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【關(guān)鍵詞】土木工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);抗震
前言:
在地震發(fā)生的過程中,產(chǎn)生的沖擊波會(huì)對(duì)建筑物的各部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的破壞作用。因此,隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震性已逐漸成為工程質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一。在土木工程施工前,需要收集大量地震災(zāi)害的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析,從而提升抗震計(jì)算的精確度與準(zhǔn)確度。
一、影響土木工程結(jié)構(gòu)的抗震性能的因素
在土木工程的施工設(shè)計(jì)中,抗震性已逐漸被重視起來。想要提升建筑工程的整體抗震性能,需要先對(duì)影響土木工程結(jié)構(gòu)的抗震性因素進(jìn)行了解和分析,才能提出針對(duì)性的解決措施?,F(xiàn)階段,影響抗震性的因素主要包括以下幾個(gè)方面:
1.土木工程建設(shè)的場(chǎng)地選擇
施工場(chǎng)地的選擇是影響土木工程抗震性最直接的影響因素,也就是說,想要提升建筑物的抗震性,首先就需要選擇一個(gè)良好的施工場(chǎng)地。在場(chǎng)地的選擇上需要注意以下幾點(diǎn):一是場(chǎng)地中的地基狀況。地基一定要保持一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài),才能在發(fā)生地震時(shí),避免由于地基不穩(wěn)而導(dǎo)致的工程結(jié)構(gòu)在地震中遭到破壞的現(xiàn)象。二是地勢(shì)要平坦開闊。只有選擇這樣的地形,才能有效避免滑坡、斷層等地質(zhì)破壞現(xiàn)象,能夠很好地確保地基的穩(wěn)固性,從而達(dá)到提高抗震性能的作用。
2.材料的選用以及機(jī)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)
在實(shí)施方案的制定過程中,需要通過選擇合適的結(jié)構(gòu)體系和材料,來達(dá)到提升整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的效果。當(dāng)前,土木工程施工中鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)形式已被廣泛使用,但由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在易彎曲、易側(cè)移等缺點(diǎn),在實(shí)際的施工中應(yīng)該準(zhǔn)確規(guī)劃其使用的部位,避免由于其變形而導(dǎo)致整體建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力有所下降。此外,可以采用鋼管混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等,降低柱體斷面的尺寸,從而優(yōu)化整體的建筑結(jié)構(gòu)。
3.合理控制土木工程結(jié)構(gòu)的高度
對(duì)于土木工程來說,無論哪種建筑都應(yīng)該適當(dāng)?shù)乜刂破浣Y(jié)構(gòu)的高度,這對(duì)建筑的抗震性具有非常重要的作用。從實(shí)際角度出發(fā),在地震中結(jié)構(gòu)物的高度與其受破壞情況成正比,也就是說,想要保證結(jié)構(gòu)物在地震中受到較小的破壞力,則需要其自身的高度不能過高。相反,結(jié)構(gòu)物過高時(shí),由于其穩(wěn)定性不足以抵抗地震的沖擊力,很容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的變形,造成嚴(yán)重的破壞后果。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要充分考慮到結(jié)構(gòu)物的高度,并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)及環(huán)境的基本情況,設(shè)定合理的高度,以充分保證建筑物本身的抗震能力。
二、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)抗震設(shè)計(jì)的具體措施
地震的破壞性是非常大的,但是隨著地震次數(shù)的增多,人們對(duì)其研究的水平也逐漸提升。在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該根據(jù)地震的形態(tài),制定出可以靈活運(yùn)用的設(shè)計(jì)方案,從而有效提升建筑物的抗震性,在整體設(shè)計(jì)上需要遵循以下幾方面的要求:
1.重視場(chǎng)地及材料的選擇工作
在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前,需要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行嚴(yán)格的勘測(cè)和調(diào)查,對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況、地形情況等進(jìn)行全面的掌握,并在此基礎(chǔ)上確定好抗震場(chǎng)地。并要避免凹陷、斷層、滑坡等危險(xiǎn)地段,對(duì)于實(shí)在避免不了的地段,要提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能,以此來滿足施工的要求。在工程材料的選擇上也要考慮到抗震性的要求,需要根據(jù)各種材料的參數(shù)對(duì)材料自身的抗震性及變異性能進(jìn)行有效的研究與分析。要充分保證工程材料的獨(dú)立特行,在其中某些材料存在問題或不能正常工作時(shí),并不會(huì)對(duì)其他材料起到反作用,影響其他材料的穩(wěn)定性,并且在整個(gè)建筑工程中要避免出現(xiàn)過度依賴某一構(gòu)件的現(xiàn)象,以保證在某一構(gòu)件失效時(shí),并不影響建筑的整體質(zhì)量。在土木工程結(jié)構(gòu)體系的確立過程中,應(yīng)該先明確好計(jì)算的簡(jiǎn)圖,要保證其具有良好的承載能力、抗變形能力及消耗地震能量的能力等。在施工的過程中,以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上需要保證整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度,對(duì)于容易發(fā)生問題或事故的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行必要的加固處理,以此來提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。
2.均勻地進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中,需要對(duì)建筑的橫隔層及其上下結(jié)構(gòu)比例的豎向收進(jìn)尺寸有所把握,在此基礎(chǔ)之上,對(duì)豎向受力進(jìn)行具體的分析,以保證分隔層的稱重均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。此外,在開設(shè)洞口時(shí)要保證其整齊性,從而增加整體結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度,確保整體結(jié)構(gòu)不會(huì)由于突然受到外力的作用而發(fā)生扭曲的現(xiàn)象。同時(shí),要保證同一層的支柱與其他連接結(jié)構(gòu)的剛性保持一致。使整體的剛度趨于平衡狀態(tài),增加結(jié)構(gòu)的延性,可以有效地吸收和散發(fā)部分地震能量。在設(shè)置填充墻的過程中,需要將墻與柱分割開來,并在不影響建筑的整體受力情況下,可以通過設(shè)置防震縫的形式保證防震結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
3.進(jìn)行合理有效的整體設(shè)計(jì)及和規(guī)劃
在土木工程整體的設(shè)計(jì)上,要保證柱體、隔板、樓蓋等連接部位的抗力和剛度,應(yīng)當(dāng)將所有的部件緊密連接在一起,無論是水平方向還是豎直方向,都應(yīng)該增強(qiáng)其協(xié)同度,從而提升整體結(jié)構(gòu)的抗震性與穩(wěn)定性。此外,良好的結(jié)構(gòu)規(guī)劃能夠確保建筑結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱的整體布局,這種對(duì)稱性包括外形的對(duì)稱和立體剛度的對(duì)稱,從而有效提升建筑的抗側(cè)力。同時(shí),只有保證好質(zhì)量的對(duì)稱,才能使建筑能夠很好地避免重心偏離,從而提升其均衡抵抗外力的能力。
4.需要簡(jiǎn)練的形狀
對(duì)于建筑物的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該保持一種簡(jiǎn)練的形狀。首先,建筑結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)練設(shè)計(jì)可以使各項(xiàng)結(jié)構(gòu)都清晰可見,從而很容易對(duì)各結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析,能夠有效提升建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性。其次,建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上減少了工程內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié),有效減少地震對(duì)建筑物的破壞作用,從而提高了整體建筑的抗震能力。
5.增強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能
在整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,要確保結(jié)構(gòu)的均勻性,建筑中的每一個(gè)構(gòu)建都應(yīng)有一定的延性及抗剪性,并合理選用塑性的變形結(jié)構(gòu),以此來提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)要提高重視,與此同時(shí)也要充分保障好鋼筋結(jié)構(gòu)的抗震性、延性和承載能力。在實(shí)際操作中,需要按照“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)建、強(qiáng)剪弱彎”等原則進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)梁柱的截面及軸壓比進(jìn)行有效的控制,從而提升各節(jié)點(diǎn)的抗震能力。
6.設(shè)置多道抗震防線
抗震防線的設(shè)置可以有效減少地震對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的沖擊力,是提升整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震性至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一。多道防線之所以能夠很好地起到抗震的效果,主要是因?yàn)樵诘卣鸬倪^程中,延性較好的構(gòu)件首先發(fā)揮其抗震作用,雖然其它構(gòu)件也有一定的抗震能力,但是發(fā)揮的作用相對(duì)較小,所以在第一道防線的設(shè)計(jì)中,需要保證好各構(gòu)件的延性及質(zhì)量,在此基礎(chǔ)之上,設(shè)置多道防線使地震波在傳達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)之前已被消除,從而提升抗震性能。
結(jié)束語:
土木工程的抗震性設(shè)計(jì)主要是為了減少由地震災(zāi)害所引起的房屋倒塌、建筑物被破壞等現(xiàn)象。在實(shí)際的抗震設(shè)計(jì)中既要結(jié)合施工場(chǎng)地的地質(zhì)、地形情況,還要考慮到設(shè)備、材料等一系列外界因素,是一項(xiàng)非常困難且繁瑣的工作。雖然現(xiàn)階段土木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作仍存在很多問題,但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷加快及人們對(duì)抗震性能關(guān)注度的提升,終會(huì)促使抗震設(shè)計(jì)工作發(fā)揮其自身的價(jià)值,從而有效提升建筑的整體抗震性。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:土木工程;結(jié)構(gòu);抗震技術(shù)
中圖分類號(hào): E271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
引言
近幾年,全球各地各種自然災(zāi)害的發(fā)生率明顯提高,其中地震對(duì)居民生活以及城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極大的破壞作用,因此,在進(jìn)行土木工程施工時(shí),施工人員應(yīng)該充分考慮地震對(duì)施工的影響,針對(duì)建筑施工的實(shí)際狀況,設(shè)計(jì)合理的抗震結(jié)構(gòu)。
一、土木工程抗震設(shè)計(jì)的概述
建筑的抗震設(shè)計(jì)對(duì)于國(guó)家財(cái)產(chǎn)的保護(hù),人民生命安全都有著極其重要的意義,當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí),建筑抗震設(shè)計(jì)不僅僅能夠保護(hù)人們的生命安全,還保護(hù)了國(guó)家財(cái)產(chǎn),為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。所以建筑抗震設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中極其重要的內(nèi)容。但是,由于地震等災(zāi)害的發(fā)生具有不確定性,隨時(shí)性,破壞性等的特點(diǎn)。土建工程的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于整體的工程質(zhì)量以及使用者的人身安全都有及其重要的作用。土木建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì),能夠在概念設(shè)計(jì)中清晰的表達(dá)。為了更好的做好土木建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)之前需要精確的掌控災(zāi)害能量的最大輸入,結(jié)構(gòu)體系,土木建筑結(jié)構(gòu)的類型,剛度分布等相關(guān)問題。這樣就可以從根本上消除土木工程建筑結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。
二、土木工程結(jié)構(gòu)中影響抗震設(shè)計(jì)的因素分析
在實(shí)際施工過程中,土木工程受諸多因素影響其抗震能力有較大的波動(dòng)掌握土木工程抗震技術(shù)的前提是明確土木工程影響抗震能力的因素,筆者對(duì)影響因素做了以下總結(jié):
1、地基影響因素。地基是建筑物整體質(zhì)量的基礎(chǔ)保障,是后期各項(xiàng)施工順利開展的依據(jù),如果土木工程地基選址不合理,在實(shí)際施工過程中建設(shè)工程的抗震能力將受到嚴(yán)重削弱;
2、土木工程的結(jié)構(gòu)及原材料對(duì)土木工程抗震能力有直接影響,施工過程中如果土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理或者使用的原材料質(zhì)量存在問題,土木工程的整體質(zhì)量將受到嚴(yán)重影響,其抗震強(qiáng)度必將受到嚴(yán)重削弱;
