摘 要：二級建造師是建筑類的一種職業(yè)資格，是擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理的前提條件，實(shí)行全國統(tǒng)一大綱，各省、自治區(qū)、直轄市命題并組織考試的制度。本文發(fā)表在《煤炭技術(shù)》上，是二級建造師職稱評審論文發(fā)表范文，文章結(jié)合工作實(shí)踐，針對框架—剪力墻結(jié)構(gòu)這一應(yīng)用極為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，對概念設(shè)計(jì)在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

　　關(guān)健詞：概念設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);框架—剪力墻結(jié)構(gòu);重要性

　　1、概念設(shè)計(jì)的涵義

　　概念設(shè)計(jì)就是從結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)一開始，就運(yùn)用人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震已有的正確知識去處理好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將遇到的問題，諸如：房屋體形、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等等。從宏觀原則上進(jìn)行評價(jià)、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施。從而消除建筑物抗震的薄弱環(huán)節(jié)，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。也就是說概念設(shè)計(jì)是工程師運(yùn)用思維和判斷力，根據(jù)從大量震害經(jīng)驗(yàn)得出的結(jié)構(gòu)抗震原則，從宏觀上確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本問題。因此，工程師必須從主體上了解結(jié)構(gòu)抗震特點(diǎn)，振動(dòng)中結(jié)構(gòu)的受力特征，抓住要點(diǎn)，突出主要矛盾，用正確的概念來指導(dǎo)概念設(shè)計(jì)，才會(huì)獲得成功。由于概念設(shè)計(jì)包括的范圍極廣，因此不僅僅要分析總體方案確定的原則，還要顧及非材料的正確使用和關(guān)鍵部位的細(xì)部構(gòu)造。但是首先和最重要的還是結(jié)構(gòu)總體概念設(shè)計(jì)、材料選型和細(xì)部構(gòu)造等問題，這些設(shè)計(jì)原則和結(jié)構(gòu)概念中，較為重要的是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)。

　　2、概念設(shè)計(jì)的重要性

　　概念設(shè)計(jì)是展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵，一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并能有意識地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。一般認(rèn)為，概念設(shè)計(jì)做得好的結(jié)構(gòu)工程師，隨著他的不懈追求，其結(jié)構(gòu)概念將隨他的年齡與實(shí)踐的增長而越來越豐富，設(shè)計(jì)成果也越來越創(chuàng)新、完善。遺憾的是，隨著社會(huì)分工的細(xì)化，大部分結(jié)構(gòu)工程師只會(huì)依賴規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊、計(jì)算機(jī)程序做習(xí)慣性傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，缺乏創(chuàng)新，更不愿(不敢)創(chuàng)新，有的甚至拒絕對新技術(shù)、新工藝的采納(害怕承擔(dān)創(chuàng)新的責(zé)任)。大部分工程師在一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)全面應(yīng)用的今天，對計(jì)算機(jī)結(jié)果明顯不合理、甚至錯(cuò)誤而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。隨著年齡的增長，導(dǎo)致他們在大學(xué)學(xué)的那些孤立的概念都被逐漸忘卻，更談不上設(shè)計(jì)成果的不斷創(chuàng)新。

　　強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要，主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性，比如對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)這類計(jì)算理論的缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對實(shí)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)計(jì)算機(jī)結(jié)果的高精度特點(diǎn)，往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來對結(jié)構(gòu)工作性能的誤解，結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。

　　概念設(shè)計(jì)之所以重要，還在于在方案設(shè)計(jì)階段，初步設(shè)計(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入、深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識地、靈活地運(yùn)用它們。

　　3、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)

　　3.1 延性耗能：在建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)上要注意加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，盡量做到等強(qiáng)度。同時(shí)，應(yīng)使建筑結(jié)構(gòu)在一個(gè)恰當(dāng)?shù)牟课荒芟拇罅康哪芰浚诰唧w設(shè)計(jì)中即為各式各樣的梁，如框架梁、聯(lián)肢墻的連肢梁等。結(jié)構(gòu)延性一般用延性系數(shù)表示，它表示的是結(jié)構(gòu)極限變形(位移、轉(zhuǎn)角、曲率)與屈服變形的比值，也可以分別用位移延性系數(shù)，轉(zhuǎn)角延性系數(shù)等來表示，該比值越大，結(jié)構(gòu)的延性越好。在設(shè)計(jì)上為提高鋼筋混凝土梁的延性，一般采取以下措施：①首先應(yīng)選取合適的梁截面尺寸，以獲得合適的配筋率，避免梁受拉筋過多或出現(xiàn)超筋。因此，對地震區(qū)梁的配筋率要大大低于一般梁的最高配筋率。②梁上部(跨中)和下部(端部)配置適量的受壓筋。③提高梁混凝土強(qiáng)度等級，采用中低級鋼筋對延性有利。④T形梁比矩形梁延性好。⑤注意加密箍筋。地震區(qū)鋼筋混凝土梁的位移延性系數(shù)一般要求不得低于4。

