【工程抗震讨论答疑区-有问必答】
huang_tb
huang_tb Lv.6
2010年01月20日 00:49:55
只看楼主

共同讨论工程抗震的问题!希望大家共同进步!

共同讨论工程抗震的问题!
希望大家共同进步!
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huang_tb
2010年03月19日 13:19:55
24楼
希望大家提出问题讨论及提高!
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huang_tb
2010年03月20日 23:07:42
25楼
This Part of BS 8110 gives recommendations for the
structural use of concrete in buildings and structures,
excluding bridges and structural concrete made with
high alumina cement.
The recommendations for robustness have been
prepared on the assumption that all load-bearing
elements, e.g. slabs, columns and walls are of concrete.
In a structure where concrete elements such as floor
slabs are used in conjunction with load-bearing
elements of other materials, similar principles are
appropriate but, when adequate robustness is provided
by other means, the ties recommended by this code
may not be required.
NOTE 1. Where appropriate British Standards are available for
precast concrete products, e.g. kerbs and pipes, it is not intended
that this code should replace their more specific requirements.
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huang_tb
2010年03月22日 00:58:28
26楼
1997年开始实施结构工程师注册考试,恰好那年我退休、使我一开始就能专注于注册考试的教学研究工作。
我从事的第一件工作是受“建设部执业资格注册中心”的聘请、以‘副主编’的角色参加了《一级注册结构工程师专业考试复习教程》(第一版)的編写工作。该书是“注册中心”为配合“资格考试”而组织专家编写的、指定为考前复习用的必备教材,由注册考试的‘主考官’结构大师孙芳垂任‘主编’。我有幸在‘主考官’的直接领导下,协助‘主编’完成了《复习教程》的全部编写工作。有机会能直接听到有关领导的重要指示、又有机会和各位专家进行反复研究、推敲,所以对“注册中心”所提“以考试大纲为依据,以现行标准、规范为基础”的指导思想理解和把握得比较准确。主编孙芳垂又是注册考试命题组的第一任组长,是他把国际上的结构工程师注册考试模式引入国内、与中国的实际情况相结合后形成目前这套考试模式、并取得国际上的认可。我作为孙大师的副手直接协助他工作長达半年、在此期间受益匪浅。这对我后期的教学工作能有一个正确的理念起着关键的影响。
通过对注册考试全过程的深入观察,看到的实际情况是:‘命题者’以《规范》为依据来制定考题;‘答题者’以《规范》为依据来回答考题;‘判题者’以《规范》为依据来判断考生答案的正误。这清楚地表明考前复习必须以《规范》为中心来展开才有效。为适应这种需要“中国建筑工业出版社”决定出版《一级注册结构工程师专业考试应试题解》,并邀请我担任‘主编’(第一版)。其重点是将各本《结构设计规范》的核心内容编制成一套‘模拟题’,并讲述如何应用《规范》的规定来回答这些模拟题。《应试题解》作为《复习教程》的姊妹篇,亦成为考生考前复习的主要用书。可见我所有的教学活动从起步阶段就是以《规范》为中心来开展的,也即走对了方向。
当我开始着手考前培训时、学员们提出了二个问题。
⑴ 复习时用的书是《教程》,考场中用的书是《规范》,为什么不能统一起来?
《教程》是将《规范》的内容作了系统的介绍,但没有交代这些内容涉及到《规范》的那些具体条文。为了考试,考生必须十分熟悉整套《规范》规定的具体条文。所以考生学习《教程》后还要学习《规范》的条文,即掌握同一内容要投入双份精力,不能有机的结合。
我采用的办法是:直接以《规范》作为教材来进行教学。