3、建筑項(xiàng)目的高度對(duì)土木工程抗震能力有直接影響。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市高層建筑數(shù)量越來越多,國(guó)家對(duì)高層建筑的安全指標(biāo)、材料特性以及力學(xué)模型等提出了更高要求,以上因素如果不符合施工要求遇到地震危害后將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果;
4、抗震預(yù)防影響因素。在實(shí)際施工過程中各建設(shè)項(xiàng)目必須針對(duì)建筑物抗震性能編制合適的預(yù)防措施,為提高土木工程使用壽命提供技術(shù)保障。
三、深化土木工程抗震設(shè)計(jì)的對(duì)策
1、合理選擇地基場(chǎng)地
合理選擇地基場(chǎng)地是促進(jìn)我國(guó)土木工程抗震技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。在實(shí)際施工過程中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際施工狀況選擇合理的施工場(chǎng)地,施工人員必須深入施工現(xiàn)場(chǎng),了解土木工程所在地的地質(zhì)狀況,明確該地段的地震活躍狀況,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際地震發(fā)生情況對(duì)可能出現(xiàn)地震區(qū)域進(jìn)行分析,研究人員還應(yīng)該準(zhǔn)確地評(píng)定該區(qū)域一旦發(fā)生地震后地震的等級(jí)以及毀壞程度等。選址過程中,應(yīng)該盡量少選擇不利于施工的場(chǎng)地,如果建設(shè)項(xiàng)目中必然存在施工困難的區(qū)域,施工人員應(yīng)該對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)加工加固,經(jīng)過篩選后的地基應(yīng)該處在密度較高或者巖石較多的基土位置,從根本上提高建筑物的抗震能力。
2、關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則特性
實(shí)際施工中,為提高土木工程的抗震能力,施工人員還應(yīng)該更高度關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則特性。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡量選擇最簡(jiǎn)單的抗側(cè)力結(jié)構(gòu),與此同時(shí)確保結(jié)構(gòu)的規(guī)律特性,在實(shí)際施工過程中,在合理分布建筑物承載能力的同時(shí),還能提高建筑物的穩(wěn)定性和牢固性。如果土木工程的結(jié)構(gòu)不規(guī)則,施工時(shí)鋼心和建筑物結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的交錯(cuò)現(xiàn)象,一旦發(fā)生地震建筑物架構(gòu)將出現(xiàn)嚴(yán)重偏離,整體強(qiáng)度降低后土木工程的穩(wěn)定性也隨之降低。因此,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則特性,減少因建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則引發(fā)的地震災(zāi)害。
3、合理選擇建筑結(jié)構(gòu)原材料
合理選擇建筑結(jié)構(gòu)原材料是提高建筑物整體質(zhì)量的基礎(chǔ)保障。鋼筋材料在土木工程施工中使用范圍非常廣,鋼筋材料的質(zhì)量直接決定建筑物的整體抗震能力。因此,施工人員應(yīng)該結(jié)合建筑施工的實(shí)際狀況,選擇合適的材料,在考慮鋼筋韌性的同時(shí)還應(yīng)該充分考慮鋼筋的受力方向與豎直方向。在選取土木工程施工中使用其他材料時(shí),施工人員在考慮材料抗震性能的同時(shí)還應(yīng)該注重成本控制,從根本上為土木工程的發(fā)展提供動(dòng)力。
4、合理設(shè)計(jì)隔震及消能減震項(xiàng)目
地震常發(fā)帶對(duì)土木工程的抗震能力要求非常高,土木工程不僅要具備基本的抗震能力還應(yīng)該具有隔震和消能減震的作用。因此,土木工程研究人員應(yīng)該在選址期間確保地基的密實(shí)性和穩(wěn)定性,從根本上降低地震對(duì)建筑物整體質(zhì)量的影響。另外,研究人員還應(yīng)該結(jié)合建筑物自身存在差異,明確各建筑物的隔震系數(shù),選擇合適的隔震支座,提高建筑物的抗震性能。最后,研究人員還應(yīng)該設(shè)計(jì)合適的隔震和抗震構(gòu)建,明確建筑用材的延性,減小地震對(duì)建筑物的破壞。
5、加固設(shè)計(jì)
5.1如果土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問題,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該及時(shí)增加構(gòu)建的數(shù)量,以增強(qiáng)土木工程整體強(qiáng)度為依據(jù),提高建筑物的整體抗震性能。
5.2設(shè)計(jì)人員應(yīng)該通過增強(qiáng)建筑物承載性的方法提高土木工程的抗震能力,在擴(kuò)大建筑物原截面的同時(shí),增加構(gòu)建提高建筑物的穩(wěn)固性。
5.3如果建筑物的整體結(jié)構(gòu)不符合土木工程抗震標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)人員應(yīng)該及時(shí)調(diào)整建筑物整體結(jié)構(gòu),在分散地震力的過程中減少地震對(duì)建筑帶來的損壞。
四、土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的未來發(fā)展
1、積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力這句至理名言適用于任何地方,抗震的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不例外。只有擁有先進(jìn)的技術(shù)才能保證抗震設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。應(yīng)該積極借鑒國(guó)外的先進(jìn)抗震技術(shù),再結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況,建造出適合于我國(guó)的抗震建筑,才是我國(guó)建筑行業(yè)長(zhǎng)久、持續(xù)、健康發(fā)展的不懈原動(dòng)力。
2、不斷培養(yǎng)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè)人才
我國(guó)長(zhǎng)久以來的應(yīng)試教育體制在一定程度上扼殺了人才的創(chuàng)新能力?,F(xiàn)階段我國(guó)正大力提倡素質(zhì)教育,但我國(guó)人口多決定了這并不是一蹴而就的事,需要有一個(gè)時(shí)間上的過渡階段,需要人們的不懈努力才能完成。為實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育,培養(yǎng)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)型人才,應(yīng)該在各個(gè)大專院校的課程中設(shè)置抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè),教師在傳授理論知識(shí)的同時(shí),不能忽視學(xué)生的實(shí)踐能力,組織建筑領(lǐng)域抗震設(shè)計(jì)比賽,最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性,使其充分發(fā)揮聰明才智,不斷鼓勵(lì)他們,使他們不斷研究探索,最終成為既有理論基礎(chǔ)又具備實(shí)踐能力的真正意義上的專業(yè)型的人才,為我國(guó)建筑的抗震結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)更多的力量。
3、完善相應(yīng)的法律法規(guī)
法律法規(guī)是監(jiān)督和約束建筑人員工作規(guī)范的行為準(zhǔn)則。只有建立了一定的法律法規(guī),才能使建筑設(shè)計(jì)和施工人員時(shí)刻擺正自己的位置,工作上做到認(rèn)真負(fù)責(zé),保質(zhì)保量的完成工作。法律法規(guī)一方面是專業(yè)問題有效藍(lán)本和依據(jù),很多專業(yè)問題可以從中找到明確的答案,使施工人員有章可循。另一方面的作用是有法可依。特別是有些施工人員沒有按照既定的操作流程進(jìn)行工作,或有的施工人員違背職業(yè)道德,相應(yīng)的法律法規(guī)對(duì)此都有明確的懲罰措施,這不僅可以對(duì)犯錯(cuò)人進(jìn)行了有力的懲罰,更為深廣的作用是警示他人,警鐘長(zhǎng)鳴,規(guī)范人的行為。
結(jié)束語
總之,土木工程結(jié)構(gòu)中抗震技術(shù)對(duì)提高建筑物整體質(zhì)量、增加建筑物使用壽命有直接作用。土木工程建設(shè)者應(yīng)該在明確影響土木工程抗震能力的因素的前提下,從合理選擇地基場(chǎng)地、關(guān)注土木結(jié)構(gòu)的規(guī)則特性以及合理設(shè)計(jì)隔震及消能減震項(xiàng)目等方面著手,全面提高建筑物的抗震能力。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:砌體 ;結(jié)構(gòu);地震;設(shè)計(jì);未來
中圖分類號(hào):TB482.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
引言:
砌體的結(jié)構(gòu)在我國(guó)有著悠久的歷史,秦磚漢瓦和萬里長(zhǎng)城都是我們引以為豪的象征。砌體結(jié)構(gòu)的材料有極強(qiáng)地方性,且取材容易、加工簡(jiǎn)單,砌筑工藝也易掌握,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間改進(jìn)與發(fā)展,形成具有地方特色傳統(tǒng)制作方式、砌筑方法。據(jù)統(tǒng)計(jì),在全國(guó)墻體材料中,以砌體為承重或非承重(填充、圍護(hù))材料大約占到85%左右,因而,砌體材料在另一方面也是我國(guó)主要墻體材料。
一、砌體介紹
多層砌體房屋是我國(guó)民用建筑中數(shù)量最多,分布最廣的一種類型。今后相當(dāng)一段時(shí)期,雖框架,剪力墻及其他結(jié)構(gòu)迅猛發(fā)展,不過由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口環(huán)境等現(xiàn)實(shí)情況,多層砌體房屋仍是多數(shù)城鎮(zhèn)民用建筑的主要結(jié)構(gòu)形式,經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)更是如此。但這類房屋建筑,因?yàn)橛纱嘈圆牧险惩链u及砂漿砌筑成,若未合理抗震設(shè)計(jì),其抗震性能一般是較差的。
(一)土木工程歷史
中國(guó)土木工程歷史
上古時(shí)期,中國(guó)古人類在野處穴居,為避免野獸侵襲,有巢氏(中國(guó)傳說中巢居的發(fā)明者),教古人離開天然巖洞并構(gòu)木為巢,居樹上。古代土木工程多用土、石、木材料筑造,建造技術(shù)、藝術(shù)造型達(dá)到極高成就。如長(zhǎng)城、趙州橋和都江堰等都是具代表性的我國(guó)古代土木工程杰作。
世界土木工程的發(fā)展歷史
在歐洲,約8000年前就已開始用曬干的磚;鑿琢自然石采用,大約5000~6000年前;談到建筑中采用的磚,亦有3000年歷史。世界古代偉大的建筑,以公認(rèn)七大奇跡最引人注目,它們也都建于公元前600年~公元前200年,且均是石材建造,大都用于宗教、軍事、航海。而且都建于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)科技極發(fā)達(dá)地區(qū),這說明土木工程的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)繁榮科技進(jìn)步密不可分。
(二)土木工程現(xiàn)狀
隨著在19世紀(jì)中葉鋼材、混凝土在土木工程中的使用,及20世紀(jì)20年代的后期預(yù)應(yīng)力混凝土制造成功,造摩天大樓、大跨度建筑及跨海峽1000m以上大橋成為可能。目前,世界上最高的建筑是中國(guó)臺(tái)北101大廈,總高度508m。在近代體育事業(yè)蓬勃發(fā)展,使大跨度房屋在世界各地亦如雨后春筍般地涌現(xiàn)。
二、震害分析
(一)震害調(diào)查 歷次的震害表明,多層混合結(jié)構(gòu)的房屋最易受地震破壞,1976年唐山地震,一千余棟多層砌體的房屋中,倒塌率70%~90%;1991年新疆柯坪地震,1993年云南普洱地震,多層砌體房屋破壞率達(dá)75%。其中,未設(shè)防老舊建筑比縱橫墻的承重房屋破壞更急嚴(yán)重,平面形狀不規(guī)則建筑物震害比簡(jiǎn)單體型建筑嚴(yán)重,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的不合理,縱橫墻拉結(jié)的不充分,以及整體剛度差,這些都是為地震破壞之隱患。
(二)影響震害主要因素 地震造成房屋破壞,影響因數(shù)是多方面的。由于砌體結(jié)構(gòu)布置形式,結(jié)構(gòu)反應(yīng)及動(dòng)力特性的不同,抗震性能也各不同,且還與地震烈度、地基條件、建筑體型、房屋的質(zhì)量、剛度、空間整體性、構(gòu)造措施及施工質(zhì)量等有關(guān)。
(三)結(jié)構(gòu)在地震中的主要特點(diǎn)
地震是以波的形式,從震源向周圍傳播,通過巖土及地基,使建筑物基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不規(guī)則往復(fù)振動(dòng)和激烈變形。結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)稱地震反應(yīng),包括位移、速度和加速度。同時(shí),在結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生大的內(nèi)力(應(yīng)力)和變形,當(dāng)它們超過材料構(gòu)件的各項(xiàng)極限值,結(jié)構(gòu)就將有各種程度的破壞,如混凝土裂縫、鋼筋屈服、顯著的殘余變形、局部的破損、碎塊或構(gòu)件墜落、整體結(jié)構(gòu)傾斜、甚至還會(huì)倒塌等等。
(四)震害的防治對(duì)策 對(duì)于近震中的地區(qū),可能會(huì)遭受較強(qiáng)水平豎向地震作用的房屋,要適當(dāng)加強(qiáng)在房屋的上部安全度。而對(duì)于彈性方案的房屋,可盡可能使各墻段有相近安全度,在縱橫兩向和各墻段間實(shí)現(xiàn)“等強(qiáng)”設(shè)計(jì)。
(五)設(shè)計(jì)建議 規(guī)范對(duì)多層砌體房屋的地震作用,一般只是考慮水平方向,所以,在現(xiàn)有程序的分析時(shí),房屋的上部結(jié)構(gòu)其抗震驗(yàn)算易滿足,這使工程設(shè)計(jì)人員對(duì)調(diào)整降低上部結(jié)構(gòu)砌體強(qiáng)度等級(jí)和砂漿強(qiáng)度等級(jí)時(shí)節(jié)約投資。
三、土木工程的未來
地球上可居住、生活及耕種的土地有限,反過來,人口增長(zhǎng)速度在不斷加快。因此,人類為爭(zhēng)取生存,土木工程未來至少應(yīng)朝五個(gè)方向發(fā)展:向高空延伸、向地下發(fā)展、向海洋拓寬、向沙漠進(jìn)軍、向太空邁進(jìn)等。
四、結(jié)語
砌體結(jié)構(gòu)不僅是一種量大和面廣的結(jié)構(gòu)形式,也是一種抗震性能差的結(jié)構(gòu)形式。但我們不可能徹底地淘汰、摒棄它。只有面對(duì)現(xiàn)實(shí),并要孜孜不倦地深入研究,提高其抗震性能。不斷賦予砌體新內(nèi)容、新理念,使砌體有更好的抗震性和安全性,這也是我們研究的目的。
參考文獻(xiàn):
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[4]砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50003-2002.
