建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其研究進(jìn)展(共10頁(yè))

1、建筑結(jié)構(gòu)(jigu)抗震概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其研究進(jìn)展摘要(zhiyo)：由于(yuy)地震的作用以及在這種作用下的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的受力狀況的復(fù)雜性和不確定性，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算假定與實(shí)際情況存在各種差異，甚至有時(shí)還根本無(wú)法計(jì)算。因此在這種情況下，為確?？拐鸾Y(jié)構(gòu)性能，就不得不依賴(lài)結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)是指工程師們根據(jù)結(jié)構(gòu)地震破壞的形態(tài)和長(zhǎng)期積累的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)等總結(jié)形成的符合結(jié)構(gòu)工程師專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想。本文針對(duì)抗震概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，介紹了抗震概念設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)的區(qū)別，抗震概念設(shè)計(jì)的重要性等，并對(duì)抗震概念設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：地震作用;抗震概念設(shè)計(jì);計(jì)算設(shè)計(jì);研究進(jìn)

2、展The characteristics of seismic conceptual design of building structure and its research progressAbstract：Due to the complesity & uncertainty of the loading bearing of structure elements under the seismic action,various differences exist between the assumptions of seismic design and actual condition

3、,sometimes even unable to compute.To ensure the reliability of structure,the key point is to perform the seismic conceptual design.The seismic conceptual design of structure is the basic principle and design idea in accordance with the professional knowledge of engineers acquired from the seismic st

4、ructural damage and engineering practice experience. In this paper, according to the characteristics of seismic conceptual design, introduced the differences of seismic conceptual design and calculation of design, the importance of seismic conceptual design, and the latest research progress of seism

5、ic conceptual design are summarized.Key words: Seismic action; Seismic conceptual design ; Calculation of design; Research progress 1. 引言 地震是一種隨機(jī)振動(dòng),具有復(fù)雜性和不確定性的特點(diǎn),要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)建筑物遭遇地震的特性和參數(shù),是很難做到的?，F(xiàn)階段，在建筑抗震理論尚未達(dá)到科學(xué)嚴(yán)密的情況下,僅僅依靠計(jì)算設(shè)計(jì)很難使建筑結(jié)構(gòu)具備理想的抗震能力。因此,作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員,必須重視結(jié)構(gòu)總體抗震能力的概念設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等形成的基本設(shè)計(jì)原則

6、和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程。20世紀(jì)70 年代以來(lái)，人們?cè)诳偨Y(jié)大地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，“概念設(shè)計(jì)”比“計(jì)算設(shè)計(jì)” 更為重要。1990 年 1 月開(kāi)始施行的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ11-89)中列出了工程設(shè)計(jì)中必須遵守的規(guī)定，來(lái)保證“概念設(shè)計(jì)”在實(shí)際工程中的實(shí)現(xiàn)。2002 年 1 月實(shí)施的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)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)”，使得抗震概念設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用更具體、更明確。汶川大地震后，國(guó)家對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范重新進(jìn)行了修定，并于2010年12月1日正式實(shí)施。

7、可以看出，“建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)”越來(lái)越受到重視。下面本文將介紹建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其研究進(jìn)展。 2. 建筑(jinzh)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì) 2.1抗震(kngzhn)概念設(shè)計(jì)的含義建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)是指在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從概念上、特別是從結(jié)構(gòu)總體上考慮抗震設(shè)計(jì)的工程決策。即正確地解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理(hl)抗震設(shè)計(jì)的目的。2.2 計(jì)算設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)的區(qū)別(1) 計(jì)算設(shè)計(jì)：按荷載計(jì)算、內(nèi)力分析及組合、強(qiáng)度計(jì)算 、構(gòu)造措施等稱(chēng)為計(jì)算設(shè)計(jì)。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，“計(jì)算設(shè)計(jì)”是不能完全依賴(lài)的。原因如下：地震方

8、面地震是一種隨機(jī)振動(dòng)，具有復(fù)雜性、不確定性的特點(diǎn)，因此很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)。地震在時(shí)間和空間上都具有很大的隨機(jī)性和不確定性。結(jié)構(gòu)分析方面未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素。(2) 概念設(shè)計(jì)：立足于工程抗震基本理論及長(zhǎng)期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念的抗震設(shè)計(jì)。在著手進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，著眼于結(jié)構(gòu)的總體地震反應(yīng)，靈活運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，既注意總體布置上的大原則，又考慮關(guān)鍵部分的細(xì)節(jié)，從而全面、合理地解決結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的基本問(wèn)題。有助于掌握明確的設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則，是設(shè)計(jì)人員不知陷入盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合理的抗震設(shè)