根据《规范》规定内容的难易程度,采用三种不同的讲述方法。
对内容比较简单的《规范》规定,仅是将《规范》规定的原文,在讲述的顺序上作些调整,使之更符合人的认识规律,使学员直接学习条文内容后即能正确掌握这些《规范》规定。
对有少量难点的《规范》规定,我将《规范》条文和“条文说明”同时讲述,让学员通过“条文说明”中对难点的分析来理解《规范》规定。
对内容复杂的《规范》规定,我以讲解《规范》条文本身内容为主,再加些‘辅助性’说明,如先讲些预备性知识作为铺垫,同时介绍些补充内容来帮助学员深入理解,最后作些归纳总结以便记忆。
我在教学中还引导学员将学习中所得到的心得、如重点、诀窍、陷阱、解题步骤等简要地标示在有关的《规范》条文旁,以便加强联想和查找。
1998年我这种讲法得到学员一致的欢迎。因当时听课的学员不少有过注册考试的经历,他们直接的感受是我讲的就是考试中要用的,针对性强,学习效率高,认为我讲法的最大的优点是避免了“讲的不考、考的不教”的弊病。
⑵ 要求解决用《规范》的条文来回答‘选择题’时不知如何入手的问题?
“选择题”的考题覆盖面广,出题灵活,一道考题可考核一个独立的知识片断,考题之间彼此没有联系。而“作业题”的考试,因每一道“作业题”均有一个完整的内容,有头有尾,前因后果的关系一目了然,比较容易理清解题所需的内在联系,故学习、掌握相对比较容易。
从考试命题的规律来看,“作业题”和 “选择题”之间是相互关联的。我就利用这相关性来开展教学工作。我先讲一个完整的作业题、再将作业题分解成一个个解题过程、进而演变成一组连锁的选择题,最后从连锁题中剝离出一道道独立的考题。按一个由总体到局部、由综合到分解的过程来帮助学员掌握“选择题”的分析解题方法。只要抓住一个“作业题”就能解决一批“选择题”。我在教学中每当讲述一条重要的《规范》条文后、就要介绍一个案例,它是一道“作业题”,由它引导出的一组“选择题”则是课后的练习题。这样的讲述方法亦得到学员普遍的认可。
直接以《规范》作为教材来进行教学,用讲述“作业题”来带动“选择题”的学习,这套教学方法得了学员的一致欢迎,经过多年的认真备课、潜心教学,我在2001年编出了《注册结构工程师专业考试应试指南》,该书全面体现了我的这套教学方法。随着我对注册考试教学研究的深入,教学经验的积累,不断有新的内容需要补充。又由于注册考试题型在不断演变、发展;《规范》的版本在不断更新、升级;考生情况、培训需求在变化等,为了适应这些变化,《应试指南》的内容亦要跟着调整、更新、提高。所以每年改版一次、经过连续八年的改进日趋完整。目前已成为大多考生复习的首选参考用书。
注册考试的特点是:考试时间有限、考题‘量大面广’。多数考生无法按时完成所有考题的答题任务,答题速度慢已成为一批考生失利的主要原因。为此我专门在考后向考生作了调查,听到的想法有:
⑴在考场内、当看到很厚的考卷时心理压力已很大,当看到很多考题是从未见过的‘新面孔’时更是心慌了,直接影响考试水平的发挥。做到在考场内見到的考题大多是‘熟面孔’是很必要的。希望能编一本《考题大全》供大家考前学习,要覆盖尽可能多的考点。
⑵由于每人设计经历的局限性、形成知识的不完整,考前要填平补齐。希望能提供一个模拟题‘题库’。让每人自己从‘题库’挑选能补齐本人缺项的练习题进行专项训练。
⑶希望能编写一本‘速查手册’,当答题发生困难时,能方便地从‘手册’中查到相似的模拟题,从而学会解题方法。
看来考生希望提供一个‘题库’。为此我进行了下列工作:
根据《考试大纲》的要求,对《规范》的每一条规定进行甄别,分解成“要求考核的条文”和“不要求考核的条文”二大类。将“不要求考核的条文”排除掉。
将“要求考核的条文”中的知识点和开考以来所有考题进行对比,分解成“已经考过的”和“尚未考过的”二大类。“尚未考过的知识点”实际是等待开发的“潜在考点”。
再将“已经考过的知识点”在考卷中出现的频率进行细分,分成‘高频考点’、‘多遇考点’和‘一般考点’三类。
‘高频考点’是指有一半以上考卷有考题的知识点。但在一份考卷中所占比例很小。
‘多遇考点’是指有1/4以上考卷有考题的知识点。但在一份考卷中所占的比例低于1/3。
‘一般考点’是指开考以来仅出现过很少几次的考题,在一份考卷中所占的比例高于1/2,也就是说,在一份考卷中、总是‘新面孔’的考题较多。直接影响考试的成败。
‘多遇考点’是指该知识点在这十多年的注册考试中出現的次数较多,但每次出现时的情景、重点、陷阱都是不同的,也就是每一道具体的考题是从不重复的。
仅仅掌握‘高频考点’、‘多遇考点’是远远不够的。这时考生的成绩不会高于30多分。
每年的考卷中总有相当数量的考点是第一次在考试中出现,是新开发出来的考点,所以在复习时必须重视“潜在考点”的学习。