關(guān)鍵詞:
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);教學(xué)方法;課程聯(lián)系;震害分析
中圖分類號(hào):TU3521;G6420文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):
10052909(2018)02008004
中國(guó)屬于地震多發(fā)國(guó)家,減輕地震災(zāi)害、保護(hù)人民生命安全,對(duì)保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活有著重要的作用,其中建筑結(jié)構(gòu)抗震減震是減輕地震災(zāi)害的有效技術(shù)手段。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是土木工程學(xué)科的專業(yè)課之一,是一門建立在震害調(diào)查基礎(chǔ)上的理論性與實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[1],該課程對(duì)培養(yǎng)抗震意識(shí)、理解抗震理念、掌握抗震設(shè)計(jì)的專門人才有重要作用,目前很多學(xué)校的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)都是必修課程。
地震具有很強(qiáng)的不確定性、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的非線性以及地震作用屬于動(dòng)力荷載的特點(diǎn),因此相對(duì)其他土木工程專業(yè)課程,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程理論不夠系統(tǒng)、成熟,課程實(shí)際教學(xué)效果中學(xué)生對(duì)抗震設(shè)計(jì)流程不熟練、抗震設(shè)計(jì)理念掌握得不扎實(shí),不能靈活運(yùn)用抗震知識(shí)。在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程改革方面,哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出在教學(xué)改革中要堅(jiān)持理論與實(shí)際相結(jié)合,堅(jiān)持教學(xué)、科研一體化,強(qiáng)化師資隊(duì)伍建設(shè),注重互動(dòng)、啟發(fā)的教學(xué)方法,建立長(zhǎng)效考核機(jī)制的建議[2]。同濟(jì)大學(xué)提出形成以反應(yīng)譜理論、概念設(shè)計(jì)為主線的教學(xué)理念,并突出結(jié)構(gòu)變形能力的重要性,討論了地震震害特點(diǎn)、抗震設(shè)防原則、地震作用計(jì)算和概念設(shè)計(jì)及構(gòu)造措施等四個(gè)方面的教學(xué)要點(diǎn)[3]。湖南大學(xué)提出土木工程專業(yè)應(yīng)按照“大土木”的思想,將建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程拓展為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程,在教材建設(shè)、課程教學(xué)等方面做出調(diào)整和改革建議[4]。武漢大學(xué)提出合
理安排教學(xué)內(nèi)容、重視理論推導(dǎo)、教學(xué)與規(guī)范相結(jié)合以及重視實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)建議[5]。由此可見,突出“教、學(xué)、研”一體化,教學(xué)和科研緊密結(jié)合,課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)的共同認(rèn)識(shí),同時(shí)應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性,以達(dá)到培養(yǎng)建筑抗震綜合素質(zhì)型人才的教育目的[6]。
筆者在承擔(dān)該課程的教學(xué)過程中,根據(jù)本專業(yè)學(xué)生思維特點(diǎn)和學(xué)習(xí)情況,總結(jié)了該課程的教學(xué)過程應(yīng)主要強(qiáng)調(diào)基本概念、基本理論以及知識(shí)體系的寬度,尤其要重視與相關(guān)課程知識(shí)體系間的銜接,使學(xué)生系統(tǒng)性地掌握抗震知識(shí)。
一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程現(xiàn)狀
在土木工程專業(yè)四年制本科教學(xué)中,建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程通常安排在第六學(xué)期或第七學(xué)期開展,一般為32學(xué)時(shí)。該課程不僅要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)(微分方程、概率論)、力學(xué)(材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué))以及動(dòng)力學(xué)(單自由度、多自由度結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析)基礎(chǔ),而且要求學(xué)生熟知建筑材料(砌體、混凝土、鋼材)、地基基礎(chǔ)、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程知識(shí)。如何綜合運(yùn)用這些知識(shí),理解掌握抗震設(shè)計(jì)理論和方法是課程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。
建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程的教材通常包含了大量中國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[7]的條文、公式以及表格,條文涉及了許多調(diào)整系數(shù)和抗震構(gòu)造措施,內(nèi)容相對(duì)乏味且規(guī)律性不強(qiáng)。另外,由于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程與其他課程存在聯(lián)系,檢驗(yàn)教學(xué)效果需要涉及很多其他課程的知識(shí),過多的知識(shí)重復(fù)容易降低學(xué)生課堂注意力,且學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握程度的差異影響課程教學(xué)效果。
總的來說,建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程具有以下特點(diǎn):理論難度較大、知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐教學(xué)少。
二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)方法探索
(一)加強(qiáng)課程間聯(lián)系,拓展知識(shí)和能力的深度和寬度
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)本科生階段以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)作為主要理論基礎(chǔ)的專業(yè)課,其前繼專業(yè)基礎(chǔ)課程有理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)等,它們主要以結(jié)構(gòu)的靜力分析和設(shè)計(jì)為主,與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析有很大差別,而且在工程抗震設(shè)計(jì)實(shí)踐中仍主要采用等效靜力的設(shè)計(jì)方法。因此強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程與前繼專業(yè)基礎(chǔ)課程之間的聯(lián)系和區(qū)別尤為重要。
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是確定地震作用,它與混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程完全相同,相當(dāng)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最不利荷載。反應(yīng)譜理論是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的核心概念,其目的就是確定結(jié)構(gòu)的地震作用,同時(shí)反應(yīng)譜理論又是結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析和等效靜力分析的聯(lián)系紐帶(如圖1所示),是與其他課程的重要區(qū)別。因此,授課老師不僅要講清楚反應(yīng)譜理論的基本概念,更要清晰闡述如何通過反應(yīng)譜理論從結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析轉(zhuǎn)換為等效靜力分析。
單條地震動(dòng)時(shí)程記錄的反應(yīng)譜曲線是通過單自由度結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析直接得到,規(guī)范中的設(shè)計(jì)譜是通過統(tǒng)計(jì)大量地震動(dòng)時(shí)程記錄的加速度反應(yīng)譜曲線,并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行平滑處理得到。因此通過規(guī)范中的設(shè)計(jì)譜可以近似得到單自由度結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大恢復(fù)力,將該力作為側(cè)向荷載作用到單自由度結(jié)構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)處進(jìn)行設(shè)計(jì),即完成了結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析轉(zhuǎn)換為等效靜力分析的過程。
規(guī)范中的設(shè)計(jì)譜本質(zhì)上是用來預(yù)估結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能遭受的地震作用,在前繼課程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)中,荷載匯集同樣是為了確定結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最不利荷載,其區(qū)別為恒荷載和活荷載是靜力荷載,地震作用是動(dòng)力荷載。因此,荷載匯集可以作為這些課程間的橋梁和紐帶,以荷載匯集為課程間知識(shí)聯(lián)系點(diǎn)講授反應(yīng)譜理論,一定程度上可拓展學(xué)生知識(shí)和能力的深度和寬度,加強(qiáng)課程間在培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)等方面的內(nèi)在聯(lián)系,將各門課程粘合成一個(gè)聯(lián)系緊密的整體。
(二)重視震害系統(tǒng)性分析,點(diǎn)面結(jié)合形成知識(shí)體系
地震給人類帶來災(zāi)難的同時(shí)也給人類呈現(xiàn)出寶貴的抗震資料,抗震設(shè)計(jì)理論是在大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上發(fā)展的,幾乎每經(jīng)歷一次大地震,都將呈現(xiàn)出未曾顯現(xiàn)或重視的震害現(xiàn)象,抗震設(shè)計(jì)理論就會(huì)隨之得到發(fā)展。由于地震的隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的滯回非線性,抗震設(shè)計(jì)理論經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,仍未形成系統(tǒng)成熟的理論。結(jié)構(gòu)的震害,尤其是砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的震害還不能準(zhǔn)確解釋。因此,歷史上成熟的震害經(jīng)驗(yàn)就顯得尤為寶貴,了解抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展史將有助于加深學(xué)生對(duì)抗震理論的認(rèn)識(shí),拓展學(xué)生知識(shí)面。
例如,2008年汶川8.0級(jí)特大地震和2010年玉樹71級(jí)地震中,中小學(xué)校舍建筑破壞較為嚴(yán)重,并導(dǎo)致許多中小學(xué)生傷亡。根據(jù)2010年玉樹地震震害調(diào)查資料,中小學(xué)校舍建筑是所有調(diào)查建筑物中破壞最嚴(yán)重的建筑類型,嚴(yán)重破壞和倒塌的占76%,其中倒塌占21%。汶川地震中鋼筋混凝土框架校舍建筑的震害現(xiàn)象為:框架柱震害明顯比框架梁嚴(yán)重,不符合一般框架結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”原則,而且結(jié)構(gòu)底層柱頂破壞比柱腳嚴(yán)重。通過震害照片、數(shù)值模擬分析結(jié)果系統(tǒng)闡述這一震害,指出震害的原因和解決方案:必須提高校舍建筑的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),深化落實(shí)“強(qiáng)柱弱梁”的抗震措施,對(duì)學(xué)生產(chǎn)生知識(shí)點(diǎn)“爆炸沖擊”,讓學(xué)生從震害分析中獲取抗震知識(shí),牢固掌握結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)理念。
(三)比較各國(guó)抗震設(shè)計(jì)方法,強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)思想
中國(guó)抗震規(guī)范采用兩階段設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)“小震不壞,中震可修,大震不倒”的三個(gè)水準(zhǔn)基本設(shè)防目標(biāo),大部分結(jié)構(gòu)只需要進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì),即采用小震的地震作用進(jìn)行截面承載力驗(yàn)算和彈性層間位移驗(yàn)算;通過抗震措施來實(shí)現(xiàn)第二和第三水準(zhǔn)的性能要求。日本建筑基準(zhǔn)法規(guī)定了兩個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì),第一水準(zhǔn)相當(dāng)于中國(guó)的中震水平,按照容許應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的彈性強(qiáng)度;第二水準(zhǔn)相當(dāng)于中國(guó)的大震水平,進(jìn)行結(jié)構(gòu)層間變形、極限層剪力、剛度率和偏心率驗(yàn)算。美國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范按照設(shè)計(jì)地震(相當(dāng)于中國(guó)的中震水平)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算,通過選擇結(jié)構(gòu)的不同延性等級(jí)來滿足相應(yīng)設(shè)防水準(zhǔn)的要求,采用結(jié)構(gòu)反應(yīng)調(diào)整系數(shù)R來折減彈性地震作用,從而考慮結(jié)構(gòu)的彈塑性變形能力對(duì)彈性反應(yīng)譜進(jìn)行折減。
