(tài)水平，而目前抗震方法盡管也提出三個(gè)水準(zhǔn)，但是并沒有被明確具體量化，建筑功能很難在實(shí)際設(shè)計(jì)中得到保證。在基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)中，目標(biāo)性態(tài)水平的確定要綜合考慮社會的經(jīng)濟(jì)水平、建筑物的重要性以及建筑物的造價(jià)、保養(yǎng)、維修以及可能遭受地震作用下的直接和間接損失來優(yōu)化確定，這里的性態(tài)水平是針對整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的，而目前的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范只針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并沒有對整個(gè)結(jié)構(gòu)提出明確的性態(tài)水平?；谛詰B(tài)抗震設(shè)計(jì)方法可以滿足不同業(yè)主提出的不同設(shè)計(jì)要求，發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性，同時(shí)也有利于新材料和新技術(shù)的應(yīng)用。
1995年，美國加州結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會在Vision2000文件中首次正式闡明了針對建筑結(jié)構(gòu)的基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)思想?；谛詰B(tài)的抗震設(shè)計(jì)思想主要包括結(jié)構(gòu)抗震性態(tài)等級的定義、抗震性態(tài)目標(biāo)的選擇以及通過正確設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)性態(tài)目標(biāo)三部分。對于具體的工程結(jié)構(gòu)，基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)過程是：首先，設(shè)計(jì)人員提出幾種抗震性態(tài)目標(biāo)及對應(yīng)的造價(jià)；其次，由社會團(tuán)體或業(yè)主選擇結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到的性態(tài)目標(biāo)；最后由設(shè)計(jì)人員根據(jù)所選定的性態(tài)目標(biāo)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)滿足預(yù)期的抗震性態(tài)目標(biāo)。基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論的基本內(nèi)容包括地震設(shè)防水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法等三方面。
4.1 地震設(shè)防水準(zhǔn)
地震設(shè)防水準(zhǔn)是指未來可能施加于結(jié)構(gòu)的地震作用的大小。由于地震設(shè)防水準(zhǔn)直接關(guān)系到未來結(jié)構(gòu)的抗震能力，因此地震設(shè)防水準(zhǔn)的選擇在基于結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的理論中占有重要地位。Vision2000在關(guān)于結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的研究報(bào)告中，建議設(shè)防地震等級如表3所示。
表3Vision2000中的設(shè)防地震等級的劃分
4. 2 結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)
結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)表示結(jié)構(gòu)在特定的某一地震設(shè)計(jì)水準(zhǔn)下預(yù)期破壞的最大程度。結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的破壞以及因它們破壞引起的后果，主要用結(jié)構(gòu)破壞程度、結(jié)構(gòu)功能性和人員安全性來表達(dá)；對于不同等級的抗震性能，都應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、整體結(jié)構(gòu)、豎向和橫向承載構(gòu)件、性能水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)變形、設(shè)備裝修、修復(fù)使用等方面加以定義，應(yīng)該表達(dá)為量化指標(biāo)，以便工程設(shè)計(jì)和評估。表4為對結(jié)構(gòu)性能等級的描述。
表4 結(jié)構(gòu)抗震性能等級及其劃分方法
Vision 2000針對建筑結(jié)構(gòu)定義了四個(gè)可接受的抗震性態(tài)等級，即：
等級1 完全保持正常使用功能：建筑物基本未遭受破壞，可完全正常地投入使用；
等級2 維持一定的使用功能：非關(guān)鍵設(shè)備或設(shè)施遭受較小的破壞，建筑物可繼續(xù)使用；
等級 3 確保生命安全：建筑物遭受中等或大范圍破壞，但生命安全無憂；
等級 4 不倒塌：建筑物破壞嚴(yán)重，生命安全受到威脅，但不會倒塌。
建筑結(jié)構(gòu)的抗震性態(tài)目標(biāo)選擇示于圖1.1?？拐鹦詰B(tài)目標(biāo)定義為在預(yù)期設(shè)計(jì)地震下結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到的性態(tài)等級。圖中，三條斜線分別代表三個(gè)可供選擇的抗震性態(tài)目標(biāo)，從上到下分別為基本目標(biāo)、提高目標(biāo)1和提高目標(biāo)2。對于一般建筑物可選擇基本目標(biāo)，對于重要建筑物（如醫(yī)院等）一般選擇提高目標(biāo)1，而對于會引起嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑物（如核電站等）一般選擇提高目標(biāo)2。越高的性態(tài)目標(biāo)意味著越高的工程造價(jià)。
