谈工业与民用建筑工程结构抗震设计

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摘要：工业与民用建筑的结构抗震一直是建筑工程设计中的重要课题，在抗震的研究中概念设计的提出，为建筑结构设计开拓了新的思路，在概念设计思想指导下从整体设计上增加建筑结构抗震的性能，从而增加了建筑的安全性。

关键词：工业与民用建筑；结构抗震；概念设计

中图分类号：TU24文献标识码：A文章编号：

引言：

20 世纪 70 年代以来，人们在总结历次地震灾害的经验中逐渐认识到，对建筑抗震设计而言，结构概念设计比结构计算设计更为重要。单凭微观的数学力学计算还很难确保建筑物在遭遇地震时具有良好的抗震性能。概念设计在实际工程设计中，尤其是提高结构抗震能力方面发挥了重要作用。

1. 概念设计

概念设计就是从结构总体方案设计开始，运用人们对建筑结构抗震已有的正确认识去处理结构设计中将要遇到的问题，诸如建筑体型、结构体系、刚度分布、构件延性等。从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施，以消除建筑物抗震的薄弱环节，达到合理抗震设计的目的。也就是说概念设计是在特定的建筑空间及地理条件下，用整体概念来考虑结构的总体方案，依据结构总体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部构造措施的宏观控制。概念设计受到国内外工程界的普遍重视，并将发挥更大的作用。

2.结构抗震设计理论

2.1“多级”设防

GBJ11-89《建筑抗震设计规范》采用多级设防的思想，提出了“三水准”的抗震设防目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，以保障人们生命安全为一级设防目标，但无法避免大震中巨大的经济损失。基于性能的抗震设计理论提出了多级目标设计理念，既要保证生命安全，又要避免经济损失超过业主和社会的承受能力，更加注重非结构构件和内部设施的保护，因此根据投资---效益准则，引入经济决策机制，它通过进行费效分析，在可靠和经济之间选择一种合理的平衡，以确定最佳抗震设计方案，达到优化设计的目的。

2.2 强调“个性”

现行抗震设计需要依照规范按部就班，缺乏灵活性，结构设计人员处于被动状态。基于性能的抗震设计除了满足“共性”外，更加注重“个性”设计，增加了业主与设计人员的交流，根据结构的用途及业主的要求确定结构性能目标后,设计人员可以选择实现该性能目标的设计方法，采用相应的构造措施，既调动了设计人员的积极性，又有利于新材料的推广应用和新技术的开发。同时，结构的抗震能力是按选定的抗震功能目标进行设计，具有可预见性。

2.3 立足“性能”

目前还没有统一的设计方法，很多学者提出采用结构层间变形或顶点位移作为性能指标，它是从传统的以力为基础设计转变成以变形为基础的设计，是从弹性设计方法转变为弹塑性的设计方法，解决了传统设计理论上的不足，尽可能使结构的预期功能与实际地震作用下的功能相符合。

3.概念设计的重要性和必要性

随着经济的快速发展，人们的生活水平得到不断的提高，对建筑结构的质量和性能也提出了新的更高的要求。采用先进的计算方法，加快新型建材的设计和开发，加强建筑结构的安全性、适用性、经济性已逐渐成为当前的首要工作。面对当前建筑结构设计的状况，通过概念设计的理念来加强结构工程的创造性设计，促进结构设计的发展，是一项非常必要而且重要的事情。加强概念设计思想的推广就是一种高效而实用的方法，具体分析如下:

3.1建筑结构的抗震设计规范是建立在可靠度理论的基础上的，对延性设计思想有所借鉴和吸纳。然而，其对于某些实际问题，例如“中震能修”的设计目标方面的规定表现的非常模糊。因而我们切勿墨守陈规，要将规范当成一种指导和参考，在实际运用过程中做出正确的抉择。所以，这就要求在整体体系与分体系的力学关系上有清晰而深刻的了解，在实际工作中充分运用概念设计。传统观念影响下，人们都不够重视结构设计，认为只要遵循设计规范，在建筑设计完成后，凭借计算机就能完成结构设计。然而，这种方式不但难以充分地利用好设计者的设计技能，而且会跟建筑设计方案格格不入，造成分歧和矛盾的产生。因此，我们要认真思考如何在结构设计中做好对概念设计的运用。