通過橫向?qū)Ρ戎小⑷?、美抗震設(shè)計(jì)方法的異同,突出抗震設(shè)計(jì)的核心理念和中國(guó)抗震設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)。中國(guó)第二水準(zhǔn)和第三水準(zhǔn)抗震目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)屬于定性設(shè)計(jì),雖然簡(jiǎn)化了計(jì)算過程,表面上降低了運(yùn)用設(shè)計(jì)方法的難度,但要求更深入地理解和掌握,務(wù)必強(qiáng)調(diào)第二水準(zhǔn)和第三水準(zhǔn)是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重中之重,是保護(hù)結(jié)構(gòu)抗震安全性的關(guān)鍵手段。通過對(duì)比各國(guó)抗震設(shè)計(jì)方法可以有助于學(xué)生理解、掌握抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn),更好地理解、運(yùn)用中國(guó)的抗震設(shè)計(jì)方法。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)巧妙地順應(yīng)自然、適應(yīng)自然,充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)體系、關(guān)鍵構(gòu)件的塑性變形和耗能能力,才是降低地震災(zāi)害損失最有效的手段。
(四)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),全方位體驗(yàn)抗震知識(shí)
學(xué)生對(duì)地震的認(rèn)識(shí)主要通過教材和教學(xué)PPT,渠道相對(duì)單一,教學(xué)手段應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和實(shí)驗(yàn)室資源。首先,讓學(xué)生觀看地震視頻形成視覺沖擊,如觀看美國(guó)國(guó)家地理頻道出品的《終極災(zāi)難·地震》片段,宏觀感受地震對(duì)地球、大地、結(jié)構(gòu)、室內(nèi)物品的影響;觀看日本E-Defense振動(dòng)臺(tái)的足尺結(jié)構(gòu)試驗(yàn)錄像,細(xì)致觀察結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動(dòng)、變形以及破壞情況。然后,利用實(shí)驗(yàn)室中模擬地震振動(dòng)臺(tái)真實(shí)再現(xiàn)地震過程,讓學(xué)生如身臨其境般感受地震,以及讓學(xué)生觀看結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靜力推覆試驗(yàn),了解結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的基本情況。通過上述途徑讓學(xué)生全面了解地震、認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)在地震下破壞情況,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于抗震知識(shí)的興趣和好奇心,以便帶著問題在課堂上學(xué)習(xí)抗震知識(shí)。
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞:土木工程,現(xiàn)狀,發(fā)展趨勢(shì)。
中圖分類號(hào):S969.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
隨著人們對(duì)建筑要求的不斷提高,需要建構(gòu)高層、大規(guī)模,甚至是大跨度的建筑,并且要求既要滿足工程進(jìn)度以及質(zhì)量的要求,同時(shí)也需要保證成本的控制。
一、 土木工程發(fā)展現(xiàn)狀
1.土木工程理論的發(fā)展
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,與建筑相關(guān)的學(xué)科,包括:力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等等學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步,為土木工程的發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。信息化的不斷普及和深入發(fā)展,大型計(jì)算機(jī)在土木工程上的充分應(yīng)用,包括結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算到極限狀態(tài)理論、材料特性結(jié)構(gòu)分析等,使得土木工程在強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)之上快速、全面地提升和進(jìn)步。
2. 建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展
隨著土木工程的不斷發(fā)展和進(jìn)步,使用概率統(tǒng)計(jì)來設(shè)計(jì)和分析各種數(shù)據(jù),如: 荷載值、材料強(qiáng)度值。通過對(duì)風(fēng)力、陽光、地震等不同自然情況的綜合分析,結(jié)合工程的選址、結(jié)構(gòu)體系等實(shí)際情況,進(jìn)一步研究出可靠度極限狀態(tài)的設(shè)計(jì),得到工程的應(yīng)力情況和力學(xué)性能等,以確保其滿足現(xiàn)代土木工程的需要。隨著土木工程理論的不斷深入和技術(shù)的逐步發(fā)展,土木工程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃已經(jīng)改變了以往憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)工程方案的慣例,特別是大規(guī)模的土木工程,運(yùn)用了系統(tǒng)工程的理論和方法,趨利避害地全面考慮土木工程的安全、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等所有因素。
3.土木工程施工的發(fā)展
1) 建筑材料的發(fā)展。
復(fù)合材料高強(qiáng)鋼材等全新建筑材料在土木工程中得到了不斷發(fā)展和應(yīng)用。如: 碳纖維、鋁合金、鎂合金、鍍膜玻璃、雙層中空玻璃、玻璃纖維增強(qiáng)塑料( 玻璃鋼) 、各種節(jié)能混凝土等新型工程材料已在工業(yè)和民用建筑中得到廣泛使用,它們?cè)趶?qiáng)度和耐久性上表現(xiàn)出優(yōu)越性,為高層、大跨和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型土木工程建設(shè)提供了重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但是,這些材料也有其缺陷,如: 有些彈性模量偏低,有些成本太高,應(yīng)用范圍比較窄,所以還需要進(jìn)一步研究。
2) 土木工程實(shí)施工藝的發(fā)展。
工程實(shí)施的設(shè)備、工具不斷地向自動(dòng)化、機(jī)械化、科學(xué)化發(fā)展,如: 同步液壓千斤頂、直升機(jī)安裝技術(shù)、滑模等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn),使得大規(guī)模的、高層的、復(fù)雜的土木工程不斷發(fā)展并得以實(shí)現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)是施工工藝中最為突出的技術(shù)之一,可以應(yīng)用在大跨度、大開間等多層和高層建筑,還可應(yīng)用于核電站、預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)倉(cāng)、橋梁結(jié)構(gòu)、公路工程等等。
二、 土木工程發(fā)展趨勢(shì)
1.精密化的理論研究
未來土木工程的理論發(fā)展趨勢(shì)集中在力學(xué),利用物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)土木工程的不斷應(yīng)用,重點(diǎn)為解決數(shù)學(xué)分析與處理。現(xiàn)階段,有些領(lǐng)域還不夠完善,比如: 對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、流體介質(zhì)等受力分析,需要進(jìn)一步精密研究。對(duì)于土木工程中復(fù)雜的數(shù)值問題,還需要專門化的數(shù)學(xué)來解決。土木工程的信息化,可以模擬更復(fù)雜的施工情況。
2.土木工程材料的發(fā)展
土木工程的施工材料不僅要求質(zhì)量高、安全性高、使用壽命長(zhǎng),而且隨著生態(tài)型建筑理念的發(fā)展,對(duì)建筑材料造成污染、資源浪費(fèi)等問題上要求更高,需要發(fā)展新型的、高新技術(shù)、生態(tài)建筑材料,以適應(yīng)人和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。
1) 生態(tài)建材的發(fā)展。
為了實(shí)現(xiàn)綠色建筑,在保證工程質(zhì)量的前提下,選用生態(tài)建材是最首要和有效的途徑。比如選用環(huán)保材料、凈化材料、可再生材料、循環(huán)使用材料等等成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。生態(tài)建材的發(fā)明和使用,大大提高了人們居住品質(zhì),減少對(duì)環(huán)境的破壞,有效降低建筑垃圾的產(chǎn)生,避免建筑材料的浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)用最少的資源實(shí)現(xiàn)最高的品質(zhì)要求。新型生態(tài)材料的使用,在節(jié)水節(jié)電上進(jìn)一步優(yōu)化,節(jié)省資源,實(shí)現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。
2) 抗震強(qiáng)度高的鋼材。
隨著高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)建筑的不斷增多,對(duì)抗震材料的要求也越來越高。因此,要求建筑結(jié)構(gòu)使用的鋼材逐漸向高強(qiáng)度化、極厚化、低屈服比、低屈服點(diǎn)等方向發(fā)展。日本的建筑抗震效果較好,值得借鑒。他們研究的具有高抗震設(shè)計(jì)的低屈服比和低屈服點(diǎn)的鋼板,它們是采用調(diào)整化學(xué)成分和改建熱處理工藝等方法制成。生產(chǎn)出來的低屈服點(diǎn)鋼材可輔助結(jié)構(gòu)和減震控震裝置。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),首先達(dá)到屈服點(diǎn)開始變形,吸收了地震能,從而防止主體結(jié)構(gòu)的破壞。高強(qiáng)度的抗震材料的使用,不僅可以減少鋼材的使用量,還為抗震提供了安全保障,是未來鋼材發(fā)展的趨勢(shì)。
3) 智能化的混凝土。
目前使用的高性能的混凝土,具有體積穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、工作性強(qiáng)、耐久性好等等優(yōu)點(diǎn)。這些混凝土,具有高抗?jié)B性、抗腐蝕性、抗凍性等優(yōu)勢(shì),所以它們能夠在惡劣的環(huán)境下較長(zhǎng)時(shí)間的使用。最新設(shè)計(jì)的混凝土甚至可以使用100 年或者200 年以上。隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步和發(fā)展,智能化的混凝土將成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。智能化混凝土工程材料是指混凝土工程材料能夠接受某些環(huán)境信息,自覺地進(jìn)行邏輯判斷,同時(shí)做出能夠相適應(yīng)的混凝土相關(guān)材料。這種智能性的混凝土材料,可以根據(jù)工程的需要,維持和調(diào)整混凝土的性質(zhì),比如: 流動(dòng)性、保水性、粘聚性等,這樣可以防止建筑受到侵害,或者對(duì)破壞進(jìn)行修補(bǔ),或者當(dāng)有危險(xiǎn)時(shí)也可以警報(bào)。這種智能化的混凝土是未來建筑材料發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),但目前還比較昂貴,研究的人也不多。相信隨著信息科學(xué)、生命科學(xué)的不斷進(jìn)步,智能化材料也將逐漸進(jìn)入到土木工程的市場(chǎng)。
3.土木工程信息化的發(fā)展
近年來,信息化已經(jīng)普及,并且逐漸帶動(dòng)工業(yè)的信息化,必然也會(huì)對(duì)土木工程造成較大影響。土木工程的信息化包括智能信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等,這些信息化技術(shù)不斷滲透到土木工程中,并且涵蓋了土木工程的全過程,不僅限于設(shè)計(jì)和施工,還有工程的物業(yè)管理、物流管理、設(shè)備維護(hù)和建筑全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控等等各個(gè)方面。也可以利用計(jì)算機(jī)模擬管道空間布線,也可以利用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備的整體吊裝、大型橋梁懸索受力的控制、高溫高壓的焊接控制、建筑物的爆破等等。
4.防震與減災(zāi)
隨著當(dāng)前超大跨橋梁、高層建筑和大跨結(jié)構(gòu)建筑物的興起,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)更高、更長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。在很多的情況下,地震荷載已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。所以大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系的抗震設(shè)計(jì)及其相對(duì)應(yīng)的問題也得到了進(jìn)一步的關(guān)注。相關(guān)的研究包括地震動(dòng)的作用機(jī)理,建筑結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理等。
