1 背景材料
七十年代以來 ,人們在總結大地震災害經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn) ,對結構抗震設計來說 ,"概念設計"比"計算設計"更為重要。 1 990年 1月開始施行的《建筑抗震設計規(guī)范》ＧＢＪ11 - 89(以下簡稱 89抗震規(guī)范 )中列出了工程設計中必須遵守的規(guī)定 ,來保證"概念設計"在實際工程中的實現(xiàn)。概念設計在實際工程設計中提高結構抗震能力方面發(fā)揮了重要作用。
概念設計就是以工程概念為依據(jù)從有利于提高結構抗震力的概念上 ,用符合工程客觀規(guī)律和本質的方法 ,對所設計的對象作宏觀的控制。 1 990年以來 ,結構工程師將概念設計應用于實際工程中取得了很好的效果。同時隨著建筑業(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)定的概念設計內容不夠全面。 2 0 0 2年1月實施的ＧＢ50 0 1 1 - 2 0 0 1《建筑抗震設計規(guī)范》 (以下簡稱新抗震規(guī)范 )對概念設計的要求作了更全面、更符合實際的規(guī)定,尤其是增加了"不規(guī)則建筑結構的概念設計" ,使得概念設計在工程中的應用更具體更明確地落到實處 ,切實提高了結構的抗震能力。"概念設計"愈來愈受到國內外工程界的普遍重視。
2 概念設計的主要內容
為了保證結構具有足夠的抗震可靠性而對建筑工程結構做的概念設計主要考慮了以下因素 :場地條件和場地土的穩(wěn)定性 建筑物的平、立面布置及其外形尺寸 抗震結構體系的選取、抗側力構件的布置以及結構質量的分布 非結構構件與主體結構的關系及其兩者之間的錨拉 材料與施工質量等。
下面按照新抗震規(guī)范的精髓歸納為以下幾點:
1 .選擇對建筑抗震有利的場地 ,宜避開對建筑抗震不利的地段 ,不應在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。對于不利地段 ,結構工程師應提出避開要求 ,當無法避開時 ,應采取有效措施 ,這就考慮了地震因場地條件間接引起結構破壞的原因 ,諸如地基土的不均勻沉陷、地震引起的地表錯動與地裂。
2 .建筑的平立面布置應符合概念設計的要求 ,不應采用嚴重不規(guī)則的方案。不規(guī)則的建筑 ,在結構設計時要進行水平地震作用計算和內力調整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。借鑒國際的通行做法 ,參考外國規(guī)范 ,使我們的設計更加完善合理。
3 .結構材料選擇與結構體系的確定應符合抗震結構的要求。采用哪一種結構材料 ,什么樣的結構體系 ,經(jīng)技術經(jīng)濟條件比較綜合確定。同時力求結構的延性好、強度與重力比值大、勻質性好、正交各向同性 ,盡量降低房屋重心 ,充分發(fā)揮材料的強度 ,并提出了結構兩個主軸方向的動力特性 (周期和振型 )相近的抗震概念。
4.盡可能設置多道抗震防線。地震有一定的持續(xù)時間 ,而且可能多次往復作用 ,根據(jù)地震后倒塌的建筑物的分析 ,我們知道地震的往復作用使結構遭到嚴重破壞 ,而最后倒塌則是結構因破壞而喪失了承受重力荷載的能力。適當處理構件的強弱關系 ,使其形成多道防線 ,是增加結構抗震能力的重要措施。例如單一的框架結構 ,框架就成為的抗側力構件 ,那么采用"強柱弱梁"型延性框架 ,在水平地震作用下 ,梁的屈服先于柱的屈服 ,就可以做到利用梁的變形消耗地震能量 ,使框架柱退居到第二道防線的位置。
5.具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結構的抗側移剛度 ,往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物在遭受強烈地震時 ,具有很強的抗倒塌能力 ,最理想的是使結構中的所有構件及構件中的所有桿件都具有較高的延性 ,然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿作的延性是比較經(jīng)濟有效的辦法。例如上剛下柔的框支墻結構 ,應重點提高轉換層以下的各層的構件延性。對于框架和框架筒體 ,應優(yōu)先提高柱的延性。在工程設計中另一種提高結構延性的辦法是結構承載力無明顯降低的前提下 ,控制構件的破壞形態(tài) ,減小受壓構件的軸壓比 (同時還應注意適當降低剪壓比 ),提高柱的延性。
6.確保結構的整體性。各構件之間的連接必須可靠 ,符合下列要求 :
1 )構件節(jié)點的承載力不應低于其連接構件的承載力 ,當構件屈服、剛度退化時 ,節(jié)點應保持承載力和剛度不變。
2 )予埋件的錨固承載力不應低于連接件的承載力。