3.2概念设计是非常重要的，这在方案的设计阶段也有很好的体现。开始时的设计是不允许通过计算机来完成的，这也就要求结构工程师充分运用好结构概念，设计出可靠而经济的结构方案。鉴于此点，就要求工程师加强设计理念上的思考和创新，潜心探索各种结构的特点性能，并能灵活运用。通过对概念性估算的方式的运用，就能够在方案的设计阶段快速高效地构思结构体系，并对其进行比较与选择。这样设计出来的方案，概念清楚、定性精确，消除了后期设计阶段的不必要运算，因而可靠性很强。与此同时，这也能够判断计算机分析出的数据的可靠性。

3.3新抗震规范提出了在建筑物内设置地震反应观测系统的要求，并提出了结构两个主轴方向的动力特性（周期和振型）相近的抗震概念。所以在结构概念设计中还应该注意结构与场地的共振问题。例如在唐山地震时，天津塘沽地区的 7~10 层框架结构房屋破坏严重，而 3~5层的砖混结构住宅却只有轻微损坏。后来经调查发现，框架房屋的自振周期和场地的卓越周期一致导致共振，而 3~5 层砖混住宅的自振周期远低于场地的卓越周期，因此破坏较轻。

3.4建筑结构的抗震设计，存在着许多模糊而且不确定的因素。例如地震作用是一种随机性很强而且循环往复的荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，要准确计算或预测建筑物所遭遇的地震特性和参数，还难以做到。风荷载的脉动性与涡流作用情况也是如此。因为建筑物受到的地震作用难以确定，所以适用、安全、经济的结构体系必须注重概念设计。

4.概念设计的理解与应用

加强结构抗震设计是为了使结构在强度、刚度、延性以及节能等各方面都能获得优化组合，进而达到在地震中增强稳定性的要求。为了增强结构的抗震性能，概念设计要涉及到以下因素:场地的稳定性，结构模型的计算，抗震结构的选择，材料的效能，结构的空间作用等。

4.1对现行抗震计算模型的理解和应用。

新抗震规范中有规定:通常情况下，可以允许在建筑结构的两个主轴方向对地震作用进行验算，各方向的水平地震作用要由该方向的抗侧力来承担。然而实际情况下，结构无法实现强化的根本原因是计算模型问题。因此，运用概念设计的基本原理，联系到地震灾害与试验研究的结果，可以得到这样的结论：建筑的最不利受力状态会根据建筑与地震相互作用的方向而发生变化。

4.2对建筑结构的薄弱部位抗震构造措施的理解和应用

对建筑薄弱部位的改造，比如建筑平面内转角处的转角窗，对角部竖向抗侧力结构的设置有很大的限制，但按照概念设计的思想，解决这一问题的方法是在竖向构件之间设置厚板和梁柱等可靠构造。

4.3 建筑结构抗震设计的展望

如今，结构抗震体系已经从之前的以“硬抗”理念为主的抗震体系，逐渐发展成以“柔抗”理念为主的减震控制系统。结构减震体系运用的“以柔克刚”的全新理念，通过对结构进行隔震、减能或者控制方式来达到抗震效果，在未来的工业与民用建筑中结构抗震的思路将向着减轻危害的方向发展。

5.结语

经过工业与民用建筑中多年的抗震探索和研究，总结设计经验引入了概念设计的设计新理念。这种设计理念从宏观角度对建筑抗震结构进行设计，在某些方面弥补了以往设计思路对抗震结构思考的不足之处，为今后的工业与民用建筑结构抗震设计开辟了新路。

参考文献：

[1]刘鹏.建筑结构概念设计浅析[J].山西建筑，2004(11).

[2]郝婷王月.浅议结构抗震设计思想的发展[J]科技创业，2011（3）

[3]王险峰，李沛远.浅谈建筑新规范的抗震概念设计[J].山西建筑,2005(6).