9、計(jì)?？拐鸶拍钤O(shè)計(jì)是目前工程設(shè)計(jì)高度自動(dòng)化的背景下唯一具有能動(dòng)性和創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)過(guò)程。2.3 地震作用的特點(diǎn)(1) 地震作用使房屋產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為該房屋的地震反應(yīng),包括位移、速度和加速度。由于地震的周期成份往往與建筑物的自振周期(尤其是前六個(gè)振型的周期)接近,動(dòng)力效應(yīng)很大,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)。(2) 結(jié)構(gòu)的自振周期:自振周期是建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)非常重要的動(dòng)力特性,它與建筑物所處的場(chǎng)地類(lèi)別、場(chǎng)地土類(lèi)型、建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度、非承重結(jié)構(gòu)數(shù)量的多少、施工因素等有密切聯(lián)系。通常情況下,結(jié)構(gòu)剛度越大,自振周期越短,地震作用產(chǎn)生的慣性力越大,發(fā)生強(qiáng)度破壞概率就越大;反之,剛度小、周期長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)位移就大,發(fā)生變形

10、破壞的概率就大。2.4 抗震(kngzhn)概念設(shè)計(jì)的重要性建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)首先必須(bx)遵循正確的抗震概念設(shè)計(jì)的思路，滿(mǎn)足概念設(shè)計(jì)的要求。依此為基礎(chǔ)，再輔以必要的抗震計(jì)算設(shè)計(jì)(shj)。在這里，抗震計(jì)算設(shè)計(jì)是很重要的，不可缺少的。但抗震概念設(shè)計(jì)是抗震計(jì)算設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，概念設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)相比，起著更為決定性的作用，主要原因如下：（1）地震及地面運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性和不確定性由于技術(shù)水平的限制，作為抗震計(jì)算依據(jù)的設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)基本加速度的劃分，還不是十分明確。地震時(shí)，地震波從震源(斷層)傳遞至地面，必須經(jīng)過(guò)基巖的折射，土層中的非線(xiàn)性傳播，不同土層的濾波等，是一個(gè)十分復(fù)雜的、非線(xiàn)性的過(guò)程，導(dǎo)致地面運(yùn)

11、動(dòng)的特征及地面運(yùn)動(dòng)加速度難以精確確定。例如，美國(guó)學(xué)者在分析了Elcentro臺(tái)站上的15次地震記錄后指出，不同震源引起的地震加速度反應(yīng)譜差別很大。作為世界上對(duì)工程地震的研究最富有成果的美國(guó)圣費(fèi)爾南多地區(qū)，在圣費(fèi)爾南多地震中，竟然有60% 的地震斷層從未被發(fā)現(xiàn)過(guò)。近幾十年來(lái)，我國(guó)發(fā)生的大地震大多數(shù)超過(guò)了原定的設(shè)防烈度，原抗震設(shè)防烈度度的地區(qū)，卻發(fā)生了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)度的地震，導(dǎo)致了成千上萬(wàn)人員傷亡，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。例如，原來(lái)設(shè)防烈度度的地區(qū)，1966年3 月22 日的河北邢臺(tái)發(fā)生的地震，烈度高達(dá)10 度；1969年7月26日廣東陽(yáng)江發(fā)生的地震，烈度高達(dá)8 度；1975年2 月4 日遼寧海城發(fā)生的地

12、震，烈度高達(dá)9 度；1976 年7月28日河北唐山發(fā)生的地震，烈度高達(dá)11度。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員如果僅僅依據(jù)抗震設(shè)防烈度來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，有時(shí)是很難確保結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震能力的。（2）地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性及對(duì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜影響尚未被掌握 地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)一般可分解為 6個(gè)自由度( X ，Y ，Z ，M x ，M y ，Mz)，但世界各國(guó)至今只記錄到最簡(jiǎn)單的水平分量和豎向分量(X，Y，Z)的地面運(yùn)動(dòng)記錄，而對(duì)結(jié)構(gòu)破壞也有很大影響的扭轉(zhuǎn)分量( M x ，My，Mz)的地面運(yùn)動(dòng)記錄尚未被記錄到，至于其他更復(fù)雜的地面運(yùn)動(dòng)分量及其組合作用，至今未被掌握。而目前的抗震計(jì)算，大多數(shù)是按照最簡(jiǎn)單的水平或豎向方向