通过上述的分析基本上已能把握住‘题库’的内容组成,并着手编写。接着通过三种方式来收集和开发‘模拟题’:①收集散落在各种资料中的现有模拟题,②将‘教材’、‘手册’中的例题改编成模拟题,③直接根据《规范》规定的内容编写模拟题。“题库”的建立是不能一蹴而就的,经过多年的努力已经积累了一定数量的“模拟题”。每年考后我将当年考卷与“题库”相比较,基本上每年均有接近80%的考核知识点能在“题库”中找到类似的“模拟题”。表明“题库”的内容和考试要求是相吻合的,所以2008年我公布了这个“题库”,这就是2008年“中国建筑工业出版社”出版的《注册结构工程师专业考试答题指导》。《答题指导》有下述四个特点
⑴ 内容全面、系统,约覆盖了接近八成的“要求考核的条文”。是市场中同类书籍中内容最丰富充实的一本。
⑵ 既介绍了已经考核过的真题、更重视今后可能出现的潛在考题。通过真题的学习可以了解命题的规律,学习潛在考题才更重要。
⑶ 便于学习,《答题指导》和《应试指南》的章节编排是对应的,自学时二本书可以并列起来、将《应试指南》中的“作业题”和 《答题指导》中的“选择题”对照着学。
⑷ 便于速查,每章节的内容按相应《规范》条文的次序排列,每道“模拟题”被安排在相关的条文序号内。根据《规范》的条文序号即能找到相应的“模拟题”。
由于每个考生的学习经历各异、工作经历相差更大,参加注册考试的背景条件亦不相同;因而考前复习中每人的培训需求也不相同。有的完全依靠自学、有的参加各类考前辅导班,只要所采取的复习措施适合本人的培训需求,均能取得良好效果。
根据了解,多数考生的复习大体经历下列三个阶段:
⑴ 起步阶段:学习《复习教程》,为主攻阶段系统学习《规范》作好准备。
⑵ 主攻阶段:系统学习整套《结构设计规范》,学习《规范》规定的内容和训练应用《规范》解题的能力。
⑶ 填平补齐阶段:对本人的实际情况进行评估,找出知识的弱项、能力的缺口。然后,挑选相关‘模拟题’进行深度训练。
每个阶段需投入精力的多少与培训需求有关,但重点应是放在掌握《规范》上。
参加考前辅导班,要重视挑选教学定位与本人培训需求相吻合的辅导班。社会上各种辅导班的教学定位是有差別的、各有所長。多数辅导班的通用做法是用7~10天的时间、讲授《复习教程》。接着,就由考生通过自学《规范》,把水平提高到考试所要求的程度。然而、有个別学员以为辅导班所讲的知识就是考前需要学习的全部内容、而没有接着自学《规范》,考前复习並未真正到位,直接影响到考试成绩。这是未解决好个人的培训需求和辅导班教学定位之间的接口问题。
由于注册考试的及格率约为10%,极大多数考生不能过关。有的考生为了在下一年度的考试中再战成功,希望能得到更仔细的辅导。我所办的辅导班的定位,即是专门为考试暂时失利而坚持继续奋战的考生提供教学服务。
1998年我的第一批学员是文革时的清华大学工农兵大学生、当时他们因参加考试失利,才来找我帮助,文革时的师生二十年后再度相聚共同学习。这时他们已人到中年,身挑工作、家庭二副重担。由于历史原因、文革时工农兵大学生学到的知识是支离破碎的、能力的训练是相当肤浅,达不到注册考试的要求,这是导致考试失利的主要原因。需要全面系统补课、而实际上又无法实现。为了做到所教内容能恰到好处、切中要害,我不再孤立地对各课的具体教学内容进行局部的研究。而是对注册工程师的要求作更深层次的思考、认识到注册工程师的“知识体系”和“能力结构”是有一个全面的、完整的要求。注册考试考卷的组成就是这“体系”和“结构”的具体体现,而不是一些孤立的、局部的考题拼凑。我从“知识体系”和“能力结构”的高度来观察已经工作了二十多年的工农兵大学生当时的实际情况。寻找出他们知识上的弱项和能力上的缺口,为此专门备课、写出量身定做的专用教案,我花了三个月的时间和他们朝夕相处、完成了这一补课任务。这三个月我走得很辛苦、但收获亦是巨大的。不仅帮助这批工农兵大学生取得了注册资格,我亦通过教学实践总结出一套独有的、有效的教学方法,在后来十多年中采用这套教学方法有效地帮助了一大批“久攻不克”的学员考试成功,有的还取得高分。
为什么“久攻不克”的学员亦能取得高分?
有的考生多次参加注册考试但考分始终徘徊不前,其原因并不是学习不努力,而是没有找到自身知识上的“缺项”和能力上的“不足”,未能“对症下药”。一个木桶存水量的多少仅取决于长度最短的木条,加长最短的木条即能提高存水量,可见解决“缺项”、“不足”问题是提高考分的关键。由于设计经历的单一、业务环境的局限,使得部分考生看不到自身的“软肋”,我的工作就是“加长最短的木条”,帮学员找到“软肋”,并“有的放矢”地给予补救。一从“知识体系”的高度来组织教学,不只是局限于单门课程的讲述,使学员能从总体着眼,有效地发现知识上的“缺项”;二是从“能力结构”的视角来安排训练,不限于一个个具体公式的运用,让学员能从全局考虑,从而找到能力上的“不足”。他们先前的努力虽未取得理想效果,但长期的知识积累为深入学习创造了条件;他们已学过在正常情况下处理常规问题的知识,能集中精力听我讲述在各种非正常情况下处理特殊问题的知识。他们已有能力回答各类基本知识点的考题.在训练时能有效地关注“陷阱”的识别和“难点”的化解。存在的“缺项”、“不足”找到后,还会使他们原已掌握的知识得以进一步深化,所以考分会有较大的提高。这类学员有些能取得高分,甚至成为当地的“状元”也就成了“顺理成章”的事了。2007年一位大连学员由原来41分提高到71分,2008年一位江西学员由原来44分提高到70分就是两个实例。
