序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]一篇建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討3篇范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討篇1

1抗震技術(shù)的概念

1.1抗震技術(shù)的原理地震災(zāi)害的高強(qiáng)破壞力源于地球地殼中的巨大能量，這種能量可承載橫波、縱波向周圍傳遞擴(kuò)散，促使地表建筑物遭受能量波的負(fù)面影響，隨即衍生出劇烈震動(dòng)，破壞建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、完整性。在地震災(zāi)害下，因建筑物主體振幅與其阻力值具有聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即在阻力值低的情況下，建筑物對(duì)地震能量的抵消能力將降低，其振幅將增長(zhǎng)，則可對(duì)建筑物造成嚴(yán)重?fù)p毀。對(duì)此，抗震技術(shù)的根本原理就是提高建筑物自體阻力，確保在地震災(zāi)害發(fā)生后，其振幅可有效下降，以此減輕建筑物在地震中的損害。

1.2抗震技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)房屋建筑抗震技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

1.2.1甲類建筑甲類建筑就是常說的重大工程建筑項(xiàng)目，或是在地震災(zāi)害影響下，可能出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p毀的房屋建筑。設(shè)計(jì)人員在圍繞甲類建筑展開房屋抗震結(jié)構(gòu)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)作業(yè)中，其抗震設(shè)防烈度應(yīng)特殊超出當(dāng)?shù)匾?guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)。

1.2.2乙類建筑對(duì)于乙類建筑來講，在推進(jìn)抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，若房屋建筑整體規(guī)模有限，設(shè)計(jì)人員則可秉持因地制宜原則，按照當(dāng)?shù)丶榷ǖ目拐鹪O(shè)防烈度要求，運(yùn)用抗震性能更強(qiáng)的抗震結(jié)構(gòu)，完成房屋建筑整體抗震設(shè)計(jì)。

1.2.3丙類建筑基于丙類建筑開展房屋抗震設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員同樣需著重滿足當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度的具體要求，使建筑物可有力抵抗地震災(zāi)害。

1.2.4丁類建筑設(shè)計(jì)人員在丁類建筑中執(zhí)行抗震設(shè)計(jì)任務(wù)，抗震設(shè)防烈度可適當(dāng)?shù)陀诋?dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)數(shù)值。但在抗震設(shè)防烈度已為6度的條件下，則不宜再降低抗震設(shè)計(jì)等級(jí)。

2抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)實(shí)意義

2.1加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作業(yè)中，為強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)效果。設(shè)計(jì)人員首要任務(wù)應(yīng)為提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性以及布局合理性，保證建筑物優(yōu)質(zhì)性能、功能的充分發(fā)揮。對(duì)此，應(yīng)優(yōu)先采用具備一定強(qiáng)度、延性、超長(zhǎng)率的施工建材，增長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的完整性、建筑構(gòu)件的“轉(zhuǎn)動(dòng)力”及耗能水平[1]。此外，在房屋建筑布局方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)科學(xué)設(shè)置安全避難場(chǎng)所、事故應(yīng)急疏散逃生通道。確保在地震災(zāi)害中，大眾能夠快速撤離建筑物內(nèi)部。

2.2提升建筑的抗震能力目前，我國(guó)房屋建筑工程領(lǐng)域發(fā)展勢(shì)頭較為迅猛，設(shè)計(jì)人員在房屋抗震設(shè)計(jì)作業(yè)中，可靈活選用多元性科學(xué)技術(shù)，輔助抗震設(shè)計(jì)工作高效落實(shí)，如BIM模型等。精準(zhǔn)篩選性價(jià)比、高質(zhì)量、科學(xué)性強(qiáng)的抗震設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能，滿足房屋建筑日常使用的現(xiàn)實(shí)性要求。

3抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的根本原則

在房屋建筑抗震設(shè)計(jì)作業(yè)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)側(cè)重關(guān)注以下幾項(xiàng)要點(diǎn)：一是保證構(gòu)件剛度、負(fù)荷承載力、延性等多方面的參數(shù)性能可契合建筑業(yè)統(tǒng)一規(guī)程。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)中較為薄弱的部分，設(shè)計(jì)人員應(yīng)禁止對(duì)該部分采用豎向性荷載力構(gòu)建，提高房屋建筑主體抗震能力；二是需有機(jī)銜接各個(gè)構(gòu)件。以“框筒結(jié)構(gòu)”為例，應(yīng)將框架科學(xué)結(jié)合于剪力墻結(jié)構(gòu)，加之合規(guī)增設(shè)多重抗震防線。防止房屋建筑承受地震災(zāi)害首次沖擊后，在余震中出現(xiàn)破損。而由于不同抗震防線能夠有效統(tǒng)一房屋建筑結(jié)構(gòu)的延性及剛性，所以地震能量在短時(shí)間內(nèi)快速被消耗；三是房屋建筑抗震結(jié)構(gòu)內(nèi)含大量強(qiáng)弱性不一的多樣性構(gòu)件，當(dāng)抗震防線被地震震動(dòng)破壞后，為避免房屋建筑坍塌，應(yīng)確?？拐鸾Y(jié)構(gòu)的彈性適宜。

3.1整體統(tǒng)籌設(shè)計(jì)人員在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)站在全局角度深度考量[2]。例如在高層建筑設(shè)計(jì)中，需強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)完整性，并依托結(jié)構(gòu)水平方向完成分區(qū)，保障抗震結(jié)構(gòu)中的各個(gè)子結(jié)構(gòu)均可發(fā)揮抗震能力。