3 )裝配式的連接應保證結構的整體性 ,各抗側力構件必須有可靠的措施以確?？臻g協(xié)同工作。
4)結構應具有連續(xù)性 ,注重施工質量 ,避免施工不當使結構的連續(xù)性遭到削弱甚至破壞。
7.規(guī)范與設計新抗震規(guī)范已將設計中常出現(xiàn)的問題做出了具體規(guī)定。
(1).體形復雜的建筑不一概提倡設防震縫。
(2) .對規(guī)則結構與不規(guī)則結構做出了定量的劃分。并用強制性條文對建筑師的建筑設計方案提出了限制。如第 3 . 4. 1條規(guī)定 ,"建筑設計應符合抗震概念設計的要求 ,不應采用嚴重不規(guī)則的方案"。
(3) .予應力混凝土的抗側力構件 ,應配有足夠的非予應力鋼筋。
(4)非結構構件與其結構主體的連接 ,應進行抗震設計 ,如幕墻、附屬機械、電氣設備系統(tǒng)支座和連接等需符合地震時對使用功能的要求。
(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計。
(6).結構材料的選用應減少材料的脆性 ,優(yōu)先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋和規(guī)定強度等級范圍內的混凝土。
通過執(zhí)行新抗震規(guī)范中的各項規(guī)定,來保證抗震概念設計的完成 通過遵循抗震概念設計的原則 ,使建筑物具有可靠的抗震性能。概念設計決定建筑物的抗震性能 ,如果概念設計不適宜于抗震 ,那么不管多"精密"的計算也無濟于事。當然,在做好概念設計的基礎上也要認真計算做好定量分忻。新抗震規(guī)范對于各構件在抗震計算中的作用及各項參數(shù)的選取作了詳盡的規(guī)定 ,并且提出了在建筑物內設置地震反應觀測系統(tǒng)的要求 ,這標志我國建筑工程抗震科學的發(fā)展進步。
8.小結
鋼筋混凝土結構是常用的結構形式 ,目前城市中正在建設和擬建的多層、高層建筑物大都是鋼筋混凝土結構 ,地震是一種自然現(xiàn)象 ,為避免它給人類帶來大的災難 ,要求結構工程師根據(jù)新抗震規(guī)范運用好抗震概念設計。做到 :
1 .結構功能與外部條件一致
2 .充分發(fā)展先進的設計理念
3 .發(fā)揮結構的功能并取得與經(jīng)濟的協(xié)調
4.更好地解決構造處理
5.利用定量的計算進行抗震分忻
6.用概念來判斷計算的合理性。
七十年代以來 ,人們在總結大地震災害經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn) ,對結構抗震設計來說 ,"概念設計"比"計算設計"更為重要。 1 990年 1月開始施行的《建筑抗震設計規(guī)范》ＧＢＪ11 - 89(以下簡稱 89抗震規(guī)范 )中列出了工程設計中必須遵守的規(guī)定 ,來保證"概念設計"在實際工程中的實現(xiàn)。概念設計在實際工程設計中提高結構抗震能力方面發(fā)揮了重要作用。
概念設計就是以工程概念為依據(jù)從有利于提高結構抗震力的概念上 ,用符合工程客觀規(guī)律和本質的方法 ,對所設計的對象作宏觀的控制。 1 990年以來 ,結構工程師將概念設計應用于實際工程中取得了很好的效果。同時隨著建筑業(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)定的概念設計內容不夠全面。 2 0 0 2年1月實施的ＧＢ50 0 1 1 - 2 0 0 1《建筑抗震設計規(guī)范》 (以下簡稱新抗震規(guī)范 )對概念設計的要求作了更全面、更符合實際的規(guī)定,尤其是增加了"不規(guī)則建筑結構的概念設計" ,使得概念設計在工程中的應用更具體更明確地落到實處 ,切實提高了結構的抗震能力。"概念設計"愈來愈受到國內外工程界的普遍重視。
2 概念設計的主要內容
為了保證結構具有足夠的抗震可靠性而對建筑工程結構做的概念設計主要考慮了以下因素 :場地條件和場地土的穩(wěn)定性 建筑物的平、立面布置及其外形尺寸 抗震結構體系的選取、抗側力構件的布置以及結構質量的分布 非結構構件與主體結構的關系及其兩者之間的錨拉 材料與施工質量等。
下面按照新抗震規(guī)范的精髓歸納為以下幾點:
1 .選擇對建筑抗震有利的場地 ,宜避開對建筑抗震不利的地段 ,不應在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。對于不利地段 ,結構工程師應提出避開要求 ,當無法避開時 ,應采取有效措施 ,這就考慮了地震因場地條件間接引起結構破壞的原因 ,諸如地基土的不均勻沉陷、地震引起的地表錯動與地裂。