我所办的考前辅导班是个“三合一”的辅导班,即把学习《复习教程》、《应试指南》、《答题指导》这三个阶段的内容熔合在一起,在辅导班中一气呵成,所以培训时间较长、将近一个月。“三合一”辅导班有下述特点:
(1)以《规范》为中心,‘概念讲述’、‘案例分析’、‘技能训练’三个环节一步到位。
直接以《规范》为基本教材进行教学;主要讲述《规范》如何应用,不是讲述《规范》如何制定;讲清《规范》各项规定的概念和机理,用直观、形象、浅显的道理帮助学员准确理解《规范》条文的规定;通过大量案例、作业题来帮助学员提高正确应用《规范》的能力及提高解题速度。
注册考试是考核考生的设计技能,技能的掌握要靠训练。注册考试的考题量大面广,答题的速度成为取得成功的关键,要训练快速答题的能力。能力训练和知识传授同等重要,因而我在教学中用40%的时间来训练能力。主要手段是:
①天天考试20题。每天2小时,一期培训班总题量近500道。题的难度和真题相当,覆盖了各种可能遇到的题型,涉及各种‘高频考点’、‘多遇考点’及可能碰到的各类“潜在考题”,力争让学员在考场上尽量少见“新面孔”。
②天天讲评40分钟。讲述正确的审题方法,评论各种解题思路的优劣,介绍各种题型的答题技巧。讲评是在考后立即进行,学员尚处在答题状态,思路已被激活。由于直接针对大家当时的认识进行讲评,故对正确做法的激励,对错误思路的解析均会留下深刻的印象,效果十分明显。
(2)把各本《规范》的内容综合起来,融会贯通后再分章讲述;
工程师大多是结合具体设计任务来学习有关《规范》。受工作经历的限制,对整套《规范》并未完整地掌握。加之《规范》内容较多是经验性的,学起来十分枯燥,成为考生在复习中一个瓶颈。
我把各本《规范》的内容融会贯通后综合起来,形成一套完整的“结构思想”,以此来统帅各本《规范》。接近三分一的讲课时间用来详细讲述综合起来的“结构思想”,我是站在“结构思想”这个平台上来讲解各本《规范》,才把整套《规范》的概念、原理,机理讲清楚,其效果是:学员不仅知道应如何做,还知道为什么要这样做,不易用错还能记住。达到了事半功倍的效果。
从开始注册考试开始至今已有十多年。十多年来,考生构成在改变,早期是“设计干得多”和“基础知识忘得多”;现在是“设计干得少”和“基础知识好”;针对部分学员工程经验不足和缺乏处理技术难题锻炼的特点增加下述教学安排。
(1)运用多媒体技术教授《规范》中的“经验性规定”。
《规范》中很多规定是工程经验的总结,很难在黑板上说清楚,大学念书时是学不到这些内容的。工程师是在解决技术难题的实践中,通过讨论、调研、咨询来领悟、理解、掌握这类“经验性规定”,依靠资深专家的“口传心授”,通过“母鸡”带“小鸡”的学习方式是掌握“经验性规定”的基本途径。然而中小设计单位的工程师,不仅周围缺乏“母鸡”,亦很少接触复杂工程,受条件的制约很难能对“经验性规定”作全面深入的了解,依靠看书或听课又未能得到有效的帮助。我把多媒体技术引入教学,即用图片资料、实验现象、工程案例、表格数据等多项内容制作成屏幕图像,再配合语言的讲解,使学员能直观、形象地感受到所要掌握的内容。依靠多媒体技术,把整套《规范》的概念、原理、机理以及结构布置、构造、做法等综合起来形成一套完整的教学内容。用这套教学内容来全面提升学员的业务素质。
(2)“难题处理”、“陷阱识别”的训练在培训中贯彻始终
注册考试为了要淘汰将近九成左右的考生,考卷中必然会有难题。“难题”就在各种“非正常”情况下需要处理的“特殊”问题。“陷阱”就是表面看这个考题并不难、实际上设有不易觉察的问题。沒有经历过处理非正常情况下所出现特殊问题的经验想回答这类疑难问题是不容易的。沒有经过专门训练想在短暂的答题时间内快速找出这种不易觉察的陷阱实在太难了。“难题处理”和“识别陷阱”成为妨碍部分考生取得考试及格的拦路虎,这是考前复习中需要解决的一个难点。
我们在学校学习的均是在‘正常’情况下所遇到‘常规’问题,是每个工程师都掌握的知识,‘高频考点’和‘多遇考点’就是这类问题。无法仅仅考核常规问题来区分考生水平高低,考卷中出現一定数量的‘难题’是不可避免的事。这种深层次的技术问题实际并不是真正的疑难问题,对多数人来说它仅是个生疏的问题。它的处理办法都是在常规问题上向前延伸一步,所以在一般“教材”上是不讲解这类技术问题的。《规范》上是讲述这类问题的。问题是沒有处理技术难题锻炼的年青工程师、他并不清楚《规范》在哪里讲述了这些问题。我在讲解每一条《规范》时均是先讲述‘正常’情况下如何处理,接着将分布在《规范》各处有关各种‘非正常’情况应该如何处理的规定逐一讲解,将“难”化解成“不难”。从而提高年青工程师的解决“难题”的能力。
我对已经考过的将近2000道考题全部进行了仔细分析、看到了考题中所设置的各类陷阱、真是五花八门。然而这类问题很难在书中写清楚,需要在解题过程中加以训练。我将陷阱分解在各道案例或考题中来讲述,更重要是在训练环节中让学员通过亲身经历识別、化解陷阱来领悟和掌握“识别陷阱”的能力。