3.2結(jié)構(gòu)清晰由于結(jié)構(gòu)清晰性可關(guān)乎到房屋建筑在地震災(zāi)害中的地震力傳導(dǎo)效率，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)突出結(jié)構(gòu)清晰這一設(shè)計(jì)原則。在所建立的房屋模型發(fā)生模仿地震位移的前提下，細(xì)致分析其中內(nèi)力薄弱位置的信息數(shù)據(jù)，并推出可行性預(yù)控措施。

3.3抵抗作用發(fā)生地震災(zāi)害后，房屋建筑結(jié)構(gòu)主體的剛度、抗震力將得到直接考驗(yàn)。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)格外注意房屋建筑的結(jié)構(gòu)剛性。保證結(jié)構(gòu)主體可對(duì)來自各方向的地震震動(dòng)起到防御抵抗作用，維持建筑結(jié)構(gòu)總體平衡性，避免其出現(xiàn)形變、扭轉(zhuǎn)等問題，減輕地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑衍生出的破壞性。

3.4結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)房屋建筑結(jié)構(gòu)的均勻性、規(guī)則性可體現(xiàn)在建筑布局設(shè)計(jì)中，通常以縱向、垂直為主。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在抗震設(shè)計(jì)中突出“抗側(cè)移”方面的剛度，正當(dāng)運(yùn)用軸承特性，確保地震災(zāi)害中房屋建筑的剛度可靠。

4抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用措施

4.1科學(xué)設(shè)計(jì)房屋建筑結(jié)構(gòu)房屋建筑結(jié)構(gòu)的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)作為建筑物修建的關(guān)鍵一環(huán)，是房屋建筑抗震能力發(fā)揮的基礎(chǔ)保證，也是迎合建筑物整體外觀造型需要的重要要素。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作具有較強(qiáng)的復(fù)雜性、系統(tǒng)性特點(diǎn)，可觸及的專業(yè)領(lǐng)域眾多。設(shè)計(jì)人員將抗震設(shè)計(jì)引進(jìn)其中的具體方法有：一是充分采集當(dāng)?shù)匾酝牡卣馂?zāi)害歷史信息數(shù)據(jù)，在深層次分析數(shù)據(jù)資源后提出抗震設(shè)計(jì)核心方向及要求，以前瞻性的視角超前控制地震災(zāi)害的危害性[3]；二是注重加強(qiáng)建筑主體的剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，優(yōu)先使用“從簡(jiǎn)設(shè)計(jì)”理念，對(duì)于不規(guī)則形態(tài)的構(gòu)造需對(duì)應(yīng)增設(shè)科學(xué)性保護(hù)措施；三是通過運(yùn)用抗震結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)房屋建筑自體結(jié)構(gòu)抗震能力的增強(qiáng)。而關(guān)于非承力部分，可通過縮短體積實(shí)現(xiàn)建筑成本的節(jié)省。

4.2巧用剛度設(shè)計(jì)積極優(yōu)勢(shì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需以剛度設(shè)計(jì)為支撐點(diǎn)。房屋建筑內(nèi)設(shè)主軸可因內(nèi)、外界的大力沖擊，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等不良問題。對(duì)此，剛度設(shè)計(jì)則需強(qiáng)調(diào)房屋建筑抗震能力的滿足，特別是針對(duì)“抗扭轉(zhuǎn)剛度”來講。為防止房屋建筑在遭受地震災(zāi)害沖擊后，主體結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、變形等問題，維持建筑結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定性。則需設(shè)計(jì)人員對(duì)“抗扭轉(zhuǎn)”施以深度考量，踐行“小震不壞。中震可修，大震不倒”的設(shè)計(jì)觀念。適當(dāng)強(qiáng)化房屋結(jié)構(gòu)剛度，以此抵抗地震災(zāi)害對(duì)房屋建筑位移的影響。并均勻分布各個(gè)房屋建筑構(gòu)件，規(guī)避由于剛度不均，隨即衍生出地震力的聚集集中問題。確保房屋建筑總體剛度可符合施工設(shè)計(jì)規(guī)程，突出建筑抗震性能。除此之外，設(shè)計(jì)人員可通過正當(dāng)使用“現(xiàn)澆構(gòu)件”，以及在墻體內(nèi)加設(shè)鋼筋、構(gòu)造柱，提高房屋建筑的砌體空間剛度及穩(wěn)定性，預(yù)防“滑移現(xiàn)象”發(fā)生。

4.3使用剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)“剪力墻”作為我國(guó)房屋建筑領(lǐng)域常用的實(shí)效性抗震結(jié)構(gòu)之一，其優(yōu)點(diǎn)性能可充分契合高層、超高層建筑的抗震需要。正當(dāng)使用可保證房屋建筑上層結(jié)構(gòu)在地震災(zāi)害中的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)上層結(jié)構(gòu)坍塌、塌方時(shí)間，能夠向高層住戶爭(zhēng)取更可觀的疏散逃生時(shí)機(jī)。房屋建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示：對(duì)于剪力墻的力學(xué)特征而言，可將該結(jié)構(gòu)歸納于鋼筋混凝土一列，能夠?qū)Α傲Α卑樯龅膬?nèi)應(yīng)力荷載加以有力支撐。而剪力墻支撐原理則為水平力支撐，因其持有“連接梁柱”，可源源不斷的向房屋梁柱供給支撐力。因此，在輕微、小型地震外力作用下，剪力墻可發(fā)揮自身抗震性能，保障房屋建筑穩(wěn)定性、完整性。