三、 結(jié)語
我國(guó)正處于土木工程大力興建時(shí)期,而隨后的30 年后,將進(jìn)入建筑物的維護(hù)時(shí)期,這就需要我們將土木工程信息化做大做強(qiáng),才能為今后的建筑物的維護(hù)、監(jiān)控等耗費(fèi)較大的工作做足準(zhǔn)備,土木工程的全程信息化具有重要意義。相信土木工程在科學(xué)進(jìn)步和人類智慧的共同發(fā)展下將會(huì)不斷地前進(jìn),并將實(shí)現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)飛躍,未來的土木工程將更好地為人類服務(wù),再創(chuàng)高峰。
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【關(guān)鍵詞】土木;建筑;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);安全;問題;對(duì)策
引言
土木工程設(shè)計(jì)的范圍比較廣泛,包括道路工程、建筑工程、地下工程、橋梁工程等等。隨著土木工程建設(shè)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大,其安全問題得到了越來越多的重視,如果出現(xiàn)安全和質(zhì)量問題,會(huì)導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生,不僅會(huì)危害人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全,還會(huì)給國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。因此,做好土木工程結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)顯得十分的重要。
1土木工程結(jié)構(gòu)安全性概述
土木工程結(jié)構(gòu)的安全性是指結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在荷載等各種可能出現(xiàn)的外加作用下防止破壞倒塌,保護(hù)人員設(shè)備不受損傷的能力。1.1結(jié)構(gòu)外加作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)外加作用一般作用、偶然作用、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料性能劣化(如鋼材銹蝕與混凝土腐蝕)的環(huán)境作用或環(huán)境影響。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi),必須具有適當(dāng)?shù)陌踩群瓦m當(dāng)?shù)目煽慷?,?yīng)滿足下列三個(gè)方面的基本功能要求:①在一般作用或環(huán)境作用下滿足正常使用的適用性要求;②在可能出現(xiàn)的一般作用和規(guī)定的偶然作用下,有足夠的承載力,能夠抵抗倒塌等嚴(yán)重破壞;③在可遇見或不可遇見的偶然災(zāi)害作用下或受到重大人為影響時(shí),結(jié)構(gòu)不應(yīng)發(fā)生與其初始原因不相稱的嚴(yán)重破壞后果,也就是結(jié)構(gòu)必須具備整體牢固性和穩(wěn)定性。(3)對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),要保證結(jié)構(gòu)的安全性,就必須做到以下幾點(diǎn):①在可能發(fā)生的一般作用與規(guī)定的偶然作用下,結(jié)構(gòu)的每一構(gòu)件(如梁、板、柱及其連接)都具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,即構(gòu)件在承載力上的安全性;②結(jié)構(gòu)必須有整體牢固性,無論天災(zāi)人禍,結(jié)構(gòu)都不應(yīng)該發(fā)生與其不相稱的嚴(yán)重破壞后果;③在環(huán)境作用下,結(jié)構(gòu)材料性能的劣化,應(yīng)控制在可接受的程度內(nèi)。注:對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),主要考慮的極限狀態(tài)有承載力極限狀態(tài)(與構(gòu)件的安全性相應(yīng))和正常使用時(shí)的變形極限狀態(tài)與裂縫極限狀態(tài)。1.2構(gòu)件承載力的安全設(shè)置水準(zhǔn)(1)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中,按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的一般計(jì)算式為:材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值無論在可靠度或者安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中,目前多普遍采用95%保證率的材料強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)值。(2)分項(xiàng)系數(shù)與安全因數(shù)一般荷載作用下:我國(guó)規(guī)范在計(jì)算承載力時(shí)所規(guī)定的材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)比英美的相應(yīng)安全系數(shù)低大約10~15%,由表1可以發(fā)現(xiàn),我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范構(gòu)件承載力安全設(shè)置水準(zhǔn)在國(guó)際上是最低的。偶然荷載作用下,我國(guó)規(guī)范只要求在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性(除特殊用途的建筑物外),并且只是規(guī)定地震作用與防火要求,并不考慮可能的爆炸、撞擊與嚴(yán)重人為錯(cuò)誤以及比規(guī)范規(guī)定烈度更大的地震出現(xiàn)時(shí)如何減輕災(zāi)難性后果的要求。1.3結(jié)構(gòu)的整體牢固性對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體牢固性,我國(guó)規(guī)范尚未能夠提出具體的分析方法與標(biāo)準(zhǔn),只能通過合理的結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置以及可靠的構(gòu)造措施加以保證。1.4環(huán)境作用我國(guó)土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范中的重點(diǎn)內(nèi)容是結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,但是對(duì)于環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求重視度不足,如干濕、凍融、以及工程周圍水、土中有害化學(xué)介質(zhì)侵蝕等環(huán)境問題。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)該要注意防止混凝土與鋼筋的侵蝕,防止混凝土發(fā)生開裂。
2當(dāng)前土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題
2.1土木工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)范的安全等級(jí)低目前我國(guó)在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中依然還存在著比較多的安全隱患,一些土木結(jié)構(gòu)在使用比較短的時(shí)間之后就出現(xiàn)了一些質(zhì)量問題,如建筑墻體出現(xiàn)裂縫和變形情況。而國(guó)外一些國(guó)家,一些建筑或者橋梁已經(jīng)具有幾百年的歷史,但是仍然具有比較完整的保存,基本上不存在大的質(zhì)量問題。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因是我國(guó)的土木結(jié)構(gòu)安全設(shè)置等級(jí)與國(guó)外一些國(guó)家相比較低。目前我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的抗震設(shè)防目標(biāo)是小震不壞,中震可修,大震不倒,在這樣的目標(biāo)下進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅僅能夠?qū)π〉卣鹬碌慕ㄖ3制渫旰?,?duì)于大地震就很難保證其結(jié)構(gòu)安全性。2.2土木工程設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性差只有保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性才能夠提高結(jié)構(gòu)的安全性。如果結(jié)構(gòu)具有比較高的穩(wěn)定性,那么即使建筑物受到一定程度上的損害,也不會(huì)對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。但是就我國(guó)目前情況來看,土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還比較低,土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)技術(shù)方面還較為欠缺,使得土木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌方、損壞等現(xiàn)象,造成一定的人員傷害。像玉樹地震等帶來的房屋倒塌等現(xiàn)象都在時(shí)刻告誡我們?cè)鰪?qiáng)土木工程穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。2.3框架柱截面積設(shè)計(jì)不規(guī)范一些地區(qū)對(duì)建筑物的抗震等級(jí)要求比較低,因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中通常會(huì)設(shè)計(jì)比較小的框架柱截面積。還有一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員為了對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行控制,在結(jié)構(gòu)體系中對(duì)框架柱的數(shù)量進(jìn)行盡可能的減少,對(duì)梁的跨度進(jìn)行增加;但是為了滿足設(shè)計(jì)要求,梁的剛度一般都是比較大的,這就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)強(qiáng)梁弱柱的情況,違背了強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)理念。強(qiáng)梁弱柱一旦遇到極端天氣或者地震等外力的作用,很容易導(dǎo)致建筑物梁柱核芯區(qū)等出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象,導(dǎo)致建筑物的使用年限大大的縮短;甚至還可能導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生坍塌的現(xiàn)象,嚴(yán)重危害人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。2.4在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員未意識(shí)到環(huán)境因素的重要性設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行土木工程設(shè)計(jì)時(shí)通常對(duì)怎樣提高工程的安全性能以及延長(zhǎng)工程的使用年限較為注重,而對(duì)環(huán)境因素的影響卻沒有引起足夠的重視。然而,環(huán)境因素對(duì)工程設(shè)計(jì)質(zhì)量也有著不容忽視的作用,如果濕度較大或是水的酸堿度以及化學(xué)藥品的腐蝕等環(huán)境因素的影響,會(huì)對(duì)土木工程的質(zhì)量造成一定的威脅,更有甚者會(huì)帶來一定的安全隱患。
3增強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的主要措施
3.1設(shè)計(jì)方法應(yīng)優(yōu)化隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,土木工程建設(shè)速度逐漸加快,必須加強(qiáng)對(duì)土木結(jié)構(gòu)安全性的重視,根據(jù)目前的實(shí)際情況制定出可行的建筑行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)制度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行最大限度的增強(qiáng)。同時(shí)采用的設(shè)計(jì)方法不應(yīng)該再局限于線型的小震靠計(jì)算、中震靠構(gòu)造的方法來進(jìn)行設(shè)計(jì),必須對(duì)對(duì)每一項(xiàng)工程進(jìn)行中震下的驗(yàn)算,對(duì)容易產(chǎn)生破壞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取有效的加固措施,保證結(jié)構(gòu)體系在中震的情況下也能夠保持其完好無損。另外還應(yīng)該結(jié)合我國(guó)實(shí)際需要,對(duì)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn),借鑒國(guó)外的一些技術(shù)和理念,提高我國(guó)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。3.2重視設(shè)計(jì)人員安全責(zé)任觀念的培訓(xùn)力度設(shè)計(jì)人員在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用,對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性有著重要的影響。在結(jié)果設(shè)計(jì)過程中,不僅應(yīng)該要求設(shè)計(jì)人員具備扎實(shí)的理論知識(shí)和專業(yè)技能。還應(yīng)該要求其具有安全責(zé)任觀念和安全意識(shí)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須做好反復(fù)計(jì)算工作,保證每一個(gè)數(shù)據(jù)都是有據(jù)可循的。為提高設(shè)計(jì)人員的安全意識(shí)和專業(yè)技能,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)和學(xué)習(xí),要求設(shè)計(jì)人員不斷的進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),保證設(shè)計(jì)的高質(zhì)量。