　　3.2 多道防線設(shè)計(jì)：現(xiàn)在有一種新的抗震概念：當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到強(qiáng)烈地震動(dòng)主脈沖卓越周期的作用時(shí)，一方面利用結(jié)構(gòu)中增設(shè)的贅余桿件的屈服和變形，來耗散地震輸入能量;另一方面利用贅余桿件的破壞和退出工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)定體系，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)周期的變化，以避開地震動(dòng)卓越周期長時(shí)間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)。這種通過對結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的適當(dāng)控制，來減輕建筑物的破壞程度，是對付高烈度地震的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。

　　3.3 妥善處理非結(jié)構(gòu)部件：非結(jié)構(gòu)部件一般是指在通常結(jié)構(gòu)分析中不考慮承受重力荷載以及風(fēng)、地震等側(cè)力荷載的部件，如內(nèi)隔墻，框架填充墻，建筑處圍墻板，樓梯等。實(shí)際上，在地震作用下，高層建筑中的這些部件或多或少地參與工作，從而改變了整個(gè)結(jié)構(gòu)或局部構(gòu)件的剛度，承載力和傳力路線。造成未曾估計(jì)到的局部震害。在鋼筋混凝土框架體系的高層建筑中，這些影響最為普遍。

　　①砌體填充墻的抗震作用：使結(jié)構(gòu)剛度增大，自振周期縮短，水平地震力增大30%~50%。改變了結(jié)構(gòu)的地震剪力分布狀況。砌體填充墻具有較大的抗推剛度，限制了框架的變形，從而減小了整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震側(cè)移幅值。

　　②柱端震害，在地震中，角柱上端被嵌砌于框架間的磚墻頂斷。這是典型的柱端震害。在框架體系設(shè)計(jì)中必須考慮，并采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

　　③形成短柱破壞。采用鋼筋混凝土框架的高層建筑，就框架柱的受力狀況和破壞形態(tài)而言，一般情況下屬于長柱。由于窗裙墻對框架柱的剛性約束，減短了柱的有效長度，使它變成了短柱，承擔(dān)的地震力大增，發(fā)生剪切破壞。因此，采用貼砌圍護(hù)方案或墻、柱柔性連接方案都是防止短柱破壞的有效手段。否則沿柱的全高，柱身箍筋的配置均應(yīng)符合短柱的規(guī)定。這一點(diǎn)，在施工圖中，應(yīng)當(dāng)說明清楚。

　　4、概念設(shè)計(jì)的具體實(shí)施措施

　　下面僅以框架—剪力墻結(jié)構(gòu)這一應(yīng)用極為廣泛的結(jié)構(gòu)形式為例進(jìn)行分析：

　　4.1 剪力墻的布置。一般情況下，剪力墻應(yīng)在縱橫兩個(gè)方向同時(shí)布置，并使兩個(gè)方向的自振周期比較接近。在非抗震設(shè)計(jì)的條件下，也允許只設(shè)橫向剪力墻而不設(shè)縱向剪力墻，這時(shí)，縱向風(fēng)力全部由縱向框架承受。剪力墻的一般布置原則是“均勻、分散、對稱、周邊”。均勻、分散是要求剪力墻的片數(shù)多，每片的剛度不要太大，也就是說布置很多片短的剪力墻;并且在樓層平面上均勻布開不要集中在某一局部區(qū)域。一方面，剪力墻對稱布置可以避免和減少建筑物受到的扭矩。另一方面，剪力墻沿周邊布置可以最大幅度地加大抗扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力臂，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗扭能力。

　　4.2 剪力墻的平面位置。一般情況下，剪力墻宜布置在下述的各個(gè)部位：a豎向荷載較大處。這樣可以獲得三點(diǎn)好處：①較大重力荷載引起的較大地震作用，可以直接傳到剪力墻上;②剪力墻承受很大的彎矩和剪力，有了較大軸向壓力來平衡，可以減小墻體的拉應(yīng)力，并提高墻體的受剪力承載力;③可以避免使用較大截面梁、柱的框架來承擔(dān)較大的豎向荷載。b平面形狀變化處或樓蓋水平剛度劇變處。這樣可以消除地震時(shí)在該部位樓板中引起的應(yīng)力集中效應(yīng)。c樓梯間、電梯間以及樓板較大洞口的兩側(cè)。

　　4.3 剪力墻最大間距。在框架—剪力墻體系中，剪力墻是主要抗震構(gòu)件，承擔(dān)著80%以上的地震力;框架是次要抗震構(gòu)件，僅承擔(dān)20%以下的地震力。要保持框架—剪力墻體系這一結(jié)構(gòu)特性，以剪力墻為側(cè)向支撐的各層樓蓋，在地震力作用下的水平變形就需控制在很小數(shù)值范圍以內(nèi)，使框架的側(cè)向變形與剪力墻大致相同。否則，就需要通過空間分析來考慮樓蓋水平變形所引起的框架剪力增值。在實(shí)際工程中，剪力墻間距一般在2.5B及30m以內(nèi)。有30m長的一段無剪力墻的自由布置空間，完全可以滿足建筑功能的要求。

　　5、結(jié)語

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，它要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員既要有扎實(shí)的理論功底，又要有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，并且結(jié)合概念設(shè)計(jì)，只有這樣設(shè)計(jì)出來的建筑物才能達(dá)到既安全、可靠，又經(jīng)濟(jì)、合理。

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