20世紀(jì)70年代以來,人們總結(jié)地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn),由于地震作用的不確定性,結(jié)構(gòu)計(jì)算假設(shè)與實(shí)際情況存在較大的差異,使得地震作用下的結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)很難通過“計(jì)算設(shè)計(jì)”來控制,因此對抗震設(shè)計(jì)來說,“概念設(shè)計(jì)”比“計(jì)算設(shè)計(jì)”更重要。相比較理論設(shè)計(jì)方法,概念設(shè)計(jì)可根據(jù)架構(gòu)體系和力學(xué)關(guān)系等設(shè)計(jì)原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和控制難以精確計(jì)算的問題,對于提高建筑的抗震設(shè)防能力具有重要意義,因此越來越受到國內(nèi)外工程界的重視。
摘要:我國是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一,并且地震災(zāi)害具有分布廣、頻率高、震源淺等特點(diǎn)。人類目前還無法控制地震,對自然災(zāi)害的預(yù)測誤差也較大,因此為減輕或避免地震災(zāi)害,建筑工程建設(shè)必須做好抗震設(shè)防工作,把好抗震設(shè)計(jì)關(guān)。文章詳細(xì)介紹了建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性,闡述了結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的原則及主要內(nèi)容,希望為提高我國建筑抗震水準(zhǔn)提供參考。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)論文范文,建筑抗震,概念設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)內(nèi)容,設(shè)計(jì)原則
1建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性
建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)首先要有符合概念設(shè)計(jì)要求的抗震概念設(shè)計(jì)思路,然后進(jìn)行不可或缺的抗震計(jì)算。其中概念設(shè)計(jì)是抗震計(jì)算的前提和基礎(chǔ),在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)起著更為重要的作用。
1.1概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)涵
由于地震及地面運(yùn)動的不確定性、地震時地面運(yùn)動的復(fù)雜性及對結(jié)構(gòu)的復(fù)雜影響尚未被掌握、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算理論目前尚未能充分反映地震時結(jié)構(gòu)反應(yīng)及破壞的復(fù)雜過程等原因,使得建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)尤為重要。概念設(shè)計(jì)的理念是不通過精確計(jì)算,只需利用籠統(tǒng)而科學(xué)的思維方式來確定一些設(shè)計(jì)上難以給出確定答案的難點(diǎn)。在抗震設(shè)計(jì)中,盡管通過分析整體結(jié)構(gòu)體系和分體結(jié)構(gòu)間的力學(xué)關(guān)系,可解釋地震對建筑物的損害,但損害的概念是模糊的,地震本身產(chǎn)生的破壞力也難以用精確的數(shù)據(jù)衡量,因此利用宏觀的概念性估算的設(shè)計(jì)理念更符合抗震的需求。這也是概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)涵。
1.2概念設(shè)計(jì)的優(yōu)勢
①概念設(shè)計(jì)體現(xiàn)了先進(jìn)的設(shè)計(jì)思維,結(jié)構(gòu)工程師通過概念設(shè)計(jì)可完成對特定建筑空間的設(shè)計(jì),制定建筑的總體結(jié)構(gòu)方案,同時透徹清晰的理解構(gòu)件、結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。通過簡單的計(jì)算,在不借助計(jì)算機(jī)的情況下,可完成對建筑的正確定性和優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu),降低建筑成本。
②一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和計(jì)算理論中的缺陷和不可預(yù)見性,可以通過概念設(shè)計(jì)彌補(bǔ)。如在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,截面積計(jì)算的理論基礎(chǔ)和內(nèi)力計(jì)算的理論基礎(chǔ)分別是塑性理論和彈性理論,兩者從根本上來說是對立的,計(jì)算結(jié)果也和實(shí)際狀況存在較大的差距,通過概念設(shè)計(jì)思路可很好的解決這方面的問題。
、鄹拍钤O(shè)計(jì)可判斷和甄別簡化的結(jié)構(gòu)模型和實(shí)際情況不符,輸入數(shù)據(jù)的錯誤等情況下對計(jì)算結(jié)果的影響,也可作為判斷結(jié)果可靠性的主要依據(jù)。
1.3概念設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)的區(qū)別
要使建筑結(jié)構(gòu)物具有較可靠的抗震性能,必須要有正確的概念設(shè)計(jì),然后進(jìn)行必要的抗震計(jì)算。相比較傳統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì),概念設(shè)計(jì)的重要性尤為突出,如表1所示。
2建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的原則及主要內(nèi)容
、倏拐鸶拍钤O(shè)計(jì)的原則。場地應(yīng)選在對建筑抗震有利的位置,避開危險地段或抗震不利的地段;建筑的平立面布置不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案;結(jié)構(gòu)材料選擇與結(jié)構(gòu)體系的確定應(yīng)符合抗震結(jié)構(gòu)的要求;應(yīng)遵循“強(qiáng)剪弱彎”(避免剪切破壞先于彎曲破壞)的設(shè)計(jì)原則,“強(qiáng)柱弱梁”(避免柱子破壞先于梁的破壞)設(shè)計(jì)原則。
