建筑工程师论文范文浅谈建筑结构抗震设防投资的优化

　　摘要：地震灾害损失与建筑结构抗震设防水平的高低成反比。通过对建筑结构抗震设计的过程分析，结合建筑结构设防标准的影响因素，对抗震设防标准可靠度与投资决策的方法优化进行探讨。

　　关键词：建筑工程师论文,核心期刊论文发表,建筑结构,抗震设防,投资决策

　　随着经济社会的发展和科学技术的进步，建筑的结构体系也越来越先进。尤其是近些年来，高层建筑的建设速度达到了空前的繁荣，对建筑结构的安全性、可靠性提出了更高的要求。建筑结构的抗震分析和设计是工程设计中重要的内容，为了更大程度上满足建筑向着高层化、结构复杂化的趋势良好发展，对建筑抗震设防的研究已是当前摆在工程投资人员及设计人员面前亟待解决的核心问题之一。

　　1.建筑结构抗震设计分析

　　现阶段应用比较广泛的房屋建筑结构抗震设计理论主要可分为反应谱理论、动力理论以及拟静力理论三个类型，首先，对于反应谱理论而言，进行抗震设计的重心在于地震震动过程当中的加速度特性;其次，对于动力理论而言，进行抗震设计中的中心在于将整个地震视作独立的时间过程，这当中具有显著特征的地震动加速度被视作地震动输入变量参数，而房屋建筑结构就是整个计算系统当中的自由度体系，在精确得出各个时刻建筑物地震反应的同时完成抗震设计;最后，对于拟静力理论而言，进行抗震设计的基本在于对地震力大小参数进行核算，按照地震系数与房屋建筑结构重量的乘积对该参数进行计算。

　　2. 建筑结构设防标准的影响因素

　　新建建筑的设防标准是指设计时允许一个结构在它服役期内遇到地震时对其反应不超过某一给定的极限状态的概率。这表明，结构的设防标准除了与地震发生的概率和地震动参数大小有关外，还与其允许的极限状态有很大的关系。对同一建筑结构而言，允许的极限状态越大，说明该结构对性能的要求越高，那么相应所需的经济投入也就越多。伴随着设防烈度的增大，结构的投资也在增多，势必降低结构的损失费用。当结构的投资较小时，损失较大，无法起到预防地震灾害，确保结构安全的作用;随着投资的增加，损失逐渐减小。但是，当投资增加到一定程度的时候，损失费用减小的趋势逐渐变小，也就是说，投资增加到一定程度后即使增加投资，损失也不会再继续减小，此时增加投资就会造成不必要的浪费。因此，必须寻求一个平衡点，使其在保证建筑结构安全的同时又达到经济的效果。

　　3.建筑结构抗震设防投资的优化

　　基于建筑结构安全、经济性能等因素相协调的抗震设计思想反映了现代结构抗震设计思想的一个重要转变，即从以往只注重结构安全向全面注重结构的性能、安全及经济等诸多方面发展。从经济的角度看，为提高建筑结构抗震能力而进行的投资与在地震作用下结构破坏所造成的损失费用应达到一个合理的平衡，目标就是在保障人类生命安全的前提下，结构在整个服役期内总费用之和最小。

　　3.1建筑物的抗震等级对工程造价的影响

　　在建筑结构设计中，提高设防烈度需要通过提高建筑物的抗震等级实现，建筑物的造价也随之提高，造价增加的幅度是大家所关心的。提高建筑物的抗震等级对造价方面影响的主要是建筑的土建造价部分。建筑物抗震等级的确定与当地的抗震设防烈度、地震分组、设计基本加速度、建筑场地等外部因素有关，还与建筑物高度、建筑物抗震设防分类、结构类型等有关。建筑物抗震等级的提高，将加大结构构件的计算内力，提高配筋率和配箍率，对造价的影响是加大截面尺寸，即增加混凝土和钢筋用量，而对楼板厚度、配筋量几乎没有影响。当设防烈度超过8度时，依旧通过改变构件的截面尺寸和配筋率来提高结构的抗震能力已经不是最经济的方法，一方面加大竖向构件尺寸将降低有效使用面积，同时由于刚度的增加也加大了地震的作用力，此时应通过改变结构体系、增加抗震斜撑体系、增设隔震消震措施等提高结构抗震性能来达到抗震设防烈度的要求，这样提高的造价比单纯提高结构的截面尺寸和配筋量还少。根据各种结构类型的抗震性能从低到高，依次选择砖混结构、框架结构、框剪结构、框筒结构、筒中筒结构等，选择合适的结构体系是保证结构抗震能力的第一步，且直接影响建筑物的土建造价。