4.4規(guī)范建筑樓層數(shù)及高度現(xiàn)階段，我國(guó)房屋建筑領(lǐng)域部分設(shè)計(jì)人員陷入了思想誤區(qū)，錯(cuò)誤認(rèn)定建筑物樓程多、高度高，則可突出利益最大化。而站在科學(xué)角度分析，房屋建筑樓層多、高度高，其抗震性能將難以保障。因此，在房屋建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)側(cè)重迎合作業(yè)區(qū)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，并結(jié)合抗震要求。以地震頻發(fā)地區(qū)舉例，應(yīng)謹(jǐn)慎建設(shè)高層建筑，優(yōu)先采用低樓層、占地面積廣的設(shè)計(jì)方案[4]。這樣不僅可保證房屋建筑主體抗震能力，還可確保大眾能夠在地震災(zāi)害發(fā)生后的第一時(shí)間迅速撤離。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)以當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)現(xiàn)況、地方政策規(guī)定等硬性標(biāo)準(zhǔn)為基本遵循，合理確定房屋建筑高度及樓層數(shù)，發(fā)揮地震災(zāi)害中的房屋抗震優(yōu)勢(shì)。

4.5合規(guī)設(shè)計(jì)房屋建筑墻體當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生后，因地震產(chǎn)生的作用力將率先對(duì)房屋建筑的橫、縱墻帶來嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致其出現(xiàn)破裂裂縫、變形傾倒等問題。常規(guī)情況下，“橫墻”承擔(dān)了建筑物承重墻的作用，在負(fù)擔(dān)地震震蕩力時(shí)，將直接對(duì)建筑主體穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至催化建筑物倒塌事故發(fā)生。因此，合規(guī)設(shè)計(jì)房屋建筑橫、縱墻具有較強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義。另外，為有效優(yōu)化房屋建筑抗震性，設(shè)計(jì)人員可采用“縱墻貫通”的結(jié)構(gòu)布局，注重在橫、縱墻銜接部分增設(shè)構(gòu)造柱，或是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的配筋。

4.6建筑多重抗震設(shè)防設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人員在策劃房屋建筑抗震作業(yè)中，應(yīng)著力加設(shè)多重抗震防線。采用延性表現(xiàn)良好的構(gòu)件，以協(xié)同作業(yè)的形式抵抗、淡化地震力，或是應(yīng)用贅余桿件自體特征的變形、屈服聚集吸收海量地震能量，以及依靠其退出及破壞工作，過渡房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)周期完成動(dòng)態(tài)變化。進(jìn)而規(guī)避共振效應(yīng)的發(fā)生，減輕房屋建筑在地震災(zāi)害中遭受到的破壞影響。而多重抗震防線有：一是一個(gè)保障有力的抗震體系?？拐痼w系往往由多個(gè)延性性能表現(xiàn)良好的分體系構(gòu)成，并以延性結(jié)構(gòu)構(gòu)建的“互聯(lián)”協(xié)同作業(yè)。例如“框架”抗震墻體系為延性框架、房屋抗震前這兩個(gè)系統(tǒng)組建；“雙肢”、“多肢”抗震墻體系則由多個(gè)“單肢墻”構(gòu)成；二是房屋建筑抗震結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)建需著力強(qiáng)化內(nèi)、外界的贅余度，設(shè)計(jì)系列“屈服區(qū)”，保證結(jié)構(gòu)主體迅速耗散地震能量。在結(jié)構(gòu)被破壞的前提下，同樣有益于結(jié)構(gòu)修復(fù)。如在“框架”抗震墻體系設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)周全考慮“小震”、“中震”、“大震”后的房屋結(jié)構(gòu)完整程度。確保在連梁?jiǎn)适Х€(wěn)定作用后，主體結(jié)構(gòu)依然具備承載力，保證“不倒”。此外，應(yīng)將框架柱自體剪力設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)總剪力的兩成以上，突出房屋建筑抗震性能的良好表現(xiàn)。

4.7正當(dāng)選用抗震建筑材料為保證房屋建筑能夠在地震災(zāi)害作用下“安然無恙”，抗震設(shè)計(jì)則需提前介入到建筑物建設(shè)施工中。設(shè)計(jì)人員需依照房屋工程成本預(yù)算，優(yōu)先選擇承重能力強(qiáng)、抗震性能佳的優(yōu)質(zhì)建材，以備抵御地震災(zāi)害的強(qiáng)烈沖擊。在建材挑選作業(yè)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注重探明房屋建筑施工區(qū)的地質(zhì)現(xiàn)況、以往引發(fā)當(dāng)?shù)氐卣馂?zāi)害的核心歸因，以調(diào)查結(jié)果作為施工材料科學(xué)選擇的參考憑證。常規(guī)情況下，我國(guó)房屋建筑抗震施工常用建材具有質(zhì)地輕、抗性強(qiáng)、堅(jiān)固性高、可塑性佳等特征。確保地震災(zāi)害發(fā)生后，房屋建筑可維持自身完整性，或是被地震災(zāi)害破壞的建筑構(gòu)件，不會(huì)因墜落、脫皮等問題傷害大眾生命，突出房屋建筑在地震災(zāi)害中的安全性。