13、進(jìn)行計(jì)算，顯然與復(fù)雜的地面運(yùn)動(dòng)的實(shí)際作用有所差別。地震時(shí)不同地面運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)理復(fù)雜性也尚未被掌握。例如，美國(guó)1971 年2 月 9 日圣費(fèi)爾南多地震中，地面記錄顯示有兩個(gè)加速度峰值的脈沖，第一個(gè)脈沖的加速度值為0.6g，第二個(gè)脈沖的加速度值為1.25g，按照抗震計(jì)算的規(guī)定，必須取第二個(gè)脈沖作為最不利的計(jì)算值，但對(duì)某醫(yī)院建筑的地震記錄及分析表明，造成該建筑破壞的是第一個(gè)脈沖，類(lèi)似的復(fù)雜例子不勝枚舉。所以，根據(jù)目前的抗震計(jì)算所得到的結(jié)果，有時(shí)存在較大的誤差。（3）目前的結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算理論未能充分反映地震時(shí)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)及破壞的復(fù)雜過(guò)程 地震(dzhn)時(shí)的結(jié)構(gòu)物的破壞是一個(gè)不斷變化的、非線(xiàn)性的、

14、累積性的復(fù)雜過(guò)程，包括結(jié)構(gòu)及構(gòu)件從出現(xiàn)裂縫至嚴(yán)重?fù)p壞過(guò)程各種動(dòng)力特征(tzhng)(結(jié)構(gòu)基本周期、剛度、阻尼等) 的非線(xiàn)性變化；結(jié)構(gòu)薄弱層或塑性鉸的出現(xiàn)、變形集中或轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度和內(nèi)力的重分布；結(jié)構(gòu)不同方向構(gòu)件的空間作用、耦連作用、填充墻及其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響等等。目前的抗震計(jì)算理論及相應(yīng)的抗震計(jì)算程序均把這些很復(fù)雜的影響因素簡(jiǎn)單化或予以忽略，導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的分析結(jié)果與地震時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際反應(yīng)差別較大?？梢钥闯?，由于上述原因，僅僅根據(jù)抗震計(jì)算結(jié)果而完成(wn chng)的抗震設(shè)計(jì)，有時(shí)是不全面的，甚至是不安全的。只有建立在正確的概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上并輔以必要的抗震計(jì)算而完成的抗震設(shè)計(jì)，才能使結(jié)

15、構(gòu)物具有較可靠的抗震性能。2.5 建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的原則及主要內(nèi)容(1) 考慮到地震因場(chǎng)地條件間接引起結(jié)構(gòu)破壞的原因，如地基土的不均勻沉降、地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂等。要選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地，宜避開(kāi)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(lèi)建筑。對(duì)于不利地段，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)提出避開(kāi)要求，當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取有效措施處理。(2) 建筑的平立面布置應(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。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。同時(shí)可以借鑒國(guó)際的通行做法，參考國(guó)外抗震規(guī)范，使抗震設(shè)計(jì)更加完善更加合理 。(3) 結(jié)構(gòu)

16、體系的確定與結(jié)構(gòu)材料選擇應(yīng)符合抗震設(shè)計(jì)的要求。采用哪一種結(jié)構(gòu)材料，什么樣的結(jié)構(gòu)體系，要經(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，充分利用材料的強(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) 地震作用有一定的持續(xù)時(shí)間，而且可能多次往復(fù)作用，分析地震后倒塌的建筑物，地震的往復(fù)作用使結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，而最后結(jié)構(gòu)的倒塌則是結(jié)構(gòu)因破壞而喪失了承受重力荷載的能力。安全的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)是層層設(shè)防的，發(fā)生地震時(shí)，所有抵抗外力的構(gòu)件都在通力合作。這時(shí)候，如果把“生存”的希望全部寄托在某“單一”的構(gòu)件上，是非常危險(xiǎn)

17、的。例如單一的框架結(jié)構(gòu)，框架是唯一的抗側(cè)力構(gòu)件，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(xiàn)的位置。適當(dāng)處理構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，使其形成多道防線(xiàn)，是增加結(jié)構(gòu)抗震能力的重要措施。多肢墻比單肢墻好，框架剪力墻比純框架好等等，都是體現(xiàn)了多道設(shè)防的設(shè)計(jì)思路。(5) 合理的建筑(jinzh)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的。結(jié)構(gòu)剛度太大則變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來(lái)時(shí)，需要承受的力很大，容易造成局部受損，最后全部毀壞。而且(r qi)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(jingd)結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。而剛度太小的