这套教学方法是经过十多年的摸索,在广大学员协助下不断实践、不断改进、逐步演变而成的、比较有效。多年事实表明:当学员能吸收消化所学内容、一般都能考试及格、有些还拿高分。考虑到消化吸收所学内容的重要性。脱产班是设置在郊外一个封闭的环境中、全时强化训练一个月,每天8~9小时的课堂学习再加上晚自习,十分辛苦。只要进入这一环境.就受到紧张学习氛围的激励。大家相互切磋、讨论成风,思维活跃,效率很高,这一集体成为一个大熔炉。对这样紧张的学习生活,学员称之为“魔鬼训练”。但又坦言这是“辛苦一月、受益一生”。这种强化训练十分有利学员真正消化吸收所学的内容,成为及格率大幅提高的直接原因。
目前来听课的学员已不完全是因考试失利为打翻身仗而来,越来越多的还包括:
(1)相当数量的总工、院长,他们经验丰富,是技术上的领军人物,且责任重大,为了更好担当此角色,虽然工作繁忙,也都下决心全时脱产来学习。
(2)相当数量的博士、硕士,刚通过基础考试就直接前来学习,他们的长处是“会念善考”,但设计经验尚嫌不足。这种以提高业务素质为主旨的教学方法有利于他们早日成为设计队伍的中坚,普遍受到他们的欢迎。
多年来,学员比较一致的看法是:我所讲的教学内容不仅是对考试有用,而对提高工程师的技术素质和设计能力也很有用。特别是我能从“知识体系”和“能力结构”的高度把结构工程师应具备的基本要求讲请楚,这是我的特色亦是最受欢迎之处。2005年以来、每年均有工程师提出,希望我去他们所在城市或院所讲课。2008年华北某市建委的一位负责解决疑难问题的老专家前来听课,先试听三天,确认不是“徒有虚名”后,又继续听完全部课程,认为收获很大,“不虚此行”。这位老专家没有考试任务.目的就是为了提高今后的咨询质量。
我的这套教学方法并不是对每个人均是合适的、我无能力帮助每个人都能考试及格。因我走的路是一条最“笨”的路,就是花苦功夫从根本上真正提高技术素质。我认为‘结构’行业的特点是高风险,错误的设计会导致房屋倒塌、这是人命关天的大事。这个行业特点决定了从业人士必需有真才实学,来不得半点虚假。作为教师的我应该在传授知识的同时将结构工程师必须具备的认真严谨的品质传递下去,所以才坚持走这种最“笨”的路。我亦清楚有些人是更欢迎走捷径、只要能轻松地拿到证、是否学到真本事是不在乎的。我不愿提供这种服务。我愿为‘学风正、肯吃苦’的考生服务。这种理念决定了我的招生方法。没有广告、没有海报、没有书面通知。每年我静悄悄地在北京郊区讲课,来听课的都是“知音者”,他们是通过同学、同事、同乡的介绍才来的,介绍者都是“魔鬼训练”的亲身经历者。所以来听课的新学员都有吃苦的思想准备。当然亦有不知情的、因此经过第一天试听后、第二天我明确四点:①不提供押题、猜题服务;②不保证每人能够注册考试及格;③要求教学互动;④能吃苦,培训阶段是百米冲刺速度跑马拉松。不能接受这四条的可以退学。接着对留下的学员进行“魔鬼训练”。所以学员人数不是很多,但个个学习非常努力,走时却是带着收获和信心。
每年考后我均要研究考题,十多年的连续跟踪,对“考核知识点”开发和演变的全过程有一个较完整的了解。注意到考题内容逐步深化和发展。以整张考卷的全局为研究对象,既进行整体研究又做到分课推敲,了解命题专家的命题思路和考核目的,研究命题规律对我预测今后可能出现的“潜在考题”很有好处。我是从“知识体系、能力结构”的高度来确定“潜在考题”的内容。我将“潜在考题”作为案例或考题进行讲解和训练,当然取得较好的考试效果。然而、未曾听过我讲课的人不能分清我的这种教学和“押题”和“猜题”的区别。不相信一个人真的能精通所有的课程,认为一个人能把每门课都讲得受学员欢迎是不可能的事,所以把我能达到良好教学效果的原因有各种猜想。误认为我有特殊的渠道、知道内情。在当今学术腐败时有所闻、考试作弊屡见不鲜的现实中,有这种想法不足为奇。所以有人希望我办押题班、速成班、冲刺班。其实,确切地说“押题”、“猜题”是赌博,让听课人记住几道考题的答案就想考试及格是不可能的事,我不愿也根本沒有能力做这种事。
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huang_tb
2010年03月22日 00:59:19
27楼
希望大家提出问题讨论及提高!
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huang_tb
2010年03月23日 16:47:54
28楼
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huang_tb
2010年03月23日 16:54:41
29楼
在概念清晰、技术可靠的情况下,合理进行包络设计,可作为解决复杂抗震技术问题的基本方法。
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huang_tb
2010年03月23日 17:08:33
30楼
抗震设计的根本是形成钢筋混凝土结构的基本抗震设计思想。脉络如下:

地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。地震具有突发性的特点,至今可预报性仍然很低。强烈地震常造成人身和财产的巨大损失。我国属地震多发国家,需要考虑抗震设防的地域辽阔,因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。

  我国的现代抗震设计理论是从五十年代开始,在国际抗震理论的推动下发展起来的,并逐渐形成了自己的特色。在积累了相当的研究成果和实践经验的基础上,相继制定了74 、78 、89、2010 规范和新修订的2010抗震设计规范(GB50011-2001)2010版。按2010 年规范设计的建筑物的抗震能力较2001 规范可提高5 %~10 % ,其技术含量达到国际先进水平,安全可靠度的设置已靠近美国等发达国家。

  要想更好的执行规范就必须明确抗震规范制定的基本思想,明确抗震设计的基本原则。下面着重从以下几个方面做以阐述。

  1、在地震作用下, 一味地追求结构的强度并不可取,结构的延性是非常重要的

  地震分为小震、中震和大震。所谓小震指的是常遇地震,50 年出现的概率大约为63 % ,重现期为50 年。中震是指50 年出现的概率约为10 % ,重现期为475 年。而大震指的是罕遇地震,50 年出现的概率为2 %~3 % ,重现期为1641~2475 年。对于偶然性和随机性很大的地震荷载,要想使结构强度一定大于结构反应,几乎是不可能的,而且是十分不经济的。受社会承受牺牲的能力和经济制约的因素,我们只能从概率的角度出发,使结构在一定的概率保证下能安全正常地发挥作用。这就决定了抗震设计的基本原则,在我国即通常所说的“小震不坏,中震可修,大震不倒”。

  在“小震”作用下,要求结构不受损伤或不需修理仍可继续使用。从结构抗震分析角度来说,就是要求结构在“小震”作用下保持准弹性反应状态,而不进入使建筑物中断使用和产生非结构构件破坏的非弹性反应状态;同时结构的侧向变形应控制在合理的限制范围以内,目的是使结构具有足够的抗侧向力刚度。

  中震大概相当于我们的设防烈度地震,当遭遇到中震作用时,结构可以有一定程度的损坏,经修复或不经修复仍可继续使用。从经济角度来说,维修费用不能太高。

  对发生概率极小的罕遇大震(“大震”的烈度比设防烈度约高一度左右) 。要求当结构在遭遇“大震”作用时,不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。

  这样一个抗震设防目标是非常经济合理的。因为地震的发生太偶然,倘使我们一味地追求结构的强度以保证中震甚至是大震作用下结构不坏,这将会使极大量的材料在绝大部分时间里,甚至在整个寿命期内都处于不能充分发挥作用的状态,这样做是不明智的。

  在上述设计原则指导下,就要求结构处于这样一种状况:当小震来临,应确保所有的结构构件在抵抗地震作用力时,具有足够的强度,使其基本上处于弹性状态。并通过验算小震作用下的弹性位移共同来保证结构不坏。处于这个阶段的结构构件不会发生明显的非线性变形,也不必需要采取特殊的构造措施。在中震作用下,结构的某些关键部位超过弹性强度,进入屈服,发生较大变形,达到非线形阶段,这时,我们就特别提出延性要求(延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时,结构仍能维持其初始强度的能力,是结构超过弹性阶段的变形能力,它是结构抗震能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞回特性吸收能量的能力,它是抗震设计当中一个非常重要的特性) 。当中震来临的时候,因为结构具有非弹性特征,某些关键部位超过其弹性强度,进入塑性状态。由于它有一定的延性,它的非线性能够承担塑性变形,使它在变形中能够耗费和吸收地震能量。代价是可能导致较宽的裂缝,混凝土表皮起壳、脱落,可能有一定的残余变形,但不至于导致安全失效,以达到中震可修的设防目标。处于这个阶段的结构,对延性就会提出相应的要求,而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。当大震来临的时候,结构的非线性变形非常大,也可能发生不可修复的破坏。处于这个阶段的结构就需要通过计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。

  所以,通常我们只需要按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合,验算构件截面抗震承载力及结构的弹性变形。而中震作用效应则需要结构靠一定的塑性变形能力(即延性) 来抵抗。所以结构延性对建筑抗震是极其重要的。
2、地震力降低系数的大小决定了设计地震力取值的大小,从而决定了对延性要求的大小

  由上所述,用于承载力设计的地震作用可以取到小震水平,当更大的地震来临的时候,则靠结构的延性去抵抗。所以,我们并不取用设防烈度地震作用力来进行结构承载力设计,而需要把设防烈度地震力降低一个系数,称为地震力降低系数。

  地震力降低系数取得越大,设计地震作用就取得越小;地震力降低系数取得越小,设计地震作用就取得越大。在同一个设防烈度下,地震力降低系数取得越大,地震作用就越小,那么按此小的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越低,意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越大,这就要求结构具有较大的延性来保证它较大的非弹性变形的实现,因而对延性提出的要求就更高。这一延性等级的结构即为较低设计地震力取值2较高延性要求的“高延性等级”结构。地震力降低系数取得

  越小,地震作用就越大,那么按此大的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越高,意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越小,这就只需要要求结构具有较小的延性来保证它较小的非弹性变形的实现,因而对延性提出的要求就越低。这一延性等级的结构即为较高设计地震力取值2较低延性要求的“低延性等级”结构。同理,在同一个设防烈度下,地震力降低系数取为中等,地震作用也为中等,因而对延性提出的要求也为中等。这一延性等级的结构即为中等设计地震力取值2中等延性要求的“中等延性等级”结构。这样,地震力降低系数的大小实际上就决定了设计地震力取值的大小,从而决定了对延性要求的大小。

  中国规范规定把设防烈度地震作用降低约3 倍来进行承载力设计,即设防烈度地震作用反应谱除以地震承载力降低系数3 ,而得到设计所用的反应谱。并且中国规范按设防烈度从大到小对结构延性提出了从高到低的要求,具体是用抗震等级来表示,共分为一级、二级、三级、四级四个等级。