4.8正確應(yīng)用建筑隔震措施設(shè)計(jì)人員在主導(dǎo)房屋建筑抗震設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)以建筑工程總體規(guī)模、工程項(xiàng)目施工區(qū)地理?xiàng)l件等現(xiàn)況作為房屋抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依托。并以其為依據(jù)，科學(xué)確定房屋建筑抗震裝置的安裝位置、安裝數(shù)量，保證這些抗震裝置可組建為“隔震層”，能夠在房屋建筑關(guān)鍵構(gòu)件部位起到抗震效用。根據(jù)抗震層設(shè)置位置的差異，可將其劃分出地基、間層、懸掛、基礎(chǔ)隔震措施這四種類型。以地基隔震層為例，其基礎(chǔ)原理就是在房屋建筑底層與土層的接觸面中加設(shè)“緩沖層”，確保地震能量突破地殼向房屋建筑傳導(dǎo)時(shí)，緩沖層可起到吸收、反射、消減能量的功能作用。旨在減輕地震災(zāi)害針對(duì)房屋建筑的沖擊影響，避免建筑主體結(jié)構(gòu)被肆意破壞。當(dāng)前，我國(guó)房屋建筑在施工地基防震層時(shí)，常以瀝青為主要施工建材。但可以預(yù)計(jì)，在我國(guó)房屋建筑抗震領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的新時(shí)期下，隔震層的修建材料可得到多元?jiǎng)?chuàng)新，繼而切實(shí)優(yōu)化房屋建筑抗震效果。然而在普遍認(rèn)知中，地基隔震層常被定義為不安全、不穩(wěn)定的房屋建筑塌方隱患，無法承受地震災(zāi)害的強(qiáng)大沖擊。因此，設(shè)計(jì)人員在確定使用地基隔震層這一防震技術(shù)時(shí)，應(yīng)深度考量其可對(duì)房屋工程建筑造成的系列不利影響，并加以應(yīng)對(duì)處理。保障隔震層的隔震性能可在突發(fā)地震災(zāi)害時(shí)得到充分發(fā)揮，保護(hù)大眾基礎(chǔ)性財(cái)產(chǎn)、生命安全。綜上所述，在我國(guó)地震災(zāi)害頻發(fā)的新時(shí)代背景下，房屋建筑領(lǐng)域的抗震設(shè)計(jì)成效收獲到了社會(huì)各界的重點(diǎn)關(guān)注。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)側(cè)重秉持因地制宜這一根本性原則，針對(duì)我國(guó)不同地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、災(zāi)害特征、地理?xiàng)l件等基本要素，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中同樣采取不盡相同的抗震設(shè)計(jì)。滿足各地區(qū)的現(xiàn)實(shí)性房屋抗震需要，高度切合城市經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展規(guī)劃。從而在維護(hù)社會(huì)大眾地震災(zāi)害中的合法性財(cái)產(chǎn)及生命安全的前提下，助力我國(guó)現(xiàn)代化建筑領(lǐng)域長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

作者:寧海永 單位:華紡房地產(chǎn)開發(fā)有限公司

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討篇2

2019年10月教育部印發(fā)的《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》指出，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，強(qiáng)調(diào)要解決好教與學(xué)的模式創(chuàng)新問題，強(qiáng)化現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，要在2019年至2021年內(nèi)認(rèn)定1500門左右國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，專業(yè)課程教學(xué)全過程實(shí)時(shí)引入虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。虛擬仿真技術(shù)成為解決部分因高成本、高危險(xiǎn)、不可逆而無法開展的教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目或大型綜合訓(xùn)練項(xiàng)目的有效手段，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生課程學(xué)習(xí)和參與實(shí)驗(yàn)的主觀能動(dòng)性，顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，增強(qiáng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題和創(chuàng)新創(chuàng)造的綜合能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR技術(shù)）是計(jì)算機(jī)技術(shù)融合多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感技術(shù)等，通過在視覺、聽覺、觸覺等感官上逼真模擬環(huán)境和場(chǎng)景，讓使用者如同身臨其境，是人們通過計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的全新方式[1]。VR技術(shù)作為一種全新的虛擬仿真試驗(yàn)形式，因其特有的沉浸性、多感知性、交互性，必將對(duì)工程教育教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

一、虛擬仿真技術(shù)在土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，土木工程具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、與工程實(shí)際聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，但是土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)具有時(shí)空分布廣、工程參與方多、危險(xiǎn)性高等特點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)成本極高、組織困難，使經(jīng)費(fèi)有限的院校在專業(yè)試驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)方面達(dá)不到預(yù)期效果[2-3]。工程實(shí)踐能力培養(yǎng)作為工程教育的重要內(nèi)容，不僅是檢驗(yàn)教育成效的關(guān)鍵性指標(biāo)，更是“新工科”培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題和具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的迫切要求。因此，為解決土木工程傳統(tǒng)理論教學(xué)與工程化培養(yǎng)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合，土木工程專業(yè)應(yīng)立足于推動(dòng)教育信息化在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力方面的應(yīng)用。教育部分別于2013年、2017年分階段開展了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)工作。到2019年，土木類國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心有9個(gè)，獲批的土木類示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目達(dá)到13項(xiàng)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在軟硬件上的快速發(fā)展，已經(jīng)逐漸被應(yīng)用到建筑教育等行業(yè)，包括建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等技術(shù)。其中BIM、GIS技術(shù)已趨于成熟，在建筑、交通行業(yè)被推廣應(yīng)用，并在土木工程教學(xué)過程中被廣泛研究。將BIM技術(shù)與VR技術(shù)融合，VR技術(shù)可以增強(qiáng)BIM應(yīng)用效果，加強(qiáng)可視性和具象性，同時(shí)通過虛擬展示和交互操作，可以讓靜態(tài)知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的、可操作的知識(shí)，為學(xué)習(xí)者提供沉浸式體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的求知欲。但是VR技術(shù)仍然處于起步階段，尤其是在教育領(lǐng)域，局限于課程類型的差異，VR技術(shù)的應(yīng)用有其自身的特點(diǎn)。