3.3加強(qiáng)科研,推動(dòng)創(chuàng)新提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平可以使設(shè)計(jì)成品具有更高的水品,更合理的結(jié)構(gòu)形式,因此要不斷加強(qiáng)創(chuàng)新,不斷發(fā)展。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不能安于現(xiàn)狀,必須通過大量研究并反復(fù)計(jì)算,將成果運(yùn)用到實(shí)際工程中。只有這樣設(shè)計(jì)出的成品才能更加安全可靠。3.4嚴(yán)格控制建筑使用條件在土木工程結(jié)構(gòu)交付使用之后,需要交給建筑責(zé)任主體方對(duì)建筑的使用要求進(jìn)行控制,要求建筑物按照設(shè)計(jì)條件進(jìn)行使用,嚴(yán)禁出現(xiàn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行使用的情況,提高結(jié)構(gòu)的可靠性。3.5做好內(nèi)力組合設(shè)計(jì)土木結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)就是內(nèi)力組合設(shè)計(jì)。在內(nèi)力組合設(shè)計(jì)中需要以結(jié)構(gòu)的承載力抗震系數(shù)為依據(jù),要求選擇抗震性能比較好的材料,同時(shí)還需要根據(jù)受彎梁、偏壓柱、受剪及構(gòu)件承載力等因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)的承載力抗震系數(shù)的調(diào)整,從而對(duì)土木結(jié)構(gòu)的承載能力進(jìn)行提高。3.6加大設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)安全監(jiān)督力度一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題也和安全監(jiān)督不到位有關(guān),應(yīng)定期或不定期的審查建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程,保證整個(gè)設(shè)計(jì)過程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。
4結(jié)語
關(guān)鍵詞:土木工程;地基加固;技術(shù)應(yīng)用
目前土木工程已經(jīng)成為了建筑設(shè)計(jì)和施工建設(shè)的重要組成部分,它是建立在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,其主要原因是,土木工程與其它工程相比較之下具有相對(duì)復(fù)雜性,在分析的過程中,很難兼顧和考慮現(xiàn)場(chǎng)的多方面因素。再者就是只能夠在實(shí)踐中才能夠發(fā)現(xiàn)真實(shí)存在的問題,進(jìn)而尋求解決的策略,進(jìn)而推進(jìn)土建工程設(shè)計(jì)技術(shù)和理論的發(fā)展。
1 土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1土木工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
土木工程建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要達(dá)到國(guó)家規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)格,混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要考慮到凝土的強(qiáng)度和防滲水能力,還要考慮到建筑結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的環(huán)境長(zhǎng)期使用過程中所受到的材料腐蝕和水力的沖擊所造成的質(zhì)量下降,要為混凝土結(jié)構(gòu)的后期質(zhì)量檢修和加強(qiáng)留有充分的余地,能夠在建筑材料損毀或老化情況下進(jìn)行部件的重置和維護(hù),保證混凝土結(jié)構(gòu)在使用中的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)工程的使用周期。
1.2土木工程中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.2.1剪力墻結(jié)構(gòu)概述
剪力墻指的是建筑中,用于承受風(fēng)荷載或地震作用所引起的水平荷載的墻體,因此,剪力墻又可以稱作為抗風(fēng)墻或抗震墻。由此可以看出,剪力墻的設(shè)置是為了保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)不遭受到剪切破壞。通常情況下,剪力墻的施工材料會(huì)選擇鋼筋混凝土,以增強(qiáng)房屋及構(gòu)筑物的堅(jiān)固性。建筑結(jié)構(gòu)指的是房屋或構(gòu)筑物中,由一定數(shù)量的構(gòu)件而連接形成的具有承受一定荷載能力的空間體系。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn),建筑結(jié)構(gòu)的分類也有所區(qū)別。根據(jù)不同的施工方法,建筑結(jié)構(gòu)可分為混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。由于剪力墻具有較強(qiáng)的抗側(cè)力剛度和抗震性能,而且用鋼量也比較小,因而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。簡(jiǎn)單來說,剪力墻結(jié)構(gòu)就是利用鋼筋混凝土墻板來承受來自垂直方向和水平方向的力的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí),通常會(huì)使用鋼筋混凝土墻板取代之前框架結(jié)構(gòu)中的梁柱,從而提高承受荷載的能力。換言之,剪力墻結(jié)構(gòu)主要指的是豎向的鋼筋混凝土墻板,而橫向仍然沿用鋼筋混凝土的大樓板搭載在墻上,而這個(gè)結(jié)構(gòu)就成為剪力墻結(jié)構(gòu)。
1.2.2剪力墻平面結(jié)構(gòu)布置
剪力墻的平面布置首先要做到的就是保證均勻,并保證質(zhì)量中心和剛度中心處在重合的狀態(tài)下,減少力矩對(duì)墻體的作用力。剪力墻在施工中應(yīng)當(dāng)沿主軸方向布置,并保證剪力墻的抗側(cè)力剛度保持在合理范圍內(nèi),如果有必要可適當(dāng)增加可利用空間,并保證適當(dāng)?shù)母叨取A硗?,剪力墻還應(yīng)當(dāng)保持合理的間距,通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì),公式為 T=(0.05-0.06)n,其中 n 為建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)。實(shí)際剪力墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)與計(jì)算結(jié)果接近。剪力墻處理要具備較強(qiáng)的承重能力與剛度,還應(yīng)當(dāng)保證良好的延伸性和彈性,從而保證其在因外力作用產(chǎn)生裂縫時(shí),剪力墻還能夠不發(fā)生倒塌。
1.2.3剪力墻約束邊緣構(gòu)件處理
約束邊緣構(gòu)件能夠促使剪力墻的承載能力得以顯著提高,并減少層間位移,同時(shí)提高抗震能力,而且對(duì)于墻板也能提供穩(wěn)定作用。剪力墻抗震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足第一振型的抵抗力矩大于承受力矩的一半以上。約束邊緣構(gòu)件的確定應(yīng)當(dāng)以剪力墻相關(guān)軸壓比為依據(jù)。一般來說,抗震等級(jí)較高的剪力墻,應(yīng)當(dāng)采取層數(shù)較多的約束邊緣構(gòu)件,并有效控制剪力墻的均勻性,以從根本上提高墻肢的承重能力。
1.3土木工程中承重墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
現(xiàn)代房屋多屬矩形平面,其橫向剛度往往要小于縱向剛度,這就要求必須要有足夠的橫墻,才能有效保證房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。從地震災(zāi)害可知,房屋墻體一般都是剪切破壞。因此,在進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)時(shí),必須要提高建筑的抗剪強(qiáng)度,以提升房屋橫墻的抗震能力。以提高建筑的抗剪強(qiáng)度,就要求提高材料的強(qiáng)度等級(jí),并相應(yīng)增加橫墻的軸壓力,因此需要將橫墻盡量成為承重與隔斷相結(jié)合的墻體。當(dāng)房屋建設(shè)中的房間比較大時(shí),設(shè)有沿進(jìn)深方向的梁應(yīng)支撐在縱墻上,以使縱墻承重。同時(shí),建筑樓板應(yīng)沿縱向擱置,因此形成橫墻承重,再加上縱墻因存在軸壓力而增加其抗剪能力。
2 結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)中的常見問題分析
2.1框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度
在土木工程框架柱的計(jì)算過程中,首先要取框架柱的長(zhǎng)度為結(jié)構(gòu)的層高,但是由于梁柱縱筋相互交叉形成的節(jié)點(diǎn)連接接近剛接,不是結(jié)構(gòu)力學(xué)當(dāng)中的鉸接及固結(jié),所以要嚴(yán)格按照相關(guān)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范來確定各種柱的計(jì)算長(zhǎng)度。
2.2場(chǎng)地類別
對(duì)抗震等級(jí)的影響不同的建筑物類別在考慮抗震等級(jí)時(shí)取用的抗震烈度與建筑場(chǎng)地類別有關(guān),框架截面設(shè)計(jì)受抗震等級(jí)的影響比較大,在抗震規(guī)范中查出抗震等級(jí)主要的依據(jù)是房屋高度和設(shè)防裂度。在土木工程中,對(duì)于I類場(chǎng)地要進(jìn)行具體分析,由于抗震計(jì)算的抗震等級(jí)與采取抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)不一樣,所以在設(shè)計(jì)上也要注意。
3 地基加固技術(shù)在土木工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用
(1)打孔填充灰土樁的固結(jié)方法:該種方法原理是先在地基層面進(jìn)行均勻深度和距離的打孔作業(yè),然后將事先按照比例配制的土和熟石灰的混合物,即灰土逐層注入孔內(nèi),最終形成灰土樁,灰土樁本身就有加固地基的作用,而且在此過程中,由于打孔和注樁都要向四周產(chǎn)生巨大的擠壓力,也就使得在打樁的同時(shí)進(jìn)一步夯實(shí)了地基土層的密度,是一種地基加固的雙保險(xiǎn)作業(yè)?;彝翗兜鼗庸叹哂惺┕げ僮骱?jiǎn)便易性,成本低廉,加固效果好的優(yōu)點(diǎn),被施工單位廣泛采用。
(2)壓制或排水的固結(jié)方法:地基固結(jié)法是一種新型縮短地基凝固時(shí)間,加速地基凝固速度的新方法。該種方法主要可以分為兩種類型,一是對(duì)地基層進(jìn)行事先壓制,通過在地基上方添置重物或增加壓力的方法來增強(qiáng)地基的密度,使地基沉降到最大限度,達(dá)到夯實(shí)地基的目的;二是通過改擴(kuò)建排水系統(tǒng),加大積水的排放力度,提高地基凝固的速度。這兩種方法都可以大幅度提高地基凝固速度,避免地基日后發(fā)生嚴(yán)重沉降現(xiàn)象。
3.1適量添加粉煤灰的固結(jié)方法
在地基施工原料中加入適當(dāng)數(shù)量的粉煤灰并加以均勻攪拌,可以有效提高地基的吸水能力,以排除多余的水分,加快地基的凝固速度。這是因?yàn)榉勖夯揖哂袠O強(qiáng)的活性和吸水性,并且性質(zhì)較為穩(wěn)定,適合于添加在地基混凝土原料中,幫助提高地基的穩(wěn)固性
3.2加筋法的應(yīng)用
在相對(duì)較松散土質(zhì)的土層上進(jìn)行工程施工,需要對(duì)采用加筋法對(duì)土質(zhì)進(jìn)行固定,以防其輕易地發(fā)生移動(dòng),對(duì)工程地基和上層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生威脅。加筋法主要應(yīng)用于高層建筑或難度加大的工程建設(shè)中,為工程地基的加固產(chǎn)生了非常重要的作用。
3.3換填法
換填法是地基加固技術(shù)中最常用的一種方法,這種方法通常適用于自然地質(zhì)不夠適用當(dāng)前工程的施工,最主要的換土墊層法和置換法。換土墊層法就是將比較優(yōu)質(zhì)的泥土作為材料換掉原自然土,這種方法比較適合整體置換。置換法又包括石灰置換法、碎石置換法、水泥置換法等。
4 結(jié)束語
我國(guó)的土木工程建設(shè)已經(jīng)取得了一定的成就,但是在土木工程的具體施工技術(shù)應(yīng)用中,還需要對(duì)此進(jìn)行認(rèn)真的分析。土木工程對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要作用,施工單位應(yīng)積極對(duì)工程結(jié)構(gòu)和施工措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并在工程地基建設(shè)中采用加固技術(shù),以保證工程建設(shè)的質(zhì)量符合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]徐克紅.結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)在土木工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2013(03).
Abstract: Seismic vulnerability analysis has important application value in the construction of civil engineering, attracted a large number of scholars at home and abroad. This paper introduces the research progress in civil engineering structure seismic vulnerability analysis from the following several aspects: first, the summary of civil engineering structure seismic vulnerability; second, general situation of the abroad study seismic vulnerability; third, general situation of the domestic research on seismic vulnerability; fourth, the present problems and development trend of the studies on the seismic vulnerability.