、诟拍钤O(shè)計(jì)應(yīng)重視結(jié)構(gòu)規(guī)律。建筑抗震概念設(shè)計(jì),是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法,通過分析結(jié)構(gòu)薄弱部位,設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu),采取減少扭轉(zhuǎn)和加強(qiáng)抗扭剛度的措施,避免薄弱部位過早遭受破壞,避免設(shè)計(jì)靜定結(jié)構(gòu)。在建筑的概念設(shè)計(jì)中首要思考的問題是建筑和結(jié)構(gòu)的布局是否對抗震有利,質(zhì)量和剛度上要求分布應(yīng)均勻,建筑體型設(shè)計(jì)力求合理的概念化修正,簡單、規(guī)則、對稱。凹凸的立面和錯層設(shè)計(jì)盡管藝術(shù)效果較好,但在地震時產(chǎn)生的地震效應(yīng)較為復(fù)雜,抗震效果也較差。而地震時,簡單對稱的建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際反映和應(yīng)力分析都比較容易,因此實(shí)際的概念設(shè)計(jì)中應(yīng)做好結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計(jì)。
、鄹拍钤O(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)體系上的應(yīng)用。建筑結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)是由水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件組成,水平構(gòu)件承擔(dān)著豎向荷載,并往豎向構(gòu)件傳遞,最后往基礎(chǔ)傳遞。水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件共同組成的抗側(cè)力體系承擔(dān)著水平荷載,并直接傳遞給基礎(chǔ)。豎向構(gòu)件不同所組成的抗側(cè)力體系也不同,如剪力墻、筒中筒、框架—剪力墻等?箓(cè)力體系決定了結(jié)構(gòu)的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性。概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用就是通過選擇合適的抗側(cè)力體系然后合理布置,確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案的可行性和主要構(gòu)件的基本尺寸。并且建筑結(jié)構(gòu)中承載力和延性是對立的,但延性在建筑結(jié)構(gòu)有占有重要地位,因此利用概念設(shè)計(jì)合理布置結(jié)構(gòu)體系,可以很好的協(xié)調(diào)承載力和延性的矛盾。
、芨拍钤O(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的應(yīng)用。構(gòu)件合理的強(qiáng)度和剛度對于抗震的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要,因此抗震結(jié)構(gòu)中各種構(gòu)件要形成可靠性連接?拐鸾Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證在部分構(gòu)建損害時,剩余結(jié)構(gòu)仍能夠獨(dú)立的承受豎向荷載和地震力。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的理念就是合理控制薄弱部位,協(xié)調(diào)各部位的強(qiáng)弱關(guān)系增加抗震性能。概念設(shè)計(jì)就是為了提高建筑的抗震效果,因此為不影響到整個結(jié)構(gòu)的受力情況,要避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不合理設(shè)置,可從以下方面考慮:避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接進(jìn)入抗震體系,加強(qiáng)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì);要避免非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的連續(xù)損壞;避免地震作用時非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件平面性損壞。
、莞拍钤O(shè)計(jì)的新發(fā)展。隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步,抗震概念設(shè)計(jì)也在不斷的創(chuàng)新,如:隔振和消能的設(shè)計(jì)思路,隔振是通過增設(shè)柔性結(jié)構(gòu)(增設(shè)鋼板橡膠隔振墊、阻尼器等)抵消地震部分能量,以此降低地震波對對建筑的破壞作用;消能是利用科學(xué)的結(jié)構(gòu)或者方法削弱地震對建筑的危害。
3結(jié)語
分析、預(yù)見、控制結(jié)構(gòu)的耗能和薄弱部位是概念設(shè)計(jì)中最重要的問題。結(jié)構(gòu)工程師在運(yùn)用抗震概念設(shè)計(jì)時必須要做到:利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念;充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)功能和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)性;利用概念和定量計(jì)算,判斷計(jì)算的合理性和進(jìn)行抗震分析;保證結(jié)構(gòu)功能和外部條件的一致性。同時,由于客觀事物處于不斷的變化發(fā)展中,因此概念也應(yīng)隨著認(rèn)識的加深而不斷深化,從而為進(jìn)一步做好抗震概念設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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