  初步印象是:中国的地震力降低系数的取值偏低。这似乎说明中国的地震力取值较高,因而并不需要对结构提出高延性要求。其实不然,在对比了中国和西方国家的设防地震作用反应谱曲线之后,我们发现,在中长周期范围内,西方要比中国高,也就是说,中国在较低的反应谱水平下降低3 倍,跟西方在较高的反应谱水平下降低5 倍,甚至更多之后的作用水平是相差不多的,这就说明,中国对抗震结构应提出相当于西方地震力降低系数等于5 ,甚至高一档次的高延性要求。

3、“能力设计法”已为各国普遍接受。通过能力设计法以选择性质不同的主要抗侧力构件,在地震作用影响产生大变形的情况下,能够形成较好的耗能机制

  为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性,就必须通过能力设计法,使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。能力设计法的具体思路有三步:

  (1) 第一步是选择一个可接受的塑性变形机构。所选机构的位移延性应该靠塑性铰处最小非线性转动来达到。一旦选定了合适的塑性变形机构,就可以精确地确定能量耗散部位。能力设计法在选择塑性变形机构的选择上存在两种不同的方案:

一种是“梁铰机构”。其具体措施是人为地较大幅度增加柱端的抗弯能力,使除底层柱底以外的各柱端在较强地震作用下,原则上不进入屈服后状态,即不出现塑性铰。由于柱端原则上不进入屈服,曲率较小,因此对除底层柱底的其它各层柱端不必提出严格的轴压比控制条件,即不必一定要把柱端的受力状态控制在离大、小偏心受压界限状态尚有一定距离的延性较好的大偏心受压状态。这种机构主要靠梁端出铰来耗散地震能量。
另一种是“梁柱铰机构”。其具体措施是只在一定程度上人为增大柱的抗弯能力,因此,从总体上说,柱端虽然与梁端相比相对较强,但在较强和很强地震作用下,柱端仍有可能进入屈服,只不过梁端出现塑性铰的机会较多、较早,塑性转动较大;柱端塑性铰则出现相对较迟,塑性转动相对较小。只要对柱的轴压比控制较严,使柱端不出现小偏心受压和离大、小偏压分界状态过近的大偏心受压情况,再通过加强对柱端塑性铰区的约束,就可以使柱端具有所需的、不十分苛刻的塑性转动能力(延性能力) 且不致压溃。这种机构主要靠梁柱共同出铰来耗散地震能量。

  对比以上两种方案,前者实际上是提高了柱的强度,加强了柱的弹性变形能力。在实际配筋当中,纵筋用量相对较多,箍筋用量相对较少。后者实际上是提高了柱的塑性变形能力,在实际配筋当中,纵筋用量相对较少,箍筋用量相对较多。

  中国规范选择了第二个方案,即“梁柱铰机构”。这即是我们通常所说的“强柱弱梁”。为了实现能力设计方法中的强柱弱梁机构,我们通常的做法是对柱截面的组合弯矩乘以增大系数;也可以对由梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩,即实配弯矩乘以增大系数的方法来实现,并用增大后的弯矩值进行柱端控制截面的承载力设计。

  (2) 第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力,使其不致在强烈地震作用下,在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏。这即是我们通常所说的强剪弱弯。通常的做法是用剪力增大系数增大梁端、柱端、剪力墙端、剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点处的组合剪力值,并用增大后的剪力设计值进行受剪控制截面控制条件,进行验算和设计。具体措施也有两类。

  一类是直接对一跨梁两端截面的顺时针或反时针方向的组合弯矩值乘以增大系数,再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。

另一类是沿顺时针或反时针方向求得一跨梁两端截面按实际配筋能够抵抗的弯矩,对其乘以增大系数,再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。

  (3) 第三步是通过相应的构造措施,保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。通常通过箍筋加密,限制轴压比等措施来给予保证。

  上述三个步骤所采取的措施是相互关联的。第二步措施是第一步措施实现的前提和保障;因为只有塑性铰区不致先期发生剪切失效,才能够有梁柱塑性铰区的塑性转动。第一步措施要求较严,则第三步则可相对较弱。反之,第一步的措施较松,则对第三步的要求就较严格。因为如果柱弯矩增强系数很大,大到能保证除底层以外的其它柱端都不出现塑性铰,则并不需要对轴压比和约束箍筋提出严格的限制,即并不需要使柱处于延性较好的大偏压状态和使柱具有很强的转动能力。这即是形成梁铰机构。而如果控制柱的弯矩增强系数,使梁端出铰较柱端出铰较早、较多、转动较大,柱端出铰则相对较迟、较少、转动较小。这即是“梁柱铰机构”。此时,就需要对柱轴压比提出一定的限制,使柱端的受力状态处于大偏压,同时,加强对塑性铰区箍筋的约束,以提高塑性铰的转动能力,这样就提高了柱端的延性能力,使之在所需要的塑性转动下不至于被压坏。所以,柱的弯矩增大系数越大,对轴压比的限制和箍筋的约束要求就越低;弯矩增大系数越小,对轴压比的限制和箍筋的约束要求就越高。
4、几种基本抗震体系的性能