關(guān)鍵詞: 土木工程結(jié)構(gòu);地震易損性分析;研究進(jìn)展
Key words: civil engineering structures;seismic vulnerability analysis;research progress
中圖分類號(hào):TU311.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2013)26-0061-02
0 引言
地震易損性分析是地震安全評(píng)定中的重要內(nèi)容之一。地震易損性是指在不同的地震強(qiáng)度下土木工程結(jié)構(gòu)被破壞的概率,它能從概率的層面反映工程結(jié)構(gòu)的抗震性能,較為客觀地反映了地震與工程結(jié)構(gòu)二者之間的關(guān)系,在土木工程中能為人們更好的防范地震帶來的危害。因此,土木工程項(xiàng)目的地震易損性成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題,對(duì)于地震易損性的研究進(jìn)展也須引起相關(guān)專家和學(xué)者的重視。
1 土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性概述
所謂地震易損性,是說在強(qiáng)度不同的地震作用下,土木工程結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的破壞狀態(tài),以及這種情況發(fā)生的概率。它是從概率的層面對(duì)地震發(fā)生機(jī)率、強(qiáng)度和土木工程破壞程度之間的關(guān)系進(jìn)行宏觀的預(yù)測(cè),成為土木工程施工單位和地震工程研究界研究的重點(diǎn)問題。最早提出地震工程和抗震設(shè)計(jì)的是美國(guó),美國(guó)的太平洋地震工程研究中心提出了供統(tǒng)一分析的地震參數(shù)和破壞參數(shù)等地震破壞指標(biāo),使地震易損性分析的研究進(jìn)入到一個(gè)新階段。用這種地震易損性分析方法只需要將工程需求參數(shù)輸入進(jìn)地震易損性的計(jì)算函數(shù)中去,就可以推斷地震對(duì)土木工程破壞的參數(shù)和概率,使對(duì)地震易損性的分析更加的規(guī)范化與科學(xué)化。
土木工程的地震易損性分析是土木工程建設(shè)在設(shè)計(jì)、規(guī)劃時(shí)的重要研究?jī)?nèi)容,在工程結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分析和地震損失概率分析方面能夠發(fā)揮重要的推測(cè)作用,從而為土木工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工提供數(shù)據(jù)支持。這是對(duì)工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)也是對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全負(fù)責(zé),需要進(jìn)行深入的理論與應(yīng)用研究。通過這些系統(tǒng)性的研究工作來確保工程項(xiàng)目的安全,保障工程項(xiàng)目的順利開展。
2 地震易損性的國(guó)外研究概況
國(guó)外較早地開始了對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行研究。他們意識(shí)到地震會(huì)對(duì)土木工程項(xiàng)目以及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大的安全隱患。因此,國(guó)外的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開始了對(duì)地震易損性的研究,如美國(guó)的Ghiocel對(duì)美國(guó)東部的核電站進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,對(duì)工程的地震反應(yīng)和易損性進(jìn)行了分析與評(píng)定。Ozaki對(duì)日本的核反應(yīng)堆所在的建筑也進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)其核反應(yīng)堆建筑的地震易損性指數(shù),考慮了工程項(xiàng)目的非線性特征和結(jié)構(gòu)變異特征。一位美籍華人黃洪謀也對(duì)地震易損性如何更好地運(yùn)用到電力系統(tǒng)工程建設(shè)中去進(jìn)行了分析與研究,并將其研究成果推廣、應(yīng)用到電力變電站等設(shè)備中去,對(duì)電力系統(tǒng)中的設(shè)備和建筑進(jìn)行安全評(píng)定,以確保電力工程的安全性與可靠性。
此外,在軟件的開發(fā)上,美國(guó)也率先推出了HAZUS軟件,通過這種地震易損性分析軟件,美國(guó)可以在對(duì)土木工程項(xiàng)目的研究成果的基礎(chǔ)上,對(duì)地震給工程項(xiàng)目帶來的破壞進(jìn)行估計(jì)和預(yù)測(cè),采用性能設(shè)計(jì)的方法根據(jù)軟件所得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行能力譜繪制,計(jì)算地震所帶來的連鎖反應(yīng),以地震易損性曲線的方式來反映建筑物的抗震性。
Tanaka在評(píng)估公路建設(shè)工程的地震易損性時(shí),提出了一種地震易損性的正態(tài)分布函數(shù)。通過對(duì)工程項(xiàng)目的地震易損性進(jìn)行兩參數(shù)的分析,以正態(tài)分布的函數(shù)的形式向人們提供建筑工程的地震未知參數(shù)。通過這種地震易損性函數(shù)他總計(jì)將橋梁的結(jié)構(gòu)形式劃分為五種,這五種結(jié)構(gòu)形式又把橋梁損傷劃分為五種不同的形式,并按照不同的損傷形式和損傷程度把土木工程的損傷水準(zhǔn)分為五個(gè)等級(jí),為人們系統(tǒng)的研究公路的地震易損性提供了參考。
人們?cè)趯?duì)地震易損性進(jìn)行分析時(shí),常常用兩種易損性曲線來表示,即經(jīng)驗(yàn)易損性曲線和理論易損性曲線,不同的研究者根據(jù)不同的研究方向和具體工程項(xiàng)目的建設(shè)情況來選擇不同的易損性曲線。經(jīng)驗(yàn)性曲線在這兩種曲線當(dāng)中是一種可信度較高的地震易損性曲線,因?yàn)樗褂玫臄?shù)據(jù)來源于以往地震所造成的危害情況和具體的動(dòng)參數(shù),對(duì)這些實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以此來得出較為真實(shí)可信的數(shù)據(jù)指標(biāo)。但經(jīng)驗(yàn)性曲線也有其自身的局限,因?yàn)榈卣鹚斐傻奈:?huì)因?yàn)榭陀^環(huán)境的不同而有所不同,如在不同的地震環(huán)境、場(chǎng)地和工程結(jié)構(gòu)中,地震所打來的危害都是不一樣的,因此,這種地震經(jīng)驗(yàn)易損性曲線沒有其廣泛的推廣意義,再加上其需要具體的數(shù)據(jù)分析,人們?cè)讷@得這些數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)有很大的難度。這些都限制了經(jīng)驗(yàn)易損性曲線的推廣使用,需要做進(jìn)一步的改善。
除了經(jīng)驗(yàn)易損性曲線之外,理論易損性曲線也是地震易損性分析中的一種重要參照曲線。采用理論易損性曲線研究地震的易損性通常要從地震的相應(yīng)分析數(shù)據(jù)入手,采用反應(yīng)譜、靜力、時(shí)程分析等分析方法,對(duì)地震易損性進(jìn)行系統(tǒng)的分析與評(píng)估。同樣,理論易損性分析也可以采用不同的分析與研究方法,如Monte Carfo模擬法,但這種方法需要較長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間,為此Fukushima提出了一種更為方便、快捷的分析方法,即評(píng)估結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析方法,這種方法通過振動(dòng)理論來對(duì)土木工程的易損性進(jìn)行分析,在一個(gè)頻域內(nèi),它所得出的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。
此外,Singhal、shinozuka和Basoz等也對(duì)地震的易損性進(jìn)行了廣泛的研究,這些研究人員都在地震易損性的研究領(lǐng)域取得了重要的研究成果,促進(jìn)了國(guó)外地震易損性分析的研究進(jìn)程,使土木工程項(xiàng)目在更安全的工程環(huán)境下運(yùn)行,加大了工程項(xiàng)目的安全系數(shù)。
3 地震易損性的國(guó)內(nèi)研究概況
與國(guó)外的土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性的研究相比,我國(guó)在地震易損性研究方面起步較晚,主要是對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性曲線分析。經(jīng)驗(yàn)性分析的對(duì)象是一些群體性的房屋建筑,對(duì)這些群體性的房屋建筑進(jìn)行震害預(yù)測(cè)。我國(guó)最早對(duì)土木工程項(xiàng)目的地震易損性進(jìn)行研究的學(xué)者是尹之潛教授,尹教授在地震風(fēng)險(xiǎn)分析和震害預(yù)測(cè)方面都開展了大量的研究工作,取得了很大的研究成果。其研究結(jié)論是建立在大量真實(shí)的震害數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得出來的,并根據(jù)其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了地震強(qiáng)度與土木工程結(jié)構(gòu)破壞度之間的關(guān)系,對(duì)多種土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究,如磚砌體建筑、工廠的排架結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu),并分別根據(jù)這些結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)進(jìn)行了有針對(duì)性的地震易損性分析,在地震危險(xiǎn)性分析、地震易損性分析和震災(zāi)評(píng)估等方面都取得了重大的成就,得出了較為系統(tǒng)和完整了土木工程地質(zhì)易損性研究結(jié)論與成果,起到了很好的震災(zāi)預(yù)測(cè)的實(shí)際效果。此外,尹教授還通過與國(guó)外專家者之間的相互學(xué)習(xí)、相互交流,并系統(tǒng)學(xué)習(xí)了美國(guó)斯坦福大學(xué)的地震易損性分析相關(guān)方面的課程,開發(fā)了對(duì)地震震災(zāi)進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)測(cè)的PDSM SM B-1地震易損性預(yù)測(cè)系統(tǒng),大大加快了我國(guó)在地震易損性分析方面的研究進(jìn)展。
此外,高小旺、張令心、鐘益樹等人也在地震易損性的研究領(lǐng)域內(nèi)作出了重要的貢獻(xiàn),針對(duì)不同的土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行有針對(duì)性的震災(zāi)預(yù)測(cè),加快了我國(guó)在地震易損性方面的研究進(jìn)展,在此不一一細(xì)述。
4 目前地震易損性研究方面的問題與發(fā)展趨勢(shì)
4.1 地震易損性研究存在的問題 針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)地震易損性分析的研究現(xiàn)狀,在地震易損性分析領(lǐng)域還存在著很多問題,如輸入?yún)?shù)、破壞準(zhǔn)則、分析類型、分析方法等方面都存在著很多問題。具體說來,在輸入?yún)?shù)上分析地震易損性方面我國(guó)還沒有取得相關(guān)的理論研究成果,并在易損性的分析上面過于依賴地震動(dòng)輸入,僅僅用一個(gè)物理量來描述地震易損性顯然不可行,只能用多物理量來解決。在破壞準(zhǔn)則方面,不同的破壞準(zhǔn)則會(huì)帶來不同的數(shù)據(jù)分析結(jié)果,通過不同的破壞準(zhǔn)則計(jì)算出來的數(shù)據(jù)會(huì)有很大的差別,對(duì)于這種差別很大的情況人們顯得無所適從。另外,在分析類型和分析方法方面我國(guó)的地震易損性分析也存在著很大的問題,目前的計(jì)算類型與計(jì)算方法在運(yùn)用的過程中計(jì)算量過大,對(duì)計(jì)算機(jī)的要求很高,通過分析得出的結(jié)果在可信度方面也不能令人滿意,這些都是我國(guó)在發(fā)展結(jié)構(gòu)地震易損性分析方面的主要問題。
4.2 地震易損性研究的發(fā)展趨勢(shì)
4.2.1 兩種地震易損性分析法的發(fā)展方向 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于結(jié)構(gòu)地震易損性的分析是基于經(jīng)驗(yàn)分析法和理論分析法這兩種方法的研究成果之上發(fā)展起來的。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)易損性分析方法,在分析的準(zhǔn)確性與可靠性方面有其無可替代的重要作用,是目前土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性分析的重要方法。理論易損性分析方法可以通過比較相關(guān)的數(shù)值,對(duì)地震與土木工程破壞之間的關(guān)系進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì),進(jìn)而對(duì)工程的抗震性進(jìn)行評(píng)價(jià)。但這兩種方法又都有其局限性,因此,優(yōu)化目前的易損性分析方法是土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性研究的未來發(fā)展方向。
4.2.2 經(jīng)驗(yàn)與理論相結(jié)合的易損性分析方法 經(jīng)驗(yàn)與理論結(jié)合的分析方法能夠充分利用兩種分析方法的優(yōu)點(diǎn),盡可能地將所有的地震破壞因素都考慮在內(nèi),并且采用理論分析與經(jīng)驗(yàn)分析相結(jié)合的方式來分析工程的地震易損性,具有精確性和可靠性高的優(yōu)點(diǎn),并能夠?qū)κ占降馁Y料進(jìn)行排序,詳細(xì)地為人們提供地震易損性的分析結(jié)果,對(duì)建筑物的易損性進(jìn)行系統(tǒng)、完整的分析,滿足人們對(duì)地震易損性的詳細(xì)程度和精確度方面的要求,是未來地震易損性研究分析的主要發(fā)展方向。
5 結(jié)語
土木工程結(jié)構(gòu)的地震易損性分析是土木工程項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)損失分析中最重要的一部分,在結(jié)構(gòu)損失分析中處于核心地位,是工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此,要結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性分析的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)采取既包含經(jīng)驗(yàn)分析又包含理性分析的易損性分析方法,把兩種分析方法結(jié)合起來,對(duì)結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行全面的分析。
參考文獻(xiàn):
[1]周艷龍,張鵬.結(jié)構(gòu)地震易損性分析的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].四川建筑,2010(06).