圖1 結(jié)構(gòu)的設(shè)防目標(biāo)與設(shè)防等級、抗震性能等級的關(guān)系
規(guī)范提出的抗震性能目標(biāo)是最低標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)可以根據(jù)業(yè)主的要求采用比規(guī)范的設(shè)防目標(biāo)更高的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)的設(shè)防目標(biāo)與設(shè)防等級、抗震性能等級的關(guān)系如圖1所示。
4. 3 基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法
基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法自提出以來，在國內(nèi)外都受到廣泛重視和研究，對基于性能的抗震設(shè)計(jì)的主要理念和目標(biāo)，學(xué)術(shù)界也基本形成一致的認(rèn)識。但是怎樣把基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想合理并且簡單有效的應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中，目前尚無統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。概括起來，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法主要有承載力設(shè)計(jì)方法、直接基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)方法、能量設(shè)計(jì)法。
（1）承載能力設(shè)計(jì)方法
這是我國規(guī)范現(xiàn)階段采用的設(shè)計(jì)方法，對于常遇地震，利用反應(yīng)譜計(jì)算底部剪力，然后按一定規(guī)則分配至結(jié)構(gòu)全高并與其他荷載組合，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)的各部分都具有足夠的承載能力，然后再進(jìn)行變形驗(yàn)算。承載力能力設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是為設(shè)計(jì)人員所熟悉，并易于使用，性能概念清楚，細(xì)部設(shè)計(jì)可靠，通過非線性靜力分析驗(yàn)算，進(jìn)一步增強(qiáng)了對結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)的控制，可以更好地達(dá)到預(yù)期性能目標(biāo)。缺點(diǎn)是該方法基于彈性反應(yīng)，對于非彈性反應(yīng)僅用于結(jié)構(gòu)類型有關(guān)的系數(shù)加以折減，表面上它控制整個(gè)性能目標(biāo)，實(shí)際上卻只是保證了一種性能目標(biāo)。
（2）直接基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)
該方法采用結(jié)構(gòu)位移作為結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)，與傳統(tǒng)方法相比，基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法從根本上改變了設(shè)計(jì)過程。主要不同是，該方法用位移作為整個(gè)抗震設(shè)計(jì)過程的起點(diǎn)，假定位移或?qū)娱g位移是結(jié)構(gòu)抗震性能的控制因素。設(shè)計(jì)時(shí)用位移控制，通過設(shè)計(jì)位移譜得出在此位移時(shí)結(jié)構(gòu)有效周期，求出此時(shí)結(jié)構(gòu)的基底剪力，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并且進(jìn)行具體配筋設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)后用應(yīng)力驗(yàn)算，不足的時(shí)候用增大剛度而不是強(qiáng)度的方法來改進(jìn)，以位移目標(biāo)為基準(zhǔn)來配置結(jié)構(gòu)構(gòu)件。該法考慮了位移在抗震性能中的重要地位，可以在設(shè)計(jì)初始就明確設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能水平，并且使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能正好達(dá)到目標(biāo)性能水平，是性能設(shè)計(jì)理論中很有前途的一種方法。但應(yīng)用于多自由度體系、多種結(jié)構(gòu)類型等時(shí)，還需要做更多的研究。
（3）能量法
假設(shè)結(jié)構(gòu)破壞的原因是地震輸入的總能量，地震對結(jié)構(gòu)物及其內(nèi)部設(shè)施的破壞時(shí)由其輸入的能量與結(jié)構(gòu)物所消耗的能量共同決定的。能量設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)就在于，能夠直接估計(jì)結(jié)構(gòu)的潛在破壞程度，對結(jié)構(gòu)的滯回特性以及結(jié)構(gòu)的非線性要求概念清楚。另外，耗能元件的設(shè)置可以更好地控制損失。缺點(diǎn)在于應(yīng)用方法不夠簡化，不確定因素較多。
可見，基于性態(tài)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，實(shí)際上是對人們早已認(rèn)識的“多級抗震設(shè)防” 思想的進(jìn)一步的細(xì)化。這一設(shè)計(jì)思想使抗震設(shè)防目標(biāo)與設(shè)計(jì)過程直接相聯(lián)系，設(shè)計(jì)工程師可以更準(zhǔn)確地把握結(jié)構(gòu)在不同的地震動水平下的實(shí)際性態(tài)，使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)合理。
5國內(nèi)外的研究與應(yīng)用發(fā)展