二、VR技術(shù)在土木工程教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

相比發(fā)展較為成熟的BIM仿真技術(shù)，VR技術(shù)在土木工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用很少，目前的研究主要是針對(duì)課程特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行可行性探索，仍未大量應(yīng)用于課堂教學(xué)。陸海燕、鮑文博、王海軍等[4-5]自主開發(fā)了土建類專業(yè)BIM與VR仿真教學(xué)平臺(tái)，并探索與實(shí)踐了BIM與VR在CAD課程和土木工程施工課程中的創(chuàng)新教學(xué)模式。袁杰、趙倩怡、童華煒等[6]同樣將VR技術(shù)與土木工程施工教學(xué)相結(jié)合，以腳手架施工為例設(shè)計(jì)虛擬場(chǎng)景，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。鑒于VR技術(shù)在物理、化學(xué)等基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已經(jīng)有應(yīng)用案例，李志新、徐開東、王繼娜等[7]對(duì)VR技術(shù)在建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了有益探索。此外，王培濤、任奮華、蔡美峰[8]創(chuàng)建了VR技術(shù)和3D打印技術(shù)“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)模式與平臺(tái)，并將其應(yīng)用于巖土工程課程教學(xué)中。VR技術(shù)在土木工程課程教學(xué)中的探索實(shí)踐表明，基于VR技術(shù)的虛擬仿真平臺(tái)可以解決學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)面臨的實(shí)習(xí)資源短缺、高成本、高風(fēng)險(xiǎn)和長(zhǎng)周期等不利問題，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，促進(jìn)師生間的良性互動(dòng)，是新工科建設(shè)背景下土木工程教學(xué)改革的新突破。VR技術(shù)在土木工程教學(xué)中的應(yīng)用目前主要偏向于實(shí)踐性較強(qiáng)的施工類課程，在其他專業(yè)課程尤其是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)應(yīng)用中尚處于起步階段。魯正、龔依捷、周穎等[9]將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)，提出基于虛擬實(shí)驗(yàn)的土木類專業(yè)課教育改革思路，但是該虛擬仿真實(shí)踐仍然停留在試驗(yàn)演示階段，交互性和用戶體驗(yàn)有待提高。由此可見，基于VR技術(shù)的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)模式探索勢(shì)在必行。

三、基于VR技術(shù)進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的必要性

建筑抗震設(shè)計(jì)課程是土木工程專業(yè)建筑工程方向的一門必修課，一般院校在大學(xué)四年級(jí)第七學(xué)期開設(shè)。該課程以工程地震知識(shí)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合試驗(yàn)研究和震害經(jīng)驗(yàn)，以抗震設(shè)計(jì)的基本概念和方法為重點(diǎn)，綜合了土木工程專業(yè)建筑工程方向所有的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)提出較高的要求，具有很強(qiáng)的綜合性。本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生了解建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，掌握建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原則，能夠進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)地震作用和效應(yīng)的計(jì)算、抗震承載力和變形的驗(yàn)算，掌握不同結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施，使學(xué)生具備解決工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)的素質(zhì)、解決工程抗震設(shè)計(jì)和施工等方面問題的能力。目前該課程主要以傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式(lecturebasedlearning，LBL)為主，學(xué)生被動(dòng)接受教師講課內(nèi)容，參與度很低，屬于傳統(tǒng)的“填鴨式”教育。在傳統(tǒng)模式下，由于地震屬于自然災(zāi)害，教師無法創(chuàng)造有效的實(shí)體體驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢W(xué)生對(duì)地震的認(rèn)識(shí)只能從教師準(zhǔn)備的PPT、視頻和口述中得到粗淺的認(rèn)識(shí)，而不能從切身體驗(yàn)中得到全方位的感知；而學(xué)生在掌握了抗震的基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算方法后，對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型的建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)的結(jié)果是否能滿足建筑抗震要求，無法第一時(shí)間得到證實(shí)，如果不滿足抗震要求會(huì)導(dǎo)致何種嚴(yán)重后果，也無法進(jìn)行個(gè)性化的展示。因此，為了提高建筑抗震設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量，有必要對(duì)課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革，真正將學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合，將學(xué)生靜態(tài)知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)可操作性知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。將先進(jìn)的仿真模擬技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息化技術(shù)引入建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)，構(gòu)建一種多感知、可交互、沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式，可以讓學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實(shí)感知地震對(duì)建構(gòu)筑物的震害影響，更加深刻理解建筑抗震設(shè)計(jì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全的重要性。

四、VR技術(shù)在建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用方法探索

本文嘗試以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)課程中的知識(shí)點(diǎn)類型和知識(shí)點(diǎn)的重要性進(jìn)行模塊化歸類，研究如何將課程各章節(jié)抽絲剝繭地分析后獲得適宜開展VR試驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，以此探索VR技術(shù)在建筑抗震設(shè)計(jì)課程全過程教學(xué)中實(shí)現(xiàn)的可能性。

（一）建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容模塊化分類山西大學(xué)土木工程專業(yè)建筑抗震設(shè)計(jì)課程的主要教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)和教學(xué)方式安排見表1所示。以VR實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)為基礎(chǔ)，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱，對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類。如圖1所示，建筑抗震設(shè)計(jì)分為四個(gè)模塊。1.認(rèn)知型模塊：主要指課程涉及的基本概念，包括地震的成因、地震波傳播特征、震級(jí)與烈度、建（構(gòu)）筑物的震害特征、場(chǎng)地及其震害特征等。2.解析型模塊：主要指教學(xué)內(nèi)容中的基本計(jì)算理論，包括場(chǎng)地類別的劃分、液化場(chǎng)地的判別、地震作用的計(jì)算方法等。3.深化型模塊：主要指具體建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法與抗震構(gòu)造要求，包括混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、隔振與消能減震等具體的抗震設(shè)計(jì)方法。4.綜合型模塊，主要是指完成建筑抗震設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)之后，在大四第二學(xué)期的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中將會(huì)綜合性地應(yīng)用本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，為此設(shè)立該綜合模塊為后續(xù)環(huán)節(jié)提供前期指導(dǎo)；同時(shí)該模塊將VR實(shí)驗(yàn)群整合，為低年級(jí)學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)提供平臺(tái)，讓低年級(jí)學(xué)生更早認(rèn)識(shí)與理解抗震設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)階段的重要性，為將來進(jìn)入高年級(jí)專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自豪感。通過課程模塊化劃分，實(shí)現(xiàn)了課程內(nèi)容的分解，達(dá)到提煉并設(shè)計(jì)VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的目標(biāo)。

