广州大学土木工程学院 广东广州 51006
摘要：本文结合近几年国内外的地震灾害、建筑结构抗震设计中所体现的诸多问题，对设计中“两观三性”（安全观、整体观，耐久性、先进性、经济性）进行了阐释。重点对“两观三性”在建筑结构设计中发挥指导作用进行了说明。
关键词：建筑抗震；两观三性；安全观；整体观；耐久性；先进性；经济性
引 言
近年来地震频发，给国家经济、人民生命财产带来了不小的伤害。其中地震灾害中建筑的破坏和倒塌是悲剧发生的的重要原因。2010年颁布的新抗震规范和混凝土结构设计等[1-2]规范已经对建筑结构抗震能力进行了较大提升。但在结构设计中抗震系统性、观念性的理念还没深入人心。本文将对结构设计中的“两观三性”进行阐述和浅析。
1 “两观三性”的重要意义
城乡一体化进程不断扩大，城市市现代化高速发展，城市人口密度日益增长，因此地震灾害防御具有重要意义。建筑物设计过程中的“两观三性”，即“安全观、整体观、耐久性、先进性、经济性”，对防止建筑物在地震中倒塌具有宏观控制意义。接下来结合近几年的地震灾害[3-5]来具体阐述新“两观三性”的具体意义。
2 安全观
安全观既是一种理念，并且必须放在首位。从近些年发生在各地的一些建筑物垮塌事件来看，恰恰是在建设结构设计和施工中对“安全观”理解不够、强调不够、重视不够造成的。
以汶川地震为例，很多设计人员过分依赖设计软件和规范，由于规范目前对结构系统的整体安全储备与意外安全储备没有明确规定，大多未引起重视。工程师设计时取值尽量用规范各项下限，安全储备不够，是汶川地震建筑结构震害严重的主要原因之一。
震害调查发现：楼梯间、悬挑走廊等灾后逃生通道的震害普遍较为严重。现实事实告诉我们，作为设计人员，使用者的安全应该摆在首位，这样能避免在灾害中人员的伤亡。
再从施工角度来看，很多建筑是为了赶工期，忽视了混凝土强度的养护、箍筋及弯起钢筋的配置等，是导致建筑物在地震中倒塌的主要原因。
3整体观
由于地震具有一定的不确定性，很难预测建筑物可能遭受地震的具体参数。建筑设计是一项复杂的系统工程。结构越来越复杂，随着计算机在设计中广泛应用，设计人员注重计算机的计算结果，而不注重结构的整体分析。计算结果如果不满足，就加大配筋和断面，结果梁越做越大，柱越做越肥，这样做的结果，不仅造成很大的浪费，而且简单地加大单个构件往往改变了结构构件的内力分配，不能确保结构安全。作为一个结构设计人员，应该有一个清晰的整体观，接下详述如何具体的把握整体观。
3.1场地的选择
避开对建筑抗震不利的地段，选择有利地段，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。对于地勘报告中提出的不利地段，结构工程师应提出避开要求。当无法避开时，应采取相应的有效措施，需考虑地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地震引起的地表错动与地裂、滑坡等。在汶川玉树地震中，由于很多建筑建造在山脚下，当地震来临时由于山体的滑坡，泥石流，导致房屋大面积倒塌。
3.2建筑形状选择
图1 不规则建筑在汶川地震中倒塌破坏
结构体型对建筑物抗震性能有明显影响。震害表明，形状比较简单的建筑地震时一般破坏较轻。这是因为形状简单的建筑受力性能明确、传力途径简捷，设计时容易分析建筑的实际地震反应和结构内力分布，结构的构造措施也易于处理。合理的建筑结构体系应该是刚柔相济，结构太刚则变形能力差、地震作用力大，结构延性差；而太柔的结构容易造成变形过大倾覆。所以结构应具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性，刚柔相济是设计者的追求。图1 所示是都江堰地区的一栋钢混框架砖混填充墙的建筑，该建筑平面与垂直布置均不规则，产生刚度的突变。底层为薄弱层，整个结构体系受力复杂，在汶川地震中倒塌破坏。
3.3轻质的建筑材料
建筑整体轻量化将是抗震减灾的发展方向。传统的砖混结构建筑主要由脆性材料构成，抗折强度低。而新型建筑材料重量较轻，强度较高，有利于结构的抗震，以及减少地震灾害的损失。
3.4抗震结构体系
抗震结构体系的主要功能为承担水平与竖直向地震作用，合理选取抗震结构体系是抗震设计中的关键问题，直接影响着房屋的安全性和经济性。在结构方案决策时，应明确清晰合理的地震作用传递途径和增加多道抗震防线。
结构的抗震能力依赖于组成结构的各部分的吸能和耗能能力，一个良好的抗震结构体系应尽量设置多道防线，当某部分结构出现破坏，降低或丧失抗震能力，其余部分仍能继续抵抗地震作用。
3.5结构构件的连接
