论述工民建结构抗震设计及发展前景

王盛勇

【摘 要】工民建结构抗震一直是建筑工程设计中的重要课题，我国建筑工作者在总结历次地震灾害中的经验中逐渐的认识到，对建筑进行结构抗震设计而言，结构概念设计比结构计算设计更重要。结构计算设计单纯的依靠数学和力学的计算，这样很难保证建筑物在遇到地震时是否能够有足够的抗震能力，概念设计在长时间的实际工程设计中，发挥了重要的作用，尤其是在提高结构抗震能力的方面尤为突出。本文就此作出了论述。

【关键词】工民建；结构抗震；结构设计；发展前景

0.前言

工民建结构抗震一直是建筑工程设计中的重要课题，在抗震的研究中结构抗震和概念设计的提出，为建筑结构设计开拓了新的思路。在抗震设计思想指导下从整体设计上增加建筑结构抗震的性能，增加建筑的安全性。经过工民建中多年的抗震探索和研究，本文主要把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组织结构进行设计，在某些方面弥补了以往设计想法对抗震组织结构思考的不足之处，为今后的工民建组织结构抗震规划了一条新的设计方案。

1.概念设计的重要性分析

地震分为小震、中震和大震。所谓小震指的是常遇地震，50 年出现的概率大约为 63%，重现期为 50 年。中震是指 50 年出现的概率约为10%，重现期为 475 年。而大震指的是罕遇地震，50 年出现的概率为 2%～3%，重现期为 1641～2475 年。这个阶段的结构设计，对延性就会提出相应的要求，而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。当大震来临的时候，结构的非线性变形非常大，也可能发生不可修复的破坏。处于这个阶段的结构就需要通过计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。

（1）重视概念设计还体现在整体规划设计阶段。初步设计过程是不能借助计算机来实现的，这就需要组织结构工程师综合运用组织结构概念，选择最为可靠、经济的组织结构整体规划。所以，需要工程师不断地丰富自己的设计理念，深入了解各类组织结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。运用概念性近似估算方法，可以在设计整体规划阶段迅速、有效果的对组织结构体系进行构思、比较与选择所得整体规划往往概念清晰定性准确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，这也是判断计算机内力、分析输出数据可靠与否的主要依据。计算软件的选择和使用不当，也会造成组织结构设计的不合理，甚至影响到建筑物本身的安全性。应用概念设计的思想，可以避免此类情况的发生。

（2）新抗震规范对具体问题的规定不够清晰。新抗震规范以可靠度理论为基础，吸收了延性设计的思想，但对于一些具体问题，例如中震可修的设防目标等，规定相当模糊。所以，我们不能盲目地照搬照抄规范，应该把规范作为一种指南和参考，并在实际工程应用中做出正确的选择，这就要求我们对整体组织结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，把概念设计应用到实际工作中去。一直以来，设计师认为组织结构设计很简单，只需遵循规范和手册，等建筑师完成建筑设计后，使用计算机就可以完成组织结构设计，但这不能充分地运用组织结构设计者的知识和技能，而且还会与建筑设计整体规划产生分歧和矛盾，所以我们应考虑在组织结构设计中如何运用概念设计，举个例子组织结构的抗风设计与抗震设计，抗震设计要求能消减外荷载，吸收或转换震动的能量；而抗风设计则要求组织结构在风的作用下动力相对而言应该小点，刚度较大这一矛盾必然影响组织结构体系的抗风和抗震性能。为了弥补这一不足，需要合理的概念设计与延性构造措施来加以保证。

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

（4）新抗震规范提出了在建筑物内设置大地震动反应观测系统的要求，并提出了组织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组织结构概念设计中还应该注意组织结构与场地的共振问题。

2.概念设计的应用分析研究

组织结构抗震设计的目的是使组织结构在强度、刚度、延性以及节能等方面取得最佳，从而满足小震不坏，中震可修，“大震不倒”的要求。在当前的科技水平和经济条件下，为了保证组织结构具有可靠的抗震性能，概念设计应充分考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性，建立组织结构计算模型，抗震组织结构体系的选取，材料效用，温度作用以及组织结构的空间作用等。

（1）组织结构薄弱部位抗震构造措施的理解和应用组织结构薄弱部位的处理，如建筑平面外墙转角处的转角窗，限制了角部组织结构竖向抗侧力构件的设置，如果采用概念设计，解决这一问题的方法是 2 竖向构件间应设厚板、暗梁等可靠拉结。再如，由于节点部位的重要性，所以引入抗裂性的概念，以此来比较梁柱节点偏心所引起的节点性能的变化。建议在大地震动区，不宜采取梁柱偏心过大的节点形式，而且构件节点的承载力不应于其连接构件的承载力。

（2）现行抗震计算模型的理解和应用新抗震规范规定一般情况下，应允许在建筑组织结构的 2 个主轴方向分别计算水平大地震动作用并进行抗震验算，各方向的水平大地震动作用应由该方向抗侧力构件承担。而实际组织结构难以实现强柱弱梁的主要原因则是计算模型问题。即：仅仅对相互正交的 2 个主轴方向进行内力分析和强度设计，不能真实反映组织结构的空间作用。所以，应用概念设计的原理，结合大量地震带来的危害和试验研究成果，所得出的结论是：构件的最不利受力状态随着构件和大地震动作用方向而变化。当大地震动作用方向与组织结构主轴方向一致时，梁处于最不利受力状态；当大地震动作用与组织结构的主轴方向呈 45°时，大多数柱处于最不利受力状态。

3.建筑组织结构抗震设计的前景分析

组织结构抗震体系由传统的以“硬抗”为主的抗震体系向以“柔抗”为主的组织结构减震控制体系发展。组织结构减震体系采用的是以柔克刚的新概念，它通过调整组织结构动力特性、隔震、减能或控制来达到抗震的目的，在未来的工民建中组织结构抗震的想法将向着减轻危害的方向发展。

4.结语

近几年来，地震频发，而我们也能看到很多的建筑在地震中非常容易的倒塌，对人民群众的生命财产安全产生了非常大的危害，相关的工民建结构的设计者，一定要认识到现时工程设计过程中存在的问题，对比各种结构的优劣势，并采取一定的措施，强化结构的抗震性能，结构抗震设计理论经历了静力设计、反应谱设计、动力设计和减震控制设计四个阶段，当前国内外抗震设计的发展趋势是根据对结构在不同超越概率水平下的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性时程分析成为抗震设计的一个必要的组成部分，抗震设计进入了一个真正意义上的动力时代。从而保护好人民群众的生命财产安全问题。

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