  (1) 框架结构体系:按上述的能力设计思路,通过合理设计,可以把框架结构做成延性框架。延性框架在大震作用下,通过先出现梁铰、后出现柱铰这样一种耗能机构耗散大量的地震能量,结构能够承受一定的侧向变形。所以纯框架结构是一种抗震性能很好的结构。但是我们同时也看到由于纯框架的抗侧刚度较小,造成的侧移值比较大,因此建造高度不宜太高。非结构构件比如填充墙在地震作用下,也可能出现裂缝和破坏。框架和填充墙之间的硬性联结造成的刚度增大效应也可能造成设计上未考虑到的增大的侧向力。倘若是半高的填充墙,还会导致形成短柱,刚度增大,承受很大的剪力,造成柱子的剪切破坏。

(2) 剪力墙结构体系:剪力墙结构的承载力及刚度都很大,侧移变形小,因此它的使用范围可以比纯框架结构更高。适用于框架结构构件的非线形抗震性能的原理总体上也可以用于剪力墙,也可以把剪力墙设计成为延性剪力墙,也可以以稳定的方式来耗散地震能量。但是,剪力墙中不论是墙肢还是连梁,它的截面的特点是短而高,这类构件对剪切变形相当敏感,容易出现裂缝,容易出现脆性的剪切破坏。因此需进行精心合理的设计,才能够使剪力墙具有良好的抗震性能和良好的延性能力。剪力墙的破坏形态与其剪跨比有很大关系,对剪跨比很小的矮墙,以剪切破坏形态为主,塑性变形能力很差,所以在抗震结构中应避免采用矮墙。对于悬臂墙的能量耗散,主要是通过墙底出铰来进行的。而对于联肢墙,经过合理地设计开洞位置,使它的能量耗散机理与具有强柱弱梁的梁铰机构相似,形成强墙弱梁,即连梁梁端出铰,墙底出铰,而墙体的其它地方,均不出现塑性铰。否则,倘若连梁强于墙肢,则会出现与柱铰机构一样的层变形机构。对于较长的悬臂墙,通常通过人为开洞使之变成联肢墙,因为悬臂墙作为静定结构,一旦有一个截面破坏失效,就会导致结构失效和倒塌,而联肢墙则可设计成强墙弱梁,出铰数目较多,耗能较大。同框架设计的强剪弱弯一样,连梁及墙肢也需要通过“强剪弱弯”来提高其抗剪承载能力,推迟剪切破坏,从而改善其延性。但是受其自身截面特点的影响,构件仍不能保证不发生剪切破坏,特别是连梁,一般情况下的普通配筋连梁很难实现高延性,设计时,必须专门采取措施改变其性能。

  (3) 框架2剪力墙结构体系:是把框架和剪力墙结合在一起共同抵抗竖向和水平荷载的一种体系,它利用剪力墙的高抗侧力刚度和承载力,弥补框架结构抗侧刚度差,变形较大的弱点。由于剪力墙与框架协同工作,改善了纯框架和纯剪力墙的变形性能,总变形减小,层间变形减小,而且上下趋于均匀,框架上下各层柱的受力也比较均匀。另外,在地震作用下,剪力墙承担了大部分剪力,框架只承担很小的一部分剪力,通常都是剪力墙先屈服,剪力墙屈服后将产生内力重分配,框架分配的剪力将会增大,如果地震作用继续增大,框架结构也会屈服,使之形成曲线分布吻合最好。

  从办公楼非线性地震反应时程分析以及三种侧向力分布模式下的静力弹塑性分析的最后塑性铰分布图可以看出,办公楼满足强柱弱梁的抗震要求。时程分析( EL2CENTRO 地震波输入下) 以及三种侧向力分布模式下的静力弹塑性分析所得出的最大层间位移角分别为:1/70,1/143,1/117,1/118,均小于规范给出的钢筋混凝土框架结构弹塑性位移角限值[θp ] =1/50,因此,该办公楼满足罕遇地震作用下的变形要求。

  4、结论
  (1) 与常规结构静力弹塑性分析方法相比,考虑土2结构相互作用的结构静力弹塑性分析方法有其特殊性,结构静力弹塑性分析中的侧向力分布模式、目标位移的确定方法需重新确定。
  (2) 对比较规则的高层框架结构进行考虑土2结构相互作用非线性抗震分析,既可以采用非线性地震反应时程分析法,也可以采用静力弹塑性分析方法,两种方法都能对结构进行抗震性能评估。
  (3) 对高层建筑结构进行考虑土2结构相互作用静力弹塑性分析时,考虑到高阶振型影响,侧向力分布模式最好选用曲线分布模式。
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huang_tb
2010年04月01日 14:52:43
31楼
【工程抗震讨论答疑区-有问必答】
共同讨论工程抗震的问题!
希望大家共同进步!

我的研究方向是工程抗震,大家需要些什么资料或者想了解什么问题,请发帖!
我会尽量做到有问必答,至少我会提出一个方向。
共同努力,把网易结构论坛建设好!!
谢谢参与!!!

基于现在大家提问较少,我将陆续上传一些文献,大家有什么感想?都可以讨论!!!
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huang_tb
2010年04月01日 15:04:25
32楼
高层建筑结构抗震设计01
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huang_tb
2010年04月03日 00:09:00
33楼
高层建筑结构抗震设计02
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