18、結(jié)構(gòu)雖然可以很好地消減外力，但容易造成變形過(guò)大而無(wú)法使用甚至全體傾覆。所以結(jié)構(gòu)應(yīng)具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性，剛?cè)嵯酀?jì)是設(shè)計(jì)者的追求。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)鍵桿件的延性是比較經(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。(6) 避免剪切破壞先于彎曲破壞(“強(qiáng)剪弱彎”設(shè)計(jì)原則) ，避免柱子破壞先于梁的破壞(“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)原則) ，避免混凝土的壓潰先于鋼筋的破壞

19、等均是規(guī)范中為避免脆性破壞而規(guī)定的設(shè)計(jì)原則。有人要問(wèn)：為什么是“強(qiáng)柱弱梁”或“強(qiáng)剪弱彎”？為什么所有構(gòu)件都很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系反而不好，甚至?xí)邪踩[患呢，這里面首先包含著一個(gè)簡(jiǎn)單的道理：絕對(duì)安全的結(jié)構(gòu)是沒(méi)有的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，雖然整個(gè)結(jié)構(gòu)體系是由各種構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個(gè)構(gòu)件擔(dān)任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分。一旦不可意料的破壞力量突然襲來(lái)，各個(gè)構(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住重要的構(gòu)件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀。這時(shí)候破壞在所難免，如果平均用力，可能會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞，損失則更大。在建筑結(jié)構(gòu)中，柱承擔(dān)的責(zé)任比梁大，柱一旦破壞了，梁會(huì)跟著破壞；為了保證柱是最后破壞，我們故意把梁設(shè)計(jì)成相對(duì)

20、薄弱的構(gòu)件，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現(xiàn)的損失。如果梁柱等同看待，企圖讓他們都“堅(jiān)不可摧”，則可能會(huì)造成同時(shí)破壞，后果會(huì)更糟糕，損失會(huì)更大。(7) 為確保結(jié)構(gòu)的整體性，各構(gòu)件之間的連接必須可靠，并符合下列要求: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；預(yù)埋件的錨固承載力不應(yīng)低于連接件的承載力；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；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。 3.建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展日本是多地震國(guó)家，2011年3月11日在日本本州島海

21、域發(fā)生的強(qiáng)撼地震（震級(jí)9級(jí)），釋放了巨大的能量。值得注意是受地震影響產(chǎn)生的次災(zāi)害海嘯，是對(duì)東日本產(chǎn)生破壞和經(jīng)濟(jì)損失的直接結(jié)果。而那些建筑，尤其是高層建筑、甚至超高層建筑，在承受地震作用經(jīng)歷了地震波沖擊搖擺晃動(dòng)之后，仍然較完好矗立在大地之上。 這些說(shuō)明人們對(duì)地震災(zāi)害的認(rèn)識(shí)，地震對(duì)建筑的影響機(jī)制的研究，不斷積累的歷次震害分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這些成果推進(jìn)了新概念、新技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了新的設(shè)計(jì)思路和方法?；诮ㄖ拐鸬男阅芑O(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)防震減災(zāi)有效地抵御和降低地震作用，如隔震、消能減震、或隔震及消能減震混合設(shè)計(jì)。其中重要的一點(diǎn)，就是應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)超限類(lèi)型，采取有效的抗震措施與對(duì)策，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析上注

22、重抗震概念設(shè)計(jì)。3.1 建筑工程抗震設(shè)計(jì)(shj)與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的演變與互補(bǔ)我國(guó)也是多地震國(guó)家,20世紀(jì) 90 年代以來(lái),我國(guó)高層、超高層建筑迅速發(fā)展，并且仍處于高速發(fā)展時(shí)期。高層建筑一直代表著建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展水平，是推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)步的重要方向。諸如新型高強(qiáng)高性能材料、新型組合構(gòu)件、新的結(jié)構(gòu)體系運(yùn)用、新的結(jié)構(gòu)分析手段、設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)得到發(fā)展，推動(dòng)了建筑行業(yè)科技進(jìn)步#提升了建筑行業(yè)整體技術(shù)水平。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系及其混合結(jié)構(gòu)體系積累了很多工程經(jīng)驗(yàn)和科研成果，這對(duì)我國(guó)高層、復(fù)雜高層設(shè)計(jì)、尤其超高層建筑設(shè)計(jì)技術(shù)提升帶來(lái)促進(jìn)作用，包括建筑結(jié)構(gòu)體系形式上的拓展，如交叉網(wǎng)筒、巨型(j xn)結(jié)構(gòu)、大