自基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論提出以來，建立以結(jié)構(gòu)功能評價(jià)為理論基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系是近幾年美國、日本和新西蘭等國家的研究課題。美國成立放眼21世紀(jì)委員會，其目的是建立新的結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)體系的框架。1995年4月，日本建設(shè)省啟動了一項(xiàng)3年聯(lián)合研究開發(fā)項(xiàng)目，稱為“建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)代工程方法開發(fā)”。該項(xiàng)目旨在建立基于性能的結(jié)構(gòu)工程方法以推動技術(shù)革新。另外，歐洲國家和拉美國家也在進(jìn)行此項(xiàng)研究，中國這方面研究還處于起步階段。
在未來應(yīng)用方面，美國《洛杉磯性能高規(guī)2005》和《舊金山市性能高規(guī)2007》已清晰展現(xiàn)了性能設(shè)計(jì)方法用于高層建筑結(jié)構(gòu)的具體技術(shù)框架，可供我國相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行修訂時(shí)的參考：
（1）在三水準(zhǔn)地震作用下，分別從正常使用、生命安全和防止倒塌三個(gè)極限狀態(tài)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)滿足以上三個(gè)極限狀態(tài)的性能目標(biāo)。
（2）基本設(shè)計(jì)地震（中震）作用下的結(jié)構(gòu)分析應(yīng)考慮P-效應(yīng)、基礎(chǔ)剛度、偶然偏心的影響，但取消（或放松）剪重比限值和層間位移限值。
（3）小震作用下正常使用極限狀態(tài)只在特殊的情況下才要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，并應(yīng)考慮預(yù)期地震水平和結(jié)構(gòu)累計(jì)損傷程度，可以采用線性反應(yīng)譜分析方法，也也可以采用時(shí)程分析法。
（4）Pushover方法不再適用于高層建筑，應(yīng)采用三維非線性時(shí)程分析方法，荷載組合考慮雙向地震作用。結(jié)構(gòu)非線性分析反應(yīng)的評估應(yīng)引入能力設(shè)計(jì)的思想，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的評估分成三個(gè)水平：延性結(jié)構(gòu)復(fù)核、有限延性結(jié)構(gòu)復(fù)核和完全彈性狀態(tài)的非延性結(jié)構(gòu)復(fù)核。
（5）混凝土結(jié)構(gòu)的彈性模量應(yīng)考慮開裂、黏性滑移、屈服強(qiáng)化、剪切開裂后的受拉剛化、節(jié)點(diǎn)區(qū)變形等影響，取其毛截面的0.5倍進(jìn)行模量折減，或者根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合。
（6）地震時(shí)程記錄的選取應(yīng)滿足場地特性與統(tǒng)計(jì)意義。
（7）非線性分析模型必須經(jīng)過試驗(yàn)校正。
6結(jié)語
基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論是以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)理念上的一次變革，代表了未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法，采用“投資-效益”準(zhǔn)則下的抗震性能水準(zhǔn)的劃分、抗震性能目標(biāo)的確定以及常用的性能抗震設(shè)計(jì)方法，將克服基于承載力的抗震設(shè)計(jì)不能預(yù)估結(jié)構(gòu)屈服后的工作性能的缺陷，可充分發(fā)揮工程師的主動性，工程師可以根據(jù)實(shí)際情況與業(yè)主的要求及其它條件自主地選擇結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)措施等。
7參考文獻(xiàn)
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結(jié)構(gòu)工程師按抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，其目標(biāo)是希望使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面達(dá)到最佳，從而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。本文圍繞高層建筑結(jié)構(gòu)，總結(jié)了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及提出了高層建筑結(jié)構(gòu)分析和各種體系相對應(yīng)的方法。為實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)提供一定參考。
1 高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則
1.1結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能
(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。(2)對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。(3)承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。
1.2在設(shè)計(jì)構(gòu)造上宜有多道抗震防線
(1)一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架―剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個(gè)分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。(2)地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時(shí)倒塌。(3)適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。(4)在抗震設(shè)計(jì)中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計(jì)中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。