2 .建筑的平立面布置應符合概念設計的要求 ,不應采用嚴重不規(guī)則的方案。不規(guī)則的建筑 ,在結構設計時要進行水平地震作用計算和內力調整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。借鑒國際的通行做法 ,參考外國規(guī)范 ,使我們的設計更加完善合理。
3 .結構材料選擇與結構體系的確定應符合抗震結構的要求。采用哪一種結構材料 ,什么樣的結構體系 ,經(jīng)技術經(jīng)濟條件比較綜合確定。同時力求結構的延性好、強度與重力比值大、勻質性好、正交各向同性 ,盡量降低房屋重心 ,充分發(fā)揮材料的強度 ,并提出了結構兩個主軸方向的動力特性 (周期和振型 )相近的抗震概念。
4.盡可能設置多道抗震防線。地震有一定的持續(xù)時間 ,而且可能多次往復作用 ,根據(jù)地震后倒塌的建筑物的分析 ,我們知道地震的往復作用使結構遭到嚴重破壞 ,而最后倒塌則是結構因破壞而喪失了承受重力荷載的能力。適當處理構件的強弱關系 ,使其形成多道防線 ,是增加結構抗震能力的重要措施。例如單一的框架結構 ,框架就成為的抗側力構件 ,那么采用"強柱弱梁"型延性框架 ,在水平地震作用下 ,梁的屈服先于柱的屈服 ,就可以做到利用梁的變形消耗地震能量 ,使框架柱退居到第二道防線的位置。
5.具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結構的抗側移剛度 ,往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物在遭受強烈地震時 ,具有很強的抗倒塌能力 ,最理想的是使結構中的所有構件及構件中的所有桿件都具有較高的延性 ,然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿作的延性是比較經(jīng)濟有效的辦法。例如上剛下柔的框支墻結構 ,應重點提高轉換層以下的各層的構件延性。對于框架和框架筒體 ,應優(yōu)先提高柱的延性。在工程設計中另一種提高結構延性的辦法是結構承載力無明顯降低的前提下 ,控制構件的破壞形態(tài) ,減小受壓構件的軸壓比 (同時還應注意適當降低剪壓比 ),提高柱的延性。
6.確保結構的整體性。各構件之間的連接必須可靠 ,符合下列要求 :
1 )構件節(jié)點的承載力不應低于其連接構件的承載力 ,當構件屈服、剛度退化時 ,節(jié)點應保持承載力和剛度不變。
2 )予埋件的錨固承載力不應低于連接件的承載力。
3 )裝配式的連接應保證結構的整體性 ,各抗側力構件必須有可靠的措施以確?？臻g協(xié)同工作。
4)結構應具有連續(xù)性 ,注重施工質量 ,避免施工不當使結構的連續(xù)性遭到削弱甚至破壞。
7.規(guī)范與設計新抗震規(guī)范已將設計中常出現(xiàn)的問題做出了具體規(guī)定。
(1).體形復雜的建筑不一概提倡設防震縫。
(2) .對規(guī)則結構與不規(guī)則結構做出了定量的劃分。并用強制性條文對建筑師的建筑設計方案提出了限制。如第 3 . 4. 1條規(guī)定 ,"建筑設計應符合抗震概念設計的要求 ,不應采用嚴重不規(guī)則的方案"。
(3) .予應力混凝土的抗側力構件 ,應配有足夠的非予應力鋼筋。
(4)非結構構件與其結構主體的連接 ,應進行抗震設計 ,如幕墻、附屬機械、電氣設備系統(tǒng)支座和連接等需符合地震時對使用功能的要求。
(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計。
(6).結構材料的選用應減少材料的脆性 ,優(yōu)先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋和規(guī)定強度等級范圍內的混凝土。
通過執(zhí)行新抗震規(guī)范中的各項規(guī)定,來保證抗震概念設計的完成 通過遵循抗震概念設計的原則 ,使建筑物具有可靠的抗震性能。概念設計決定建筑物的抗震性能 ,如果概念設計不適宜于抗震 ,那么不管多"精密"的計算也無濟于事。當然,在做好概念設計的基礎上也要認真計算做好定量分忻。新抗震規(guī)范對于各構件在抗震計算中的作用及各項參數(shù)的選取作了詳盡的規(guī)定 ,并且提出了在建筑物內設置地震反應觀測系統(tǒng)的要求 ,這標志我國建筑工程抗震科學的發(fā)展進步。
8.小結
鋼筋混凝土結構是常用的結構形式 ,目前城市中正在建設和擬建的多層、高層建筑物大都是鋼筋混凝土結構 ,地震是一種自然現(xiàn)象 ,為避免它給人類帶來大的災難 ,要求結構工程師根據(jù)新抗震規(guī)范運用好抗震概念設計。做到 :
1 .結構功能與外部條件一致
2 .充分發(fā)展先進的設計理念
3 .發(fā)揮結構的功能并取得與經(jīng)濟的協(xié)調
4.更好地解決構造處理
5.利用定量的計算進行抗震分忻
6.用概念來判斷計算的合理性。