23、跨度和大空間結(jié)構(gòu)等，超高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)、斜撐結(jié)構(gòu)、外支撐框筒、建筑隔震和消能減震均得到了廣泛的運(yùn)用。1995年5月的日本阪神大地震、1999年9月的臺(tái)灣集集大地震、我國(guó)2008年5月的汶川大地震，從震害勘察分析及災(zāi)后重建工作中得到了寶貴經(jīng)驗(yàn)，抗震設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步提升。不僅僅局限于常規(guī)的建筑工程抗震設(shè)計(jì)，基于工程抗震的設(shè)防目標(biāo)拓展到結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)，提出(t ch)多道設(shè)防，構(gòu)件延性、豎向重要構(gòu)件承載力控制、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)工作更加細(xì)致，重要部位和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的補(bǔ)充和加強(qiáng)計(jì)算分析成為概念設(shè)計(jì)的重要組成部分。同時(shí)我們也能看到，樓梯間作地震時(shí)疏散生

24、命線(xiàn)成為“安全島”的設(shè)計(jì)是必要的，反過(guò)來(lái)樓梯間的設(shè)計(jì)還應(yīng)注意對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響；框架結(jié)構(gòu)本身是耗能結(jié)構(gòu)，多道設(shè)防概念上應(yīng)有足夠的重視。結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)及抗震分析技術(shù)，從靜力分析（含靜力彈塑性分析）到動(dòng)力分析（含動(dòng)力彈塑性分析）、考慮幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性的動(dòng)力彈塑性分析、基于設(shè)防目標(biāo)的結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析等方法和措施得以廣泛運(yùn)用；復(fù)雜結(jié)構(gòu)補(bǔ)充計(jì)算，如薄弱層、薄弱關(guān)鍵部位、關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行中震或大震內(nèi)力、變形驗(yàn)算（基于性能化抗震設(shè)計(jì)具體體現(xiàn)）、防倒塌措施等。使用這些技術(shù)保證了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、經(jīng)濟(jì)合理性，這些技術(shù)的運(yùn)用，回過(guò)頭來(lái)又促進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)一步積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)充規(guī)范內(nèi)

25、容。我國(guó)的工程建設(shè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)編制在總結(jié)了建筑工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，通過(guò)超限工程振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)及高等院校研究等，同期(tngq)也得到了更全面、數(shù)據(jù)驗(yàn)證更能說(shuō)明問(wèn)題的抗震措施和設(shè)計(jì)思路。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（簡(jiǎn)稱(chēng)“抗規(guī)”）歷經(jīng)了GB50011-1978、GB50011-1989、GB50011-2001（含2008 年局部修訂(xidng)）、現(xiàn)行的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010；高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（簡(jiǎn)稱(chēng)“高規(guī)”）經(jīng)歷了JGJ 3-91（含 1997 年局部修訂）、JGJ 3-2002、現(xiàn)行的JGJ 3-2010，均不斷推出了新的抗震概念設(shè)計(jì)內(nèi)容（對(duì)結(jié)構(gòu)提高抗震設(shè)計(jì)要求、調(diào)整補(bǔ)充計(jì)算

26、方法和抗震措施、擴(kuò)大隔震和消能減震(jin zhn)房屋適用范圍等）。3.2 從線(xiàn)性分析到非線(xiàn)性分析的轉(zhuǎn)變目前廣泛應(yīng)用的振型分解反應(yīng)譜法只適于結(jié)構(gòu)抗震的線(xiàn)性分析,而時(shí)程分析法既適用于線(xiàn)性分析,也適用于非線(xiàn)性分析。但目前進(jìn)行高層建筑抗震計(jì)算時(shí),時(shí)程分析法主要用于線(xiàn)性分析,其原因是高層建筑非線(xiàn)性時(shí)程分析計(jì)算量太大,目前普遍的微型計(jì)算機(jī)還難于應(yīng)付。然而計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度非?？?每47年計(jì)算機(jī)的價(jià)格幾乎降低10倍,而計(jì)算速度提高10倍。可以預(yù)見(jiàn),計(jì)算機(jī)將迅速普及,微型計(jì)算機(jī)在內(nèi)存和計(jì)算速度方面將能夠勝任高層建筑非線(xiàn)性時(shí)程分析的計(jì)算。此為實(shí)現(xiàn)高層建筑抗震設(shè)計(jì)從線(xiàn)性分析到非線(xiàn)性分析的轉(zhuǎn)變莫定了物質(zhì)基礎(chǔ)。進(jìn)行