结构体系是由各类构件连接而成，抗震结构的构件应具备必要的强度、适当的刚度、良好的延性和可靠的连接，并应注意强度、刚度和延性之间的合理均衡。构件之间要有可靠连接，保证结构空间整体性，构件的连接应具有必备的强度和一定的延性，使之能满足传递地震力的强度要求和适应地震对大变形的延性要求。
3.6非结构构件的连接
非结构构件一般指附属于主体结构的构件，如围护墙、内隔墙、女儿墙、装饰贴面、玻璃幕墙、吊顶等。这些构件若构造不当或处理不妥，地震时往往发生局部倒塌或装饰物脱落、砸伤人员、砸坏设备、 影响主体结构的安全。
4 耐久性
建筑物的耐久性与工程的使用寿命，是使用期内结构保持正常功能的基础，正常功能包括结构的安全性和适用性。传统观念里，混凝土一直以来都是经久耐用的人工石材，实际情况却是混凝土结构往往因钢筋锈蚀或混凝土被侵蚀而导致了众多结构安全事件，其严重程度已经远远超出我们的想象。国外一些规范甚至明文规定在混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺合料，而我国在某些工程中却仍在禁止使用。而且部分施工单位刻意追求施工进度，混凝土的耐久性质量需要足够的施工养护期加以保证，而刻意地追求进度有损与工程的使用寿命。造成结构耐久性损伤的影响因素除了混凝土和钢筋自身的条件，还有设计因素、施工质量、环境因素、相对的温湿度、覆盖层的厚度及材料性质、酸碱盐环境、有无裂缝通道等因素。
5 先进性
先进性作为结构设计也是非常重要的，他作为推动结构构件乃至整个结构体系的的更新和发展起到了不可替代的作用。我们在注重结构设计和构造合理的同时，也要引进先进的技术和理念，这样才能更好地贯彻安全观和整体观，同时也能更好的提升结构的耐久性和防灾能力。
5.1 隔振技术
基地隔振是在结构物地面以上部分的底部设置隔振层，使之与固结于地基中的基础顶面分开，从而限制地震动（简谐运动）向结构物的传递。目前采用的基底隔振，主要用于隔离水平地震作用。
5.2耗能减震技术
耗能减震技术因其减震机理明确、减震效果显著、构造简单、适用范围广、维护方便等优点，受到众多国内外研究者的重视，目前已经研究开发了多种不同类型和不同构造的耗能减震装置（阻尼器），并且已在新建工程和建筑抗震加固工程中得到应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
6 经济性
现在建筑随着形势的发展，人们对居住环境不仅从结构性出发，更要在建筑结构的经济性角度考虑，如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用，以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则。建筑结构的经济性就是只以较少的成本来获得最大的效用。建筑结构的经济性设计意在借助有效的手段，用尽可能少的材料，资源消耗来取得尽可能大的发展效益。在人类发展与资源危机的矛盾日渐突出的今天显得尤为重要。
7 结语
结构的耐久性、先进性、经济性是一个整体的概念：耐久性是结构必备的基本属性，先进性是结构与时俱进的先决条件，经济性则是结构工业化建设的必然趋势。三者又是相辅相成，不可分割的。耐久性虽然是基本属性，但没有先进的技术作为支撑，所谓的耐久性在接连不断的灾难和各种荷载作用下也无从谈起。耐久性和先进性同时又被经济性所约束。也就是说先进性不能适用于经济性，则不能被普及和广泛的应用。而一再的追求耐久性却不顾及经济性，便又不符合国情和可持续发展的需要。
“三性”相互联系的同时又都包含在整体观和安全观之中。即整体观和安全观涉及到耐久性，先进性，经济性的各个方面。两观三性作为一个理论体系缺一不可。大量的经验和实例也表明：两观三性贯穿于结构设计和结构建造的整个过程，对城市建筑在防止减轻地震灾害方面起到指导性的作用。
参考文献：
[1] GB 50011-2010.建筑抗震设计规范 [S].北京：中国建筑工业出版社，2010
[2] GB 50223-2008.建筑工程抗震设防分类标准 [S].北京：中国建筑工业出版社，2008
[3] 王亚勇，王言诃.汶川大地震建筑震害启示[J].建筑结构，2008，38（7）：1-6
[4] 温增平，徐超，陆鸣，等．汶川地震重灾区典型钢筋混凝土框架结构震害现象［J］．北京工业大学学报，2009，35（6）：754-756
[5] 李宏男，肖诗云，霍林生．汶川地震震害调查与启示［J］．建筑结构学报，2008，29（4）：10-19
论文作者:王艮平
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/7
标签：结构论文; 耐久性论文; 建筑论文; 构件论文; 汶川论文; 经济论文; 延性论文; 《基层建设》2016年4期论文;