1.3對出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力
(1)構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲備，構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。(2)要使樓層(部位)的實(shí)際承載能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力的比值在總體上保持一個(gè)相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時(shí)，會由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。(3)要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。(4)在抗震設(shè)計(jì)中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
2.1 框架－剪力墻結(jié)構(gòu)
框架－剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻布置應(yīng)按“均勻、分散、對稱、周邊”的基本原則考慮,內(nèi)力與位移計(jì)算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同?？蚣埽袅Φ臋C(jī)算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)
計(jì)算剪力墻的內(nèi)力與變形時(shí),其剪力墻應(yīng)計(jì)入端部翼緣地共同工作,剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計(jì)算內(nèi)力與位移時(shí)需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機(jī)算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機(jī)時(shí)耗費(fèi)較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。
2.3筒體結(jié)構(gòu)
筒體結(jié)構(gòu)包括框筒結(jié)構(gòu)?筒中筒結(jié)構(gòu)以及其它筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。
3 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
3.1框架－剪力墻體系。有框架結(jié)構(gòu)布置靈活，使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較好的抗震性能。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架－剪力墻體系。在承受水平力時(shí)，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力?？蚣埽袅w系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架－剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
3.2剪力墻體系。剪力墻體系結(jié)構(gòu)剛度大，空間整體性好，當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架－剪力墻體系。
3.3筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體－框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。
4 結(jié)束語
在強(qiáng)烈地震作用下,建筑物的破壞機(jī)理和過程是十分復(fù)雜的,要進(jìn)行精確的抗震計(jì)算是困難的,在總結(jié)大量地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了概念設(shè)計(jì),并認(rèn)為它是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的首要問題,比計(jì)算設(shè)計(jì)更為重要。對設(shè)計(jì)人員來說,掌握概念設(shè)計(jì),有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想,靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則,不致陷入盲目的計(jì)算工作,從而比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
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“建筑是用石頭寫成的史書”在雨果先生生活的那個(gè)時(shí)代是沒有疑問的，然而當(dāng)今世界的史書恐怕沒有多少是用石頭寫的。在幾千年的人類歷史中，建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了木結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、鋼筋水泥結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，又將建筑業(yè)領(lǐng)向另一個(gè)高峰。鋼結(jié)構(gòu)已是發(fā)達(dá)國家主導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)，以英國為例，其新建的非居住類房屋建筑中 90%的單層和 60%的多層建筑都采用輕鋼結(jié)構(gòu)。 