27、高層建筑抗震非線(xiàn)性分析的必要性的原因有以下三點(diǎn):1.許多建筑結(jié)構(gòu)材料實(shí)質(zhì)上是非線(xiàn)性材料。例如磚石砌體、砼等。2.目前國(guó)際公認(rèn)的抗震設(shè)計(jì)原則為“小震不壞,中震可修,大震不倒”。在中震、大震下結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出的彈塑性性質(zhì)是非線(xiàn)性的。3.由于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響,結(jié)構(gòu)的整體受力性能是非線(xiàn)性的。3.3 從確定性分析到非確定性分析的轉(zhuǎn)變眾所周知,結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的確定性時(shí)程分析結(jié)果受選取的地震波的類(lèi)別的影響很大。實(shí)際上我們無(wú)法預(yù)知建筑物將來(lái)遭受怎樣的地震波的作用,也就是說(shuō)地震波是不確定的。這種不確定性能夠用數(shù)學(xué)上的隨機(jī)性來(lái)描述。可將地震波處理成隨機(jī)過(guò)程,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析,計(jì)算出結(jié)構(gòu)的隨機(jī)地震反應(yīng),從而把握結(jié)

28、構(gòu)地震反應(yīng)的概率特征,在確定的概率意義上進(jìn)行高層建筑抗震設(shè)計(jì)。3.4樓層反應(yīng)譜的研究地震反應(yīng)譜目前被認(rèn)為是計(jì)算結(jié)構(gòu)地震作用最簡(jiǎn)便有效的手段。地震反應(yīng)譜可以理解為基巖地震動(dòng)通過(guò)覆蓋層后產(chǎn)生的地面運(yùn)動(dòng)反應(yīng)譜。如將場(chǎng)地覆蓋層當(dāng)作一種結(jié)構(gòu),則可稱(chēng)地震反應(yīng)譜為一次結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜。而樓層反應(yīng)譜可以理解為地面運(yùn)動(dòng)通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)后產(chǎn)生的樓層運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)譜。從基巖算起,地震通過(guò)了兩次結(jié)構(gòu)濾波,因此可將樓層反應(yīng)譜稱(chēng)為二次結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜。應(yīng)用樓層反應(yīng)譜計(jì)算樓層上設(shè)備的地震作用,進(jìn)行樓層設(shè)備抗震設(shè)計(jì),必定同樣簡(jiǎn)便有效。應(yīng)分別研究樓層水平反應(yīng)譜和樓層豎向反應(yīng)譜,因?yàn)閮烧哂休^大的差別。在豎向地震作用下,設(shè)備所受的地震作用,除了結(jié)構(gòu)整

29、體豎向振動(dòng)的一級(jí)放大作用外,樓層本身還會(huì)局部豎向振動(dòng),產(chǎn)生二級(jí)放大作用。3.5結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究(ynji)與應(yīng)用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)為減小高層建筑的地震(dzhn)反應(yīng),提高其抗震能力提供了一個(gè)有效的手段。目前已提出了很多結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的控制方法,但用于高層建筑的地震反應(yīng)控制,尚有許多技術(shù)問(wèn)題有待解決,將結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于高層建筑的抗震,正是目前地震工程學(xué)家、結(jié)構(gòu)工程師、機(jī)械工程師、計(jì)算機(jī)專(zhuān)家、自動(dòng)控制專(zhuān)家攜手致力解決的問(wèn)題。能夠用于高層建筑地震反應(yīng)控制的技術(shù)主要有下面幾種:(1)基底(j d)隔震技術(shù)?；赘粽鹗窃诮Y(jié)構(gòu)物地面以上部分的底部設(shè)置隔離層,使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分離開(kāi),從

30、而使地震動(dòng)能量傳遞不到上部結(jié)構(gòu),基底隔震的主要方法有:1.滾珠隔震;2.滾軸隔震;3.橡膠墊塊隔震;4.滑層隔震;5.懸掛基礎(chǔ)隔震。(2)懸掛隔震技術(shù)。懸掛隔震是將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來(lái),使地面運(yùn)動(dòng)傳遞不到主體質(zhì)量,產(chǎn)生不了慣性力,起到與基底隔震同樣的效果。(3)耗能減震技術(shù)。耗能減震是通過(guò)采用附加子結(jié)構(gòu)或一定的措施,以消耗地震傳遞給結(jié)構(gòu)的能量為目的的減震手段。耗能裝置的種類(lèi)有:1.阻尼器。主要形式有: 軟鋼塑變阻尼器;擠壓鉛阻尼器;摩擦阻尼器;粘彈性材料阻尼器。2.耗能支撐。主要形式有:工圓形或方形鋼芯框耗能中心交叉支撐;摩擦耗能支撐,耗能偏心支撐;耗能隔撐。3.耗能墻。主要形式有:

31、帶縫墻;水平頂縫摩擦墻;周邊耗能墻;阻尼器剪力墻。(4)吸震減震技術(shù)。吸震減震是通過(guò)附加的子結(jié)構(gòu),使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移,既使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量在原結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)之間重新分配,從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。吸振裝置的種類(lèi)有:1.各式被動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器。主要形式有:支承式，一般用鋼或鉛做成質(zhì)量塊設(shè)在建筑物的頂部;懸掛式，可利用高層建筑的消防水箱作懸掛質(zhì)量塊;蕩液式，也可利用消防水箱做成。2.質(zhì)量泵。3.質(zhì)量放大器。3.6超限高層的設(shè)計(jì)狀況隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高層建筑除了滿(mǎn)足建筑使用功能的要求，對(duì)建筑個(gè)性化的體現(xiàn)越來(lái)越重視，使高層建筑的平面、立面均極其特殊，各種新的復(fù)雜體形結(jié)構(gòu)（如連體結(jié)構(gòu)、主裙樓整體連接結(jié)構(gòu)

32、、大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)、立面多次收進(jìn)退層結(jié)構(gòu)及大懸挑結(jié)構(gòu)等）、復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系（如各種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、多重組合結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)等）出現(xiàn)。復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，采用多個(gè)相應(yīng)恰當(dāng)?shù)?、合適的力學(xué)模型進(jìn)行抗震驗(yàn)算分析，不是用所謂截然不同的、不合理的模型進(jìn)行比較分析?？挂?guī)要求的不同力學(xué)模型，還應(yīng)屬于不同的計(jì)算分析程序。分析結(jié)果具體體現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下，抵抗地震作用的承載力具有客觀存在性，在相應(yīng)設(shè)計(jì)階段主要振動(dòng)周期、振型和地震作用最大受剪承載力（底部總剪力）應(yīng)出入不大。整體結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算（應(yīng)注意地震波采集須符合規(guī)范要求）；宜按彈塑性靜力或彈塑性動(dòng)力分析方法補(bǔ)充計(jì)算；受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，宜

33、按應(yīng)力分析結(jié)果校核配筋設(shè)計(jì)。超限高層根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)，選擇性能目標(biāo)控制，選定性能設(shè)計(jì)指標(biāo)。第一性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足(mnz)彈性設(shè)計(jì)要求（多遇地震），結(jié)構(gòu)的層間位移、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定等均應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定；按設(shè)防烈度（中震）的結(jié)構(gòu)，構(gòu)件承載力在不計(jì)入風(fēng)荷載作用、不考慮與抗震等級(jí)要求相關(guān)的內(nèi)力增大系數(shù)時(shí)需要滿(mǎn)足彈性設(shè)計(jì)和抗震承載力要求。第二性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu),在中震或預(yù)估罕遇地震作用下，與第一性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)的差別是框架梁、連梁等耗能構(gòu)件正截面承載力只需要滿(mǎn)足“屈服(qf)承載力”設(shè)計(jì)，即采用構(gòu)件材料標(biāo)準(zhǔn)值和重力、地震作用組合標(biāo)準(zhǔn)值工況下的驗(yàn)算。第三性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)(jigu)，在中震或預(yù)

34、估罕遇地震作用下，允許部分框架梁、連梁等耗能構(gòu)件正截面承載力進(jìn)入屈服階段，受剪承載力宜按“屈服承載力”設(shè)計(jì)，豎向構(gòu)件及關(guān)鍵構(gòu)件正截面承載力應(yīng)滿(mǎn)足“屈服承載力”設(shè)計(jì)的要求；整體結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，應(yīng)進(jìn)行彈塑性分析。第四性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性計(jì)算分析，在中震或預(yù)估罕遇地震作用下，關(guān)鍵構(gòu)件抗震承載力應(yīng)滿(mǎn)足“屈服承載力”設(shè)計(jì)的要求；允許部分豎向構(gòu)件及大部分框架梁、連梁等耗能構(gòu)件進(jìn)入屈服階段，但構(gòu)件受剪截面應(yīng)滿(mǎn)足界面限制條件要求；結(jié)構(gòu)的抗震性能必須通過(guò)結(jié)構(gòu)彈塑性計(jì)算分析。在預(yù)估的罕遇地震作用下找出彈塑性層間位移角、屈服構(gòu)件的次序和塑性鉸分布、塑性鉸部位的材料受損程度。第五性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行