[2]呂大剛,李曉鵬,王光遠(yuǎn).基于可靠度和性能的結(jié)構(gòu)整體地震易損性分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2011(04).
關(guān)鍵詞:土木工程專業(yè);結(jié)構(gòu)概念;創(chuàng)新設(shè)計(jì);課程教學(xué)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2016)06-0199-02
一直以來,我國(guó)土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)的學(xué)生具有一定的理論水平,但應(yīng)用實(shí)際工程的能力較差,獨(dú)立和創(chuàng)新的工程意識(shí)較低。原因是以往的教學(xué)中,教師單純地講授理論知識(shí),學(xué)生實(shí)踐能力訓(xùn)練不足,缺乏理論與實(shí)際工程相結(jié)合的鍛煉,教學(xué)與實(shí)踐無法有效銜接。目前,土木行業(yè)越來越多的地方用到了概念設(shè)計(jì),這種理念在很多實(shí)際的建筑方案中得以應(yīng)用,對(duì)土木工程影響巨大[1]。因此,概念設(shè)計(jì)在土木建筑工程專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)加以體現(xiàn)、反映。針對(duì)這樣的現(xiàn)狀,土木工程專業(yè)進(jìn)行《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)研究就十分有意義。這對(duì)改革工程教育的教學(xué)模式有利,又能檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的掌握,并且鍛煉他們提出問題、分析問題、解決問題的能力,激發(fā)其建立工程意識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力[2]。
一、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)涵和意義
土木工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是工程當(dāng)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈魂,是利用設(shè)計(jì)概念并以自身為主線貫穿全部設(shè)計(jì)過程的一種設(shè)計(jì)方法。概念設(shè)計(jì)是完整和全面的設(shè)計(jì)過程,它將設(shè)計(jì)者繁復(fù)的感性和瞬間思維上升到統(tǒng)一的理性思維從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)[3]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人們的生活水平日益提高,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有了一個(gè)更高的要求。如何打破土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于墨守成規(guī),能將結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力充分發(fā)揮出來,對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)是迫切需要的。因?yàn)樗麄儾攀墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者[4]。
《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程是在原《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課、《結(jié)構(gòu)概念與體系》課及《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》等土木工程專業(yè)課程基礎(chǔ)之上,發(fā)展整合及改造后新設(shè)立的課程。該課主要是以學(xué)生創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)為主線,訓(xùn)練學(xué)生工程意識(shí)、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力等。它體現(xiàn)了工程教育的特色,以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為載體,探索在干中學(xué)、理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)模式。把工程培養(yǎng)所必要的基礎(chǔ)知識(shí)、工程設(shè)計(jì)思想和方法、自學(xué)和終身自學(xué)的能力和興趣的培養(yǎng)等內(nèi)容放在第一位?!督Y(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課提出建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的概念和原則,并結(jié)合學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析。概念與體系部分介紹結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的背景、思路、基本做法、設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu)概念。
該研究的理論意義和實(shí)際意義在于探索通過該課程的教學(xué)設(shè)計(jì),教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革研究,適應(yīng)新的教育理念和人才培養(yǎng)模式。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力,掌握善于主動(dòng)學(xué)習(xí)的方法,形成良好的學(xué)習(xí)和工作習(xí)慣。
二、我校的教學(xué)改革研究的基礎(chǔ)和環(huán)境
1.專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)好。河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院以開設(shè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽10年。完成了校教研項(xiàng)目《土木工程專業(yè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)探索研究》和《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)等系列課程的教學(xué)研究》兩項(xiàng)。學(xué)院已開設(shè)《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)概念與體系》、《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》等課程。
2.師資力量強(qiáng)。上述這些課程由多位建筑工程系的老師擔(dān)任,職稱結(jié)構(gòu)合理,形成了相對(duì)穩(wěn)定的老中青隊(duì)伍結(jié)構(gòu)。因此,對(duì)于結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究的可持續(xù)性提供了保證。
3.實(shí)驗(yàn)室基地條件良好。本專業(yè)下設(shè)的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室是河北省結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,為學(xué)生建立模型實(shí)驗(yàn)提供了科學(xué)的、可靠的硬件條件。
三、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方案設(shè)計(jì)
1.教學(xué)目標(biāo)。初步形成《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課的教學(xué)理念和教學(xué)思想,完成《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課的教學(xué)大綱制定,確定教學(xué)內(nèi)容,初步形成教學(xué)方法和教學(xué)模式,為指導(dǎo)其他工程設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索經(jīng)驗(yàn)。
2.教學(xué)內(nèi)容?!督Y(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)容包括教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法研究。
教學(xué)內(nèi)容:創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì),項(xiàng)目要包含若干個(gè)結(jié)構(gòu)和力學(xué)的概念的運(yùn)用,如拉、壓、彎、剪、扭、穩(wěn)定、傾覆等,使用材料應(yīng)宜于制作,實(shí)驗(yàn)的方法要直觀。項(xiàng)目的要求應(yīng)是概括性的,應(yīng)用較少的約束,以使學(xué)生開闊思路。給出的條件應(yīng)盡量少,要學(xué)生自己尋找所需的條件。布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,首先讓學(xué)生以小組形式討論分析項(xiàng)目,提出問題。學(xué)生分析問題并尋找解決問題的方法,通過自學(xué)、討論、查閱相關(guān)資料等方法解決問題。學(xué)生應(yīng)經(jīng)過結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、一定的計(jì)算分析、繪制施工圖、施工制作結(jié)構(gòu)模型、進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析、總結(jié)等過程。
教學(xué)方法:本課程的教學(xué)手段主要以講課、學(xué)生設(shè)計(jì)、模型制作和模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式,從不同的角度和理念啟發(fā)學(xué)生將所掌握的基本結(jié)構(gòu)概念有機(jī)地結(jié)合起來,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。在模型實(shí)驗(yàn)之前教師上課以引導(dǎo)為主,主要由學(xué)生自學(xué)、討論和分析計(jì)算設(shè)計(jì)制作出結(jié)構(gòu)模型。教師引導(dǎo)學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)與所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來,甚至產(chǎn)生出學(xué)生還未學(xué)到的問題,讓學(xué)生自己思考分析。
教師的教學(xué)主要以指導(dǎo)為主,如結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的原則、路線、方法,基本思路、基本做法以及設(shè)計(jì)中常用到的結(jié)構(gòu)概念等,并結(jié)合學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析。
基本教學(xué)過程:布置題目――學(xué)生以小組討論學(xué)習(xí)――提出問題――教師指導(dǎo)學(xué)生分析問題解決問題(教師重點(diǎn)要起到啟發(fā)、督促、指導(dǎo)、控制進(jìn)度的作用)――學(xué)生形成方案――教師根據(jù)方案指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)方案――學(xué)生制作模型――學(xué)生實(shí)驗(yàn)――教師點(diǎn)評(píng)總結(jié)(重點(diǎn)是設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法及學(xué)生學(xué)習(xí)方法的總結(jié))――學(xué)生總結(jié)(學(xué)習(xí)過程總結(jié))
3.存在的問題。(1)如何將“培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)和終身學(xué)習(xí)的能力等”教學(xué)理念落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中,是本教學(xué)課程首要解決的關(guān)鍵問題。(2)研究創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)題目。研究題目的內(nèi)涵、題目的難易程度、題目的適用性、題目的趣味性、題目對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)性等。(3)研究課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,形成即穩(wěn)定又靈活的教學(xué)內(nèi)容和方法。穩(wěn)定是要教學(xué)理念要堅(jiān)持不懈,總結(jié)提高,教學(xué)模式要穩(wěn)定形成套路和程序,便于教師掌握和控制教學(xué)進(jìn)度。靈活是具體的教學(xué)內(nèi)容,比如涉及的結(jié)構(gòu)概念很多不可能在課堂上全講,需教師具有靈活性和啟發(fā)性的教學(xué)方法指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。(4)初步形成課程所需的教學(xué)文件。如教學(xué)大綱、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)教案、教學(xué)講義、題目庫(kù)、教學(xué)錄像等內(nèi)容。
四、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的實(shí)施
我校土木工程專業(yè)開設(shè)《創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》等一系列課程以來,我們?cè)诓粩嗵骄亢透倪M(jìn)教學(xué)方法,對(duì)于啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)法均有了一定程度的研究,并取得了階段性成果。我們已經(jīng)完成了《土木工程專業(yè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)探索研究》和《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)等系列課程的教學(xué)研究》兩項(xiàng)校級(jí)的研究,并開設(shè)了相應(yīng)的課程。相關(guān)教師在工程教育方面有長(zhǎng)期的思考和教學(xué)實(shí)踐探索,并且已成功組織土木工程結(jié)構(gòu)大賽10年。已開設(shè)《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)概念與體系》、《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》等課程,相關(guān)教師教學(xué)水平高,有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。具體實(shí)施如下:
1.修訂《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱,包括課程目標(biāo)、內(nèi)容安排及學(xué)時(shí)安排。
2.選擇土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)大學(xué)三年級(jí)學(xué)生的第二學(xué)期開始該課程教學(xué)。
3.自土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)大學(xué)三年級(jí)學(xué)生的第一學(xué)期期末,研究確定題目及相應(yīng)的教學(xué)安排。
4.將大學(xué)三年級(jí)專業(yè)學(xué)生按班級(jí)分給不同的教師,教師則分頭實(shí)施教學(xué),定期討論交流改進(jìn)教學(xué)。在教學(xué)實(shí)踐中,將教師授課、學(xué)生設(shè)計(jì)、模型制作和模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,啟發(fā)學(xué)生將理論知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生工程概念設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力、自學(xué)能力。
5.在大學(xué)三年級(jí)專業(yè)學(xué)生的第二學(xué)期期末,教師對(duì)課程實(shí)踐進(jìn)行總結(jié),提出改進(jìn)措施和方法。
五、總結(jié)和探討
本文方案結(jié)合新的科研成果開設(shè)出新的課程以及課程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。探索建立新課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。本方案突出土木工程專業(yè)特色,加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新研究與實(shí)踐。將工程項(xiàng)目、創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入課程體系建設(shè)中,進(jìn)行課程計(jì)劃和實(shí)踐內(nèi)容的一體化設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)。本方案突出啟發(fā)式教學(xué)和指導(dǎo)式教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、善問求知和動(dòng)手實(shí)踐能力。
參考文獻(xiàn):
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