（二）構(gòu)建建筑抗震設(shè)計(jì)課程VR實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目群以課程模塊化分類為基礎(chǔ)，提煉實(shí)現(xiàn)VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，構(gòu)建建筑抗震設(shè)計(jì)課程VR實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目群。針對(duì)認(rèn)知型模塊，將VR技術(shù)軟件與多媒體技術(shù)相結(jié)合，建立以從地震及其成因到建筑震害為主線的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)式試驗(yàn)項(xiàng)目群，即建立“地震及其成因→地震波傳播→地震對(duì)建筑和場(chǎng)地的破壞特征→地震烈度”的震害邏輯順序綜合虛擬場(chǎng)景，讓學(xué)生對(duì)地震及其引起的震害有直觀感受和認(rèn)識(shí)。針對(duì)深化型模塊，將VR技術(shù)與有限元軟件倒塌計(jì)算模型相匹配，建立不同結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)內(nèi)部或局部在地震作用下的受力、變形和震損特征虛擬場(chǎng)景教學(xué)模塊，即建立“建筑結(jié)構(gòu)三維總體模型及倒塌模型→局部構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)，附屬結(jié)構(gòu)破壞受力、變形和破壞”虛擬場(chǎng)景，讓學(xué)生從震害現(xiàn)象到破壞機(jī)理深刻理解各抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容和構(gòu)造要求對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的重要影響。針對(duì)綜合型模塊，可以將認(rèn)知型和深化型模塊對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目群各試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置參數(shù)變量與獨(dú)立入口。針對(duì)大四學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以通過設(shè)置不同的設(shè)計(jì)參數(shù)、變量體驗(yàn)場(chǎng)地和結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)安全性，為畢業(yè)設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)；針對(duì)低年級(jí)學(xué)生，可以通過獨(dú)立入口，比如僅體驗(yàn)認(rèn)知型模塊中的地震成因、結(jié)構(gòu)震害等，以加強(qiáng)他們對(duì)專業(yè)的感性認(rèn)識(shí)。對(duì)于解析型模塊，因涉及理論計(jì)算教學(xué)內(nèi)容，不適宜也無法開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（三）VR實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的實(shí)踐與反饋將建立的建筑抗震設(shè)計(jì)課程VR實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平臺(tái)應(yīng)用于教學(xué)，基于學(xué)生反饋，逐步完善VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。課程教學(xué)參照教學(xué)大綱，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容，適當(dāng)安排2~4學(xué)時(shí)，學(xué)生分小組運(yùn)用VR實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在課堂中進(jìn)行探索性學(xué)習(xí)。教學(xué)要以學(xué)生為主體，教師通過學(xué)生評(píng)價(jià)獲取教學(xué)效果評(píng)級(jí)，同時(shí)對(duì)學(xué)生提出的意見進(jìn)行課堂教學(xué)模式改進(jìn)和VR實(shí)驗(yàn)平臺(tái)改進(jìn)。針對(duì)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，根據(jù)教學(xué)大綱，每個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)安排1~2個(gè)VR試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)過程中同樣收集學(xué)生反饋意見以改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)模式和VR試驗(yàn)平臺(tái)的用戶體驗(yàn)性。隨著新工科和“一流本科”建設(shè)的推進(jìn)，充分利用計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)開展專業(yè)課程教學(xué)改革已勢(shì)在必行。土木工程專業(yè)作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，產(chǎn)教融合在其人才培養(yǎng)過程中具有重要的作用。利用虛擬仿真技術(shù)，可以較好地解決實(shí)踐教學(xué)中遇到的實(shí)際困難，但是基于VR技術(shù)的土木工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)仍處于探索階段。本文以建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革為基礎(chǔ)，嘗試將VR技術(shù)引入教學(xué)過程并推廣至其他實(shí)踐環(huán)節(jié)，以改善土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類課程枯燥的教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，這對(duì)本校土木工程專業(yè)課程建設(shè)和人才培養(yǎng)改革具有重要意義。

作者:賈冠華 劉宏 冀慧 曹瑞東 郭智峰 單位:山西大學(xué)電力與建筑學(xué)院

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討篇3

近些年，我國(guó)高層建筑愈發(fā)普遍，其結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則主要依據(jù)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三個(gè)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)主要通過兩個(gè)設(shè)計(jì)階段來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震目標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防第一階段主要是結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算，以地震動(dòng)參數(shù)來計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值及其地震作用效應(yīng)，并通過分項(xiàng)系數(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)截面承載能力進(jìn)行抗震分析，進(jìn)而滿足小震不壞的抗震要求。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的第二階段主要是結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算，主要依據(jù)彈塑性層間變形對(duì)建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)及特殊抗震要求的部位進(jìn)行變形驗(yàn)算，進(jìn)而滿足建筑大震不倒的抗震要求。建筑結(jié)構(gòu)中震可修的設(shè)防要求主要是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)防措施來實(shí)現(xiàn)的，其主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)第一設(shè)計(jì)階段中。建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)主要是指建筑結(jié)構(gòu)抗震類型、地震剪力等內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)抗震措施主要是指構(gòu)件抗震等級(jí)分類等內(nèi)容［1-9］。