35、結(jié)構(gòu)彈塑性計(jì)算分析，在預(yù)估罕遇地震作用下，關(guān)鍵構(gòu)件抗震承載力宜滿(mǎn)足“屈服承載力”設(shè)計(jì)的要求；應(yīng)注意同一樓層的豎向構(gòu)件不宜全部進(jìn)入屈服并控制整體結(jié)構(gòu)承載力下降的幅度不超過(guò)10%。隔震與消能減震設(shè)計(jì)，是一種有效地減輕地震災(zāi)害的技術(shù)，在提高結(jié)構(gòu)抗震性能上具有優(yōu)勢(shì)（即抗震設(shè)防目標(biāo)能力有所提高）。隔震技術(shù)一般可使延長(zhǎng)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的自振周期達(dá)到使水平地震加速度反應(yīng)降低60%左右（相當(dāng)于常規(guī)抗震設(shè)計(jì)設(shè)防烈度降低 1.0度至1.5度）從而達(dá)到大大降低地震作用，并能獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。隔震設(shè)計(jì)計(jì)算分析方法一般為時(shí)程分析法，強(qiáng)調(diào)隔震層設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施的重要性。消能減震通過(guò)消能器（分為速度型和位移型阻尼器）設(shè)置控制預(yù)

36、期的結(jié)構(gòu)變形、增加結(jié)構(gòu)阻尼達(dá)到減少地震反應(yīng)，較好地發(fā)揮出經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)計(jì)計(jì)算分析方法一般為非線(xiàn)性時(shí)程分析法，與常規(guī)抗震設(shè)計(jì)設(shè)防烈度約降低1.0度設(shè)計(jì)。因此在部分樓層增設(shè)粘滯阻尼消能支撐（設(shè)計(jì)往往布置在計(jì)算分析層間位移角較大的部位，并注意兩個(gè)主軸方向的均勻布置），通過(guò)提高結(jié)構(gòu)的附加阻尼比來(lái)降低結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)。 整體結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性時(shí)程分析結(jié)果表明，在框架、抗震墻結(jié)構(gòu)中增設(shè)消能支撐，可以較為經(jīng)濟(jì)地控制結(jié)構(gòu)的樓層位移，提高結(jié)構(gòu)的抗震安全儲(chǔ)備。 4結(jié)語(yǔ)(jiy)汶川大地震后，國(guó)家對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范重新進(jìn)行了修定，并于2010年12月1日正式實(shí)施。不難看出新的規(guī)范對(duì)于抗震概念設(shè)計(jì)提出了更高的要求，概念設(shè)計(jì)是解

37、決計(jì)算(j sun)近似性的有效途徑。因此，必須加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)抗震(kngzhn)概念設(shè)計(jì)重要性的認(rèn)識(shí)，使之成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)中自覺(jué)遵守的原則。只有時(shí)刻把握這個(gè)原則，才能更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臑榻ㄖY(jié)構(gòu)抗震把好關(guān)，才能從根本上提高建筑抗震性能。地震是一種自然現(xiàn)象，為避免它給人類(lèi)帶來(lái)更大的災(zāi)難，這就要求結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)抗震規(guī)范運(yùn)用好抗震概念設(shè)計(jì)。做到：結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致；充分發(fā)展先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念；發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)；更好地解決構(gòu)造處理；利用定量的計(jì)算進(jìn)行抗震分析；用概念來(lái)判斷計(jì)算的合理性?？陀^事物是多種多樣的，而且都是在不斷地變化，因此對(duì)不同的客觀事物有不同的概念，隨著事物認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展，概念也在不斷的發(fā)展變化，做好抗震概念設(shè)計(jì)，有著深遠(yuǎn)的意義。參考文獻(xiàn)1 武玉梅. 淺談建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性.中外建筑J. 2013;104(2):104-105.2 張松林. 淺談建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的進(jìn)展. 江蘇建筑J. 2012,4:31-33.3 李展開(kāi). 淺談對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的理解. 山西建筑J.2009;35(6):69-70.4 劉華新，孫志屏，孫榮書(shū). 抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中