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摘要:在经济不断发展的今天,建筑工程项目的数量呈几何状增长。建筑工程行业快速发展在给人们带去便利的同时其质量也受到了社会各界的广泛关系。设计作为工程主体建造的依据,会直接影响到工程项目的质量。抗震设计,更是直接影响到主体结构的额安全性。因此有必要对建筑工程抗震性能话设计,以实现抗震性能目标。本文从工民建结构抗震设计概述入手,总结当前抗震设计的不足之处,提出几点抗震设计的改进建议,以供建筑设计人员参考。
关键词:结构设计;抗震设计:抗震概念设计
前言
随着全球进入新一轮的地震活跃期,地震对人类的影响越来越大,严重威胁到百姓的人身财产安全。对于建筑工程结构设计来说,其安全性、适用性和耐久性是最需满足的功能,需通过提高建筑设计整体水平,从而让建筑安全、舒适。受设计观念、设计技术等因素的影响,抗震设计仍然存在诸多问题,不仅给人们的生命、财产带去威胁,还不利于我国社会经济的健康发展。本文就如何优化建筑工程的抗震设计进行探究,旨在提升建筑工程项目的设计质量和结构的可靠性。
一、结构抗震设计概述
结构抗震设计包括概念设计、抗震计算和抗震措施。抗震设计的“三水准设防目标”和为实现这一目标所采取的“两阶段设计步骤”是结构抗震设计的基本要求,也是向抗震性能设计发展的重要一步。抗震设计执行了相关的法律法规和贯彻了预防为主的方针。当对建筑工程进行抗震设计后,可提高建筑的抗震性能,减轻建筑的地震破坏,避免伤亡和减少损失。现阶段抗震设计被广泛应用在建筑结构设计当中。在开展抗震设计时主要从三方面入手:概念设计、抗震计算和抗震措施。
(一)三水准的设防目标
按《抗规》进行抗震设计时,基本的抗震目标是:第一水准,当建筑遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损害或不需修理可继续使用;第二水准,当建筑遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用;第三水准,当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏;个别特殊的建筑,还需采用抗震性能化设计,具有更具体或更高的抗震设防目标。通俗的说法就是:小震不坏、基本地震可修、大震不倒。
(二)两阶段设计步骤
为了实现“三水准的设防目标”而采取“两阶段设计步骤”。第一阶段设计:承载力验算。取第一水准(即多遇地震)的地震动参数,计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应,采用分项系数设计表达式进行结构构件的承载力抗震验算。通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准(即罕遇地震)的设防要求,适用于大多数结构(如规则结构及一般不规则结构等)。第二阶段设计:弹塑性变形验算。对强烈地震是易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构(如特别不规则的结构等)及其他有特殊要求的建筑,应进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算,并采取相应的抗震构造措施,实现第三水准(即罕遇地震)的设防要求。
二、结构抗震设计的常见问题
(一)设计人员对抗震设计认知不足
每一次大地震都会造成很大的破坏,不仅使得个人与国家的经济受损,还会让一些人在地震中失去生命,无论是对个人,还是对国家,损失都是不可估量的。对设计师来说,个人技术如果不过关,理论不够扎实,在进行结构抗震设计的时候所读取的设计资料不对或不全、所取的计算参数不对、所用的构造措施不到位等,都会直接影响到设计成果的准确性。设计人员的概念不足,一味追求指标符合规范,而不留意抗震设计的合理性。
(二)现在的地震科学水平的不足
抗震设防是建立在现有的地震科学水平和经济条件基础上的,各种相关规范的制定是在之前所有的经验和资料(对于地震基本烈度的确定,其准确性是不高的)。到今天,我们对于地震的预测和研究都还是远远没有达到能称为科学准确的水准,只能算上是带有一定经验性的学科。现有的“中国地震区划图”及相应的地震基本烈度表还是具有很大的不确定性,在一些基本烈度不高的地区还是会发生较为强烈的地震,比如之前的汶川地震、玉树地震等。在现在的结构抗震设计中,对于“罕遇地震”有一个预估的定量标准,就是大概比设防烈度地震高一度。但是“罕遇地震”的概念不应仅仅只是比设防烈度提高一度,应该是考虑更高。至少要做到遭受到不大于预估的罕遇地震的时候结构是不倒塌,遇到更大的地震是极大的变形缓缓倒塌以给逃生留到足够的时间,确保人员的安全。