1工程概況

工程項(xiàng)目總建筑面積為35144m2，其中地上建筑面積為29965m2，地下面積為5179m2，該建筑總高度約為64m，地下2層，地上18層。層高：地下一層5.58m，地下二層3.6m，地上一層至五層均為4.8m，六層至十八層均為3.6m。四層、五層電影院為大跨空間結(jié)構(gòu)，跨度為25m×25m，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，該地區(qū)地震的基本烈度約為8度，地震加速度0.20g，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地震設(shè)計(jì)分組第一組，阻尼比取0.05。建筑主體結(jié)構(gòu)的基本風(fēng)壓取值為0.45kN/m2，基本雪壓取值0.40kN/m2。該建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防類別為丙類，建筑安全等級(jí)為二級(jí)，主體結(jié)構(gòu)形成以框剪為主，四層、五層的電影院結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土框支柱結(jié)合形式。建筑物東西長(zhǎng)度約為70m，南北長(zhǎng)度約為60m，首層至五層主要為建筑裙房，建筑抗側(cè)立剪力墻結(jié)構(gòu)主要分布在南北樓梯核心區(qū)，多數(shù)柱子截面尺寸為800mm×800mm，轉(zhuǎn)換框支柱截面為尺寸800mm×1000mm，并且適當(dāng)加寬框架梁，提高建筑室內(nèi)凈高。

2結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)

2.1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)根據(jù)本工程項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察報(bào)告結(jié)果可知，該區(qū)域地下水可能會(huì)腐蝕混凝土，并對(duì)鋼筋具有弱腐蝕性。該區(qū)域地下水可以通過采取抗浮措施，例如埋深方式采用高水位0.5m、正常水位-1.5m的方式進(jìn)行，并且本項(xiàng)目施工場(chǎng)地在地下20m內(nèi)未發(fā)現(xiàn)全新的砂土等土層，所以，該建筑基礎(chǔ)不會(huì)出現(xiàn)地基液化的現(xiàn)象。本工程地下埋深為9.3m，地下建筑防水等級(jí)為一級(jí)，地下室外墻、筏板基礎(chǔ)底板的抗?jié)B等級(jí)為P8，同時(shí)，地下室防水混凝土外部、筏板基礎(chǔ)底部另鋪貼相應(yīng)的防水材料。該項(xiàng)目地下室長(zhǎng)度約為100m，通過采用設(shè)置后澆帶的措施，解決該工程混凝土大體積施工產(chǎn)生溫度應(yīng)力的問題。此外，本項(xiàng)目的基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為二級(jí)，依照常用的樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主樓的基礎(chǔ)底板厚度為1200mm，地下車庫的底板厚度為700mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察報(bào)告對(duì)樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主樓采用鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)54m，樁徑700mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，單樁自身承載力設(shè)計(jì)值為4500kN。地下車庫的樁基采用預(yù)制樁，樁長(zhǎng)25m，樁徑400m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，并且地下車庫部分樁基同時(shí)具有承受壓力和拉力的現(xiàn)象，因而其單樁自身抗壓承載設(shè)計(jì)值為800kN、抗拔承載能力設(shè)計(jì)值為500kN。

2.2上部結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)行的建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及高層建筑工程抗震設(shè)防技術(shù)要點(diǎn)，本工程中主要包括局部樓板不連續(xù)、扭轉(zhuǎn)位移比、抗側(cè)立構(gòu)件不連續(xù)三種一般不規(guī)則情況，并且該建筑單體采用裝配式建筑工藝，其建筑抗側(cè)力構(gòu)件所受到的傾覆力矩占建筑總傾覆力矩的40%。此外，該建筑總高度大于60m，依據(jù)上海市預(yù)制混凝土建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)范中，本工程屬于平面特別不規(guī)則、立面不規(guī)則的上部超限結(jié)構(gòu)。

2.3不規(guī)則結(jié)構(gòu)采取措施本項(xiàng)目屬于平面特別不規(guī)則、立面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，通過分析手段提高建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性，具體措施如下：第一，在建筑處于地震帶的情況下，利用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，利用振型分解反應(yīng)譜法對(duì)結(jié)構(gòu)底部、層間剪力、層間位移進(jìn)行比對(duì)；第二，在計(jì)算模型中，將凹角區(qū)域等平面不規(guī)則的樓板依照彈性板考慮，提高其配筋率；第三，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震受力分析時(shí)，利用動(dòng)力彈塑性分析法識(shí)別結(jié)構(gòu)剪力墻的應(yīng)變等級(jí)，進(jìn)而判別結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)；第四，提高結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的抗震等級(jí)，盡量減少構(gòu)件之間的剛度差異。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1建筑小震指標(biāo)控制本結(jié)構(gòu)通過利用YJK-A和MIDASBUILDING兩種軟件對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，兩種計(jì)算軟件中各類構(gòu)件的周期位移偏差均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)主方向動(dòng)力特性滿足要求。建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件均未出現(xiàn)超筋的現(xiàn)象，建筑整體及各個(gè)構(gòu)件剛度均滿足建筑彈性階段的要求，未出現(xiàn)明顯的薄弱層。高層建筑的承重墻、柱所受的荷載較大，地震時(shí)，結(jié)構(gòu)底部的震感較為明顯，因此應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)軸壓比進(jìn)行限制，例如采用小間距井字復(fù)合箍的方式，并且通過在剪力墻中部設(shè)計(jì)型鋼來進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗彎、抗剪的能力，最大程度地提高建筑延性。本建筑彈性時(shí)程分析在滿足地震加速度的曲線三要素外，還保證各條地震波基地剪力滿足相應(yīng)規(guī)范的反應(yīng)譜，進(jìn)而得到地震效應(yīng)系數(shù)，為建筑在多遇地震情況下提供最佳性能，滿足建筑小震不壞的設(shè)計(jì)要求。