九十年代國外的輕鋼生產(chǎn)廠家將整套的結(jié)構(gòu)體系推向我國市場加之我國鋼產(chǎn)量的提高，極大地推動了輕鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展。由于國外輕型鋼結(jié)構(gòu)體系研究、應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，所以技術(shù)引進(jìn)之后在我國發(fā)展很快。目前國內(nèi)常用的輕鋼結(jié)構(gòu)承重體系包括：焊接門式剛架結(jié)構(gòu)體系、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系多層房屋鋼結(jié)構(gòu)體系、金屬拱型波紋屋蓋體系等。經(jīng)過相關(guān)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工單位已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，輕鋼結(jié)構(gòu)在我國顯示出非常廣闊的應(yīng)用前景。
1.輕鋼結(jié)構(gòu)概述
輕型鋼結(jié)構(gòu)是指這樣一種結(jié)構(gòu)：圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重輕，承重結(jié)構(gòu)截面小，標(biāo)準(zhǔn)化、自動化 、機(jī)械化快速制作安裝，采用新結(jié)構(gòu)鋼材、新結(jié)構(gòu)體系。它分為一般輕型和超輕型鋼結(jié)構(gòu)。論文參考。一般輕型鋼結(jié)構(gòu)主要采用薄鋼板焊接截面或冷彎薄壁型鋼構(gòu)件，典型的結(jié)構(gòu)體系為門式剛架 ，也可采用軋制型鋼板截面。超輕型輕鋼結(jié)構(gòu)主要采用壓型鋼板，冷彎薄壁構(gòu)件和圓鋼為承重構(gòu)件，典型的結(jié)構(gòu)體系是褶皺拱橋屋面。輕鋼結(jié)構(gòu)主要體系有焊接（軋制）門式剛架結(jié)構(gòu)體系、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系、薄壁褶皺拱橋屋面體系、多層框架結(jié)構(gòu)體系、空間和張拉結(jié)構(gòu)體系。
2.輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢
2.1自重輕, 抗震性能好, 安全性高。輕鋼結(jié)構(gòu)采用高效輕型薄壁型材, 承載力高, 構(gòu)件尺寸小, 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用自重小的輕質(zhì)墻體和樓面材料, 一般可減輕建筑結(jié)構(gòu)自重的30% , 質(zhì)量是鋼筋混凝土住宅的1/2 左右。輕鋼結(jié)構(gòu)整體剛度大, 鋼材強(qiáng)度高、延性好, 因此抗震性能好, 用于結(jié)構(gòu)抗震措施的費(fèi)用少, 適用于地震多發(fā)區(qū); 結(jié)構(gòu)自重輕, 基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)小還可大幅減少基礎(chǔ)造價(jià),尤其適用于地質(zhì)條件較差的地區(qū)。
2.2建筑造型簡潔美觀, 內(nèi)部空間布置靈活豐富。鋼材強(qiáng)度高, 可以采用大空間柱網(wǎng)布置, 建筑設(shè)計(jì)不受結(jié)構(gòu)限制, 這種住宅為建筑師的創(chuàng)維設(shè)計(jì)提供了無限想象空間。因此,輕鋼結(jié)構(gòu)住宅外形輕巧美觀, 墻體與屋面色彩豐富, 屋頂造型別致, 盡顯現(xiàn)代風(fēng)格。室內(nèi)大空間無梁無柱, 跨度可達(dá)12 m , 為業(yè)主提供了個(gè)性化分隔室內(nèi)空間的可能。真正體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念; 同時(shí), 墻柱等構(gòu)件截面尺寸小, 可增加凈使用面積5 %～8 % , 當(dāng)考慮樓板的組合作用, 使用組合梁或扁梁時(shí), 還可以增加凈高, 實(shí)現(xiàn)大空間住宅設(shè)計(jì)理念。
2.3施工快捷、工期短, 不受季節(jié)限制。與傳統(tǒng)住宅體系相比, 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅至少可縮短1/3的工期。真正做到既快又經(jīng)濟(jì), 因此最大限度地為業(yè)主節(jié)約了投資。
2.4防腐耐久, 舒適性好。輕鋼墻體龍骨完全封閉在隔水層與石膏板之間, 不銹蝕, 不腐蝕, 不生霉菌, 防潮性能好; 墻體采用新型輕質(zhì)圍護(hù)材料, 不助燃, 不霉變, 不蟲蛀; 裝修一次到位, 少維修; 管線可暗埋在墻體及樓層結(jié)構(gòu)中; 在保溫、隔熱、隔聲等性能方面比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的住宅好, 因此住宅的舒適性更好。
2.5綠色、環(huán)保, 符合國家可持續(xù)性發(fā)展的要求。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅不使用粘土磚, 符合國家土地資源政策;施工過程中環(huán)境破壞及污染少, 符合國家環(huán)保政策; 而且大部分材料可回收和再生, 具有很高的可重復(fù)使用性和可循環(huán)性, 符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此, 輕鋼結(jié)構(gòu)堪稱綠色環(huán)保型建筑典范。
2.6設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) 和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM) 技術(shù), 能全面按用戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì), 且效率高、報(bào)價(jià)快、造價(jià)低、供貨迅速。
