1 背景材料
七十年代以來 ,人們?cè)诳偨Y(jié)大地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) ,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來說 ,"概念設(shè)計(jì)"比"計(jì)算設(shè)計(jì)"更為重要。 1 990年 1月開始施行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》ＧＢＪ11 - 89(以下簡(jiǎn)稱 89抗震規(guī)范 )中列出了工程設(shè)計(jì)中必須遵守的規(guī)定 ,來保證"概念設(shè)計(jì)"在實(shí)際工程中的實(shí)現(xiàn)。概念設(shè)計(jì)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中提高結(jié)構(gòu)抗震能力方面發(fā)揮了重要作用。
概念設(shè)計(jì)就是以工程概念為依據(jù)從有利于提高結(jié)構(gòu)抗震力的概念上 ,用符合工程客觀規(guī)律和本質(zhì)的方法 ,對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象作宏觀的控制。 1 990年以來 ,結(jié)構(gòu)工程師將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際工程中取得了很好的效果。同時(shí)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(shè)計(jì)內(nèi)容不夠全面。 2 0 0 2年1月實(shí)施的ＧＢ50 0 1 1 - 2 0 0 1《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 (以下簡(jiǎn)稱新抗震規(guī)范 )對(duì)概念設(shè)計(jì)的要求作了更全面、更符合實(shí)際的規(guī)定,尤其是增加了"不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)" ,使得概念設(shè)計(jì)在工程中的應(yīng)用更具體更明確地落到實(shí)處 ,切實(shí)提高了結(jié)構(gòu)的抗震能力。"概念設(shè)計(jì)"愈來愈受到國內(nèi)外工程界的普遍重視。
2 概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震可靠性而對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)做的概念設(shè)計(jì)主要考慮了以下因素 :場(chǎng)地條件和場(chǎng)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(jié)構(gòu)體系的選取、抗側(cè)力構(gòu)件的布置以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的分布 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系及其兩者之間的錨拉 材料與施工質(zhì)量等。
下面按照新抗震規(guī)范的精髓歸納為以下幾點(diǎn):
1 .選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地 ,宜避開對(duì)建筑抗震不利的地段 ,不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造甲、乙、丙類建筑。對(duì)于不利地段 ,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)提出避開要求 ,當(dāng)無法避開時(shí) ,應(yīng)采取有效措施 ,這就考慮了地震因場(chǎng)地條件間接引起結(jié)構(gòu)破壞的原因 ,諸如地基土的不均勻沉陷、地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂。
2 .建筑的平立面布置應(yīng)符合概念設(shè)計(jì)的要求 ,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案。不規(guī)則的建筑 ,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整,并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。借鑒國際的通行做法 ,參考外國規(guī)范 ,使我們的設(shè)計(jì)更加完善合理。
3 .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。采用哪一種結(jié)構(gòu)材料 ,什么樣的結(jié)構(gòu)體系 ,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。同時(shí)力求結(jié)構(gòu)的延性好、強(qiáng)度與重力比值大、勻質(zhì)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(qiáng)度 ,并提出了結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性 (周期和振型 )相近的抗震概念。
4.盡可能設(shè)置多道抗震防線。地震有一定的持續(xù)時(shí)間 ,而且可能多次往復(fù)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(fù)作用使結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞 ,而最后倒塌則是結(jié)構(gòu)因破壞而喪失了承受重力荷載的能力。適當(dāng)處理構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系 ,使其形成多道防線 ,是增加結(jié)構(gòu)抗震能力的重要措施。例如單一的框架結(jié)構(gòu) ,框架就成為唯一的抗側(cè)力構(gòu)件 ,那么采用"強(qiáng)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(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度 ,往往是以提高工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。要使建筑物在遭受強(qiáng)烈地震時(shí) ,具有很強(qiáng)的抗倒塌能力 ,最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件及構(gòu)件中的所有桿件都具有較高的延性 ,然而實(shí)際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿作的延性是比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法。例如上剛下柔的框支墻結(jié)構(gòu) ,應(yīng)重點(diǎn)提高轉(zhuǎn)換層以下的各層的構(gòu)件延性。對(duì)于框架和框架筒體 ,應(yīng)優(yōu)先提高柱的延性。在工程設(shè)計(jì)中另一種提高結(jié)構(gòu)延性的辦法是結(jié)構(gòu)承載力無明顯降低的前提下 ,控制構(gòu)件的破壞形態(tài) ,減小受壓構(gòu)件的軸壓比 (同時(shí)還應(yīng)注意適當(dāng)降低剪壓比 ),提高柱的延性。
6.確保結(jié)構(gòu)的整體性。各構(gòu)件之間的連接必須可靠 ,符合下列要求 :
1 )構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的承載力不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的承載力 ,當(dāng)構(gòu)件屈服、剛度退化時(shí) ,節(jié)點(diǎn)應(yīng)保持承載力和剛度不變。
2 )予埋件的錨固承載力不應(yīng)低于連接件的承載力。
3 )裝配式的連接應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體性 ,各抗側(cè)力構(gòu)件必須有可靠的措施以確�？臻g協(xié)同工作。
4)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性 ,注重施工質(zhì)量 ,避免施工不當(dāng)使結(jié)構(gòu)的連續(xù)性遭到削弱甚至破壞。
7.規(guī)范與設(shè)計(jì)新抗震規(guī)范已將設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問題做出了具體規(guī)定。
(1).體形復(fù)雜的建筑不一概提倡設(shè)防震縫。
(2) .對(duì)規(guī)則結(jié)構(gòu)與不規(guī)則結(jié)構(gòu)做出了定量的劃分。并用強(qiáng)制性條文對(duì)建筑師的建筑設(shè)計(jì)方案提出了限制。如第 3 . 4. 1條規(guī)定 ,"建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求 ,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案"。
(3) .予應(yīng)力混凝土的抗側(cè)力構(gòu)件 ,應(yīng)配有足夠的非予應(yīng)力鋼筋。
(4)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與其結(jié)構(gòu)主體的連接 ,應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì) ,如幕墻、附屬機(jī)械、電氣設(shè)備系統(tǒng)支座和連接等需符合地震時(shí)對(duì)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(shè)計(jì)。
(6).結(jié)構(gòu)材料的選用應(yīng)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(qiáng)度等級(jí)范圍內(nèi)的混凝土。
通過執(zhí)行新抗震規(guī)范中的各項(xiàng)規(guī)定,來保證抗震概念設(shè)計(jì)的完成 通過遵循抗震概念設(shè)計(jì)的原則 ,使建筑物具有可靠的抗震性能。概念設(shè)計(jì)決定建筑物的抗震性能 ,如果概念設(shè)計(jì)不適宜于抗震 ,那么不管多"精密"的計(jì)算也無濟(jì)于事。當(dāng)然,在做好概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上也要認(rèn)真計(jì)算做好定量分忻。新抗震規(guī)范對(duì)于各構(gòu)件在抗震計(jì)算中的作用及各項(xiàng)參數(shù)的選取作了詳盡的規(guī)定 ,并且提出了在建筑物內(nèi)設(shè)置地震反應(yīng)觀測(cè)系統(tǒng)的要求 ,這標(biāo)志我國建筑工程抗震科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步。
8.小結(jié)
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.用概念來判斷計(jì)算的合理性。