3.2建筑中震、大震的指標(biāo)設(shè)計(jì)本工程的抗震設(shè)計(jì)烈度不考慮構(gòu)件承載能力系數(shù)調(diào)整、荷載分項(xiàng)系數(shù)，結(jié)構(gòu)不屈服驗(yàn)算不考慮風(fēng)荷載與地震效應(yīng)的組合等，結(jié)構(gòu)等效彈性驗(yàn)算時(shí)，不考慮抗震等級(jí)的影響。建筑結(jié)構(gòu)在遭遇大震時(shí)，結(jié)構(gòu)阻尼比取值0.07，連梁剛度折減系數(shù)取值0.3，周期折減系數(shù)取值1.0，并且在中震時(shí)取小震與大震的均值進(jìn)行驗(yàn)算。通過電算，本項(xiàng)目各個(gè)構(gòu)件在中震條件下的承載能力完全滿足建筑抗震設(shè)計(jì)要求。為了進(jìn)一步研究剪力墻結(jié)構(gòu)在中震受拉的情況下，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)墻肢的最大拉力、力矩進(jìn)行驗(yàn)算，進(jìn)而判定構(gòu)件雙向偏心受拉的截面，如果截面拉力作用點(diǎn)在縱向鋼筋包圍面積之外，則力矩與拉力之比超出墻肢面積h/2-αs時(shí)屬于大偏心受拉，未超出時(shí)為小偏心受拉。本工程剪力墻墻肢的最大拉應(yīng)力為2.3MPa，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，剪力墻墻肢協(xié)同工作后，拉力水平降低，則不需再增設(shè)型鋼來提高剪力墻墻肢的抗拉性能。此外，結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件在小偏心受拉破壞時(shí)，混凝土未充分發(fā)揮其作用，進(jìn)而需將剪力墻墻肢的最小縱筋配筋率提高20%，保證剪力墻墻肢不會(huì)發(fā)生破壞。

4動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

4.1結(jié)構(gòu)差異對(duì)比本項(xiàng)目采用SAUSAGE2020軟件進(jìn)行地震結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。分別選取一組天然波和人工波，結(jié)構(gòu)主方向的最大加速度為220cm/s2，次方向最大加速度為180cm/s2，地震的有效時(shí)間不小于結(jié)構(gòu)周期的5倍，單條波剪力滿足抗震規(guī)范譜要求，地震波組的特征周期大于0.50s。在建筑彈塑性模型中，剪力墻特殊部位的縱向鋼筋配筋率依照0.40%計(jì)算，其余部位的縱向鋼筋配筋率按0.30%計(jì)算，此軟件僅考慮地上結(jié)構(gòu)部分，YJK-A與SAUSAGE2020計(jì)算軟件中建筑結(jié)構(gòu)前3個(gè)周期質(zhì)量對(duì)比如表1所示，可以得出結(jié)構(gòu)的自振周期相差較小，主要是SAUSAGE2020軟件中未減去梁、柱、板等重疊部分的質(zhì)量，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的差異。

4.2彈性與彈塑性結(jié)果對(duì)比在建筑大震的情況下，從主方向彈性與彈塑性基礎(chǔ)底部的建立時(shí)程分析法中可以看出，建筑結(jié)構(gòu)不斷損傷后，結(jié)構(gòu)的整體剛度逐漸降低，建筑周期逐漸增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)進(jìn)而進(jìn)入到彈塑性階段。

4.3結(jié)構(gòu)連梁損傷分析本工程對(duì)搭接的樓面框梁進(jìn)行加強(qiáng)，但型鋼混凝土連梁截面的壓損程度明顯低于普通混凝土連梁，連梁在型鋼混凝土加強(qiáng)后，鋼筋最大應(yīng)變集中于加強(qiáng)處與普通處的截面部位，連梁的普通段其損傷程度較大，鋼筋應(yīng)變介于0.65~0.85倍的屈服應(yīng)變，該結(jié)構(gòu)通過阻尼耗能，建筑整體進(jìn)入彈塑性程度，其耗能主要以連梁為主，與理論設(shè)計(jì)相符。

5結(jié)語

綜上所述，本建筑結(jié)構(gòu)主要屬于局部樓板不連續(xù)、扭轉(zhuǎn)位移比、抗側(cè)立構(gòu)件三項(xiàng)一般不規(guī)則的高層建筑。本文主要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱部位進(jìn)行了有效處理，最大程度降低了上部超限帶來的影響，滿足了建筑結(jié)構(gòu)的抗震需求。利用YJK-A與SAUSAGE2020軟件，對(duì)本結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能分析，得出結(jié)構(gòu)小震時(shí)，各個(gè)構(gòu)件應(yīng)力均未超過設(shè)計(jì)值，且構(gòu)件變形滿足要求，大震下彈塑性變形可以控制在規(guī)范以內(nèi)，達(dá)到小震不壞、大震不倒的目的。此外，通過相應(yīng)結(jié)構(gòu)抗震措施，滿足結(jié)構(gòu)中震可修的要求，保證結(jié)構(gòu)整體的安全，提供最優(yōu)的抗彎能力，滿足現(xiàn)代建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。

作者:吳化偉 單位:山西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司