　　3.2建筑结构抗震设防标准可靠度与投资决策分析

　　可靠度是结构分析和设计理论发展到概率阶段提出的概念，在此之前对结构的安全度没有统一的度量，结构安全性靠安全系数体现，其依据是专家的经验。对工程结构的目标可靠度进行决策是一件困难的事情，现有的方法有两种:一种是类比法，另一种方法是校准法。美国、加拿大和欧洲的一些国家以及我国都采用此法建立了结构的目标可靠度水准。类比法和校准法是非抗震结构设计时确定目标可靠度所采用的方法，显然也可以用来决策结构抗震目标可靠度。但它们各自都存在缺陷，作为确定抗震目标可靠度的方法并不恰当。事实上，结构工程师在工程实践中必须努力协调“安全”和“经济”这一矛盾，在确保结构安全性的前提下尽可能减少结构花费。这也是研究和制定抗震设防标准的根本原因。

　　抗震目标可靠度制定得高与低，实际上同国家的技术经济政策和投资者的经济承受能力以及服役结构创造的效益有关。影响结构效益的因素又可以分为两类：建设投人和投资风险。建设投入是指结构建设完成之前需要的费用总和，如土地征用费、设计费、材料费、施工费等。对于抗震结构还应该特别包括为了抗震需要而增加的构造措施费用。投资风险是指结构在服役过程中可能遭受的各种直接和间接的损失，包括经济损失、人员伤亡及社会、政治影响等。如果抗震目标可靠度制定得高，则需要的建设投人就大，虽投资风险变小，但若没有遭遇期望强度的地震就会得不偿失。如果抗震目标可靠度制定得低，虽然可以减少建设投人，但投资风险加大，有可能导致巨大的经济损失和社会影响而无法承受。由此可见，合理的抗震设防标准应该在建设投人和投资风险之间取得平衡，使得工程结构在服役期间支付的总费用最小化。结构抗震目标可靠度则不仅体现了结构的抗震安全性(或者地震风险水平)，同时也是体现结构经济性的一个指标。

　　制定合理的抗震目标可靠度不仅需要考虑结构初始的建设投人，而且必须考虑服役过程中结构需要承担的投资风险，并且采用优化方法确定结构抗震可靠性最佳的目标水准，使得结构方案在失效后果和安全措施费用之间实现平衡。这种方法被称为“投资-效益”准则法，目前尚处于研究阶段。近年来，这种方法受到了比较广泛的关注，国内外都有研究者从不同层面对其进行研究。“投资-效益”准则法被认为是科学决策结构最佳抗震目标可靠度的一种切实可行的方法，同时也是基于性态的抗震设计思想需要研究的一个基本问题。

　　4.结束语

　　建筑工程结构的抗震设防投资方案可选不同的结构型式和设防等级，不同的结构型式和设防等级引起结构可靠度、震害损失等方面的差异，通过地震灾害损失的经济效果来进行工程结构的投资优化是十分必要的。在制定最佳抗震目标可靠度时需要考虑结构整个生命周期中的经济因素，包括建设投入和投资风险，而“投资-效益”准则法是确定结构最佳抗震设防目标及可靠度的一种切实可行的方法。

　　参考文献：

　　[1] 吴曙光，常业军.工程结构基于震害损失的动态投资优化[J].基建优化.2007(03)

　　[2] 阎海霞.底层框架抗震墙砖房抗震设计[J].黑龙江科技信息.2008(09)

　　[3] 于洁，陈玲俐.钢筋混凝土框架节点抗震性能研究进展[J].世界地震工程.2010(02)

　　[4] 梁娇，杨鸿生.浅谈钢筋混凝土结构的抗震思想[J].黑龙江科技信息.2009(22)