(三)建筑工程方案不合理
建筑方案包括结构体系、建设场地、建筑结构高度选择不合理、建筑平面布局不规则、建筑物基础设计不合理等,这些都是会影响到建筑物抗震性能的因素。抗震设计过程中缺乏总览全局的概念,以至于设计方案不科学,为后续建设成果埋下了安全隐患。有些建设方为了项目的经济效益,采取不合理的结构布置方案,这些会导致建筑物只是符合硬性的指标而没有达到我们结构抗震设计重概念轻精度的目的。
三、工民建结构抗震设计问题的改善建议
(一)提高设计人员抗震设计认知
作为设计人员和设计行业的企业应充分认识到建筑抗震设计的重要性,特别是需对刚做设计的人员进行相关知识的培训和对其的运用。定期组织设计单位进行培训,将先进的设计理念与经验分享给设计人员,从而提升设计人员对抗震设计的认知。设计人员只有掌握了足够的理论知识和有足够的实践经验,才能更好地运用结构抗震的相关知识设计出符合甚至更良好抗震性能的建筑物。设计人员应该掌握抗震设计的基本理论、清晰的力学概念,注重对地震灾害的调查和地震经验的总结,更新并改进抗震设计方法,注重抗震设计的实效。依据学习和实践中所建立的正确概念,运用正确的思考和判断力,正确和全面把握结构的整体性能,并依据对结构特性的正确把握,合理确定结构的总体布置和细部构造。
(二)正确认识抗震设防目标的三水准
历次地震证明了,我国的地震区划图所规定的烈度有很大的不确定性,抗震设计还处于摸索的阶段,地震理论有待完善,不过历次地震中也表明,严格按照现行规范进行设计、施工和使用的建筑,在遭受到比当地设防烈度高一度的地震作用时,没有出现到倒塌破坏,验证了“大震不倒”设防目标的正确性。设防烈度的高低并没有能完全说明地震的强弱,很多大地震是发生在较低烈度的地区。地震的不可预知性和难以预知性是个必须要面对的事实,所以最重要的还是建筑结构抗震设计的实现以使得结构具有足够的抗震性能。在设防烈度低的地区,不能因设防烈度低而放松抗震设防要求。设防烈度高的地区,发生大震的可能性反而会低点。同时因在进行设计的时候高烈度区的设防烈度较高,抗震措施到位,结构的抗震能力也比较强,很少会造成人员的重大伤亡和财产的巨大损失。在低烈度区,范围广大,发生大震的机会反而多,但因为自身的设防烈度低,结构本身的抵抗大震的能力就弱,一旦发现大震,反而会造成更重大的损失。所以,按标准对建筑工程进行设计,高烈度区因地方本身就比较重视结构抗震设计的内容,只要根据相关标准进行设计就能达到比较好的效果;而对于低烈度地区,因设防烈度并不高,我们更应该加强结构的抗震概念设计和采取有效的抗震措施,确保“大震不倒”这一基本性能目标的实现。
(三)重概念轻精度,协调统筹
当能遵守当前规范对建筑结构抗震计算,已经能达到了“小震不坏”的第一水准的设防要求。对大部分的结构通过概念设计和抗震构造措施的考虑达到“中震可修”、“大震不倒”的第二和第三水准的设防要求。而对于易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构及一些有特别要求的建筑,更需要着重于抗震概念设计和抗震构造措施以达到第二、第三水准的设防要求。抗震构造措施一般在规范中有比较完善的表达,而抗震概念设计要设计人员比较重视才行。结构体系,在进行设计的时候应注意结构体系的合理性,优先采用抗震能力强、延性好、耗能能力强、便于施工的具有多道防线的结构体系,注意承载力、刚度、延性的合理平衡。结构布置,应采用概念清晰、传力路径明确的结构布置,避免造成结构扭转、平立面里出外进、竖向传力构件不连续等不规则,注意把握好竖向构件的布置合理、结构的协同工作、上部结构和基础的协调变形等。结构抗震设计的关键部位,注意对结构体系的关键部位、结构构件等关键部位的把握,实现“强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱杆件及强柱根”的设计理念,注意加强部位的把握。
四、总结
抗震设计不仅关系到建筑的整体质量,还关乎到人们的人身安全,因此需要加强抗震设计管理,从而让建筑具有充足的抗震性能。设计人员在进行抗震设计的时候不能仅依靠计算,应重概念设计轻精度,重视建筑和结构的总体布置,完善结构的细部构造。不是拒绝进行复杂的结构设计,而是要求在处理复杂结构设计的时候,哪种是结构设计的最佳选择,当采用了不合理的方案时会有什么样的后果,并知道需采取什么加强措施,并对其合理性和有效性作出客观的评价以达到性能目标的实现,确保结构的安全。在结构抗震设计中应抓大放小,重概念轻精度。
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