輕鋼結(jié)構(gòu)除了上述的優(yōu)勢，自身還具有強(qiáng)度高，自重輕，具有較好的塑性變形能力，抗震性能好等特點(diǎn)。加之隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，我國鋼產(chǎn)量大大提高，而使其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。論文參考。國家對于鋼結(jié)構(gòu)“鼓勵使用”的政策，也對輕鋼結(jié)構(gòu)在我國的推廣起到了很好的促進(jìn)作用。2003 年我國的鋼產(chǎn)量已經(jīng)超過 2 億噸，居世界第一。同時(shí)，隨著我國加入 WTO，建筑行業(yè)與國際接軌的速度加快。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得城市建設(shè)對于大跨、高層建筑的需求量大量增加。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)由于自重低、強(qiáng)度高、工業(yè)化程度高等優(yōu)勢，更適合于大跨、高層建筑。尤其是鋼結(jié)構(gòu)限制較少，建筑表現(xiàn)力強(qiáng)，給建筑師的發(fā)揮提供了廣闊的空間。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)在環(huán)保方面具有混凝土材料難以比擬的優(yōu)勢。在環(huán)保意識日益強(qiáng)化的現(xiàn)代社會，鋼結(jié)構(gòu)建筑成為必然的推廣方向。
3.我國發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的意義
輕鋼結(jié)構(gòu)是近十年來發(fā)展最快的領(lǐng)域，輕鋼住宅的研究開發(fā)已在各地試點(diǎn)，是輕鋼發(fā)展的一個(gè)重要方向，現(xiàn)已經(jīng)有多種的低層、多層和高層的設(shè)計(jì)方案和實(shí)例。因其可做到大跨度、大空間，分隔使用靈活，而且施工速度快、抗震有利的特點(diǎn)，必將對我國傳統(tǒng)的住宅結(jié)構(gòu)模式產(chǎn)生較大沖擊。而目前輕鋼在我國應(yīng)用最廣的還是工業(yè)廠房。但與國外相比，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展相對滯后，目前我國建筑設(shè)計(jì)界普遍存在著對鋼結(jié)構(gòu)建筑認(rèn)識不足，觀念落后；對鋼結(jié)構(gòu)體系積極性不高，管理跟不上等問題。這些都阻礙著鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國的發(fā)展。盡管目前還存在著種種不盡人意或有待提高的方面，但鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展?jié)摿薮?，前景廣闊。我國 20 年來的改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已經(jīng)為鋼結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用創(chuàng)造極為有利的發(fā)展環(huán)境。發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅，擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場占有率，將會加速住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，對我國建筑、冶金及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義；經(jīng)原國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，將“輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑通用體系的開發(fā)和應(yīng)用” 作為我國建筑業(yè)用鋼的突破口，并正式列為國家重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目。可見，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)在我國大有發(fā)展前途。
4.我國發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的有利條件
4.1我國的鋼材年產(chǎn)量已居世界第一位，可以充分保證建筑住宅市場的用鋼需要。
4.2新型建材業(yè)正處于快速發(fā)育階段，與輕鋼住宅相配套的國產(chǎn)化建筑材料種類較多，并且會隨著鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展逐步增長。
4.3國際上已經(jīng)有相當(dāng)成熟的輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。我國這方面的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也相繼頒布，并且多個(gè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件也已投入使用。論文參考。
4.4發(fā)展輕鋼住宅符合全面建設(shè)小康住宅一二十年不落后，三四十年可改造的要求。
5.展望
隨著鋼結(jié)構(gòu)春天的到來，今后10年鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展將會更快。為了使我國輕鋼結(jié)構(gòu)在新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮更大作用，縮小和國外同行的差距，除了政府部門加強(qiáng)行業(yè)管理以外，科研、設(shè)計(jì)、施工單位和輕鋼結(jié)構(gòu)廠家要團(tuán)結(jié)合作、共同促進(jìn)我國輕鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)的發(fā)展。只要加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，合理規(guī)劃，積極組織，輕鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)將會出現(xiàn)興旺發(fā)展的新局面！
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