何 葉 ， 馬江萍 ， 郗 茸 ， 楊 錦 ， 張 奎 ， 周 禹

（1.西安培華學(xué)院建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 陜西 西安710100；2.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 陜西 西安710043）

0 引言

開(kāi)元寺-天王殿位于河南省鄭州市城管區(qū)， 單體位于開(kāi)元寺建筑群落中軸線上， 是我國(guó)傳統(tǒng)建筑中典型的單檐歇山唐式建筑。 天王殿外觀氣勢(shì)磅礴， 威嚴(yán)莊重， 造型華美， 姿態(tài)靈動(dòng)， 是唐代經(jīng)濟(jì)和文化高度繁榮的時(shí)代標(biāo)志。 本建筑單體的設(shè)計(jì)使用年限為50 年， 采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式， 基礎(chǔ)采用柱下條形基礎(chǔ)， 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)， 重要性安全系數(shù)1.0， 場(chǎng)地特征周期0.55 s， 抗震設(shè)防類(lèi)別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)， 建筑物的抗震設(shè)防烈度為7 度， 設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15 g， 場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)， 剪力墻的抗震等級(jí)為三級(jí)， 框架的抗震等級(jí)為四級(jí)， 抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)采用［1］。

1 建筑特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)布置

本單體面闊九間進(jìn)深五間， 平面布置為規(guī)整的矩形， 除室外臺(tái)階外建筑構(gòu)件采用雙軸對(duì)稱布置， 平面尺寸為40.5 m×24.6 m， 建筑檐口高度為8.850 m， 屋脊高度為15.200 m， 建筑體量龐大且屋面四周均有大跨度屋面挑檐， 最大外挑長(zhǎng)度為3.51 m。 歇山建筑造型優(yōu)美， 坡屋面結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜， 出挑深遠(yuǎn)， 柱頭及額枋斗拱數(shù)量可觀、 品類(lèi)繁多， 廊柱、 金柱收分精細(xì)， 種種細(xì)節(jié)突顯了中國(guó)傳統(tǒng)建筑元素， 充分體現(xiàn)了唐式建筑規(guī)模宏大，氣勢(shì)磅礴， 形體俊美， 莊重大方的特點(diǎn)［2］。

本工程坡屋面形式復(fù)雜， 高低錯(cuò)落， 額枋斗拱繁多， 梁體空間交錯(cuò)， 與傳統(tǒng)普通現(xiàn)建計(jì)算方法不同， 單體不僅需要不同工程軟件進(jìn)行校核，同時(shí)需要采用三維空間模型對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行更為準(zhǔn)確的計(jì)算與分析。 天王殿一層平面圖、 屋頂平面圖、 立面圖分別如圖1、 圖2、 圖3 所示。

圖1 天王殿一層平面圖Fig.1 First floor plan of Tianwang Hall

圖2 天王殿屋頂平面圖Fig.2 Roof plan of Tianwang Hall

圖3 天王殿立面圖Fig.3 Elevation of Tianwang Hall

2 模型計(jì)算結(jié)果與分析

歇山頂部建筑屋面形式復(fù)雜， 剪力墻、 框架柱、 框架梁、 坊梁、 梁標(biāo)高各異， 坡屋面自身剛度也比較大， 抗震不利的因素較多。 通過(guò)屋架體系設(shè)立柱、 架梁的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型1 （托梁-立柱）與橫向折梁受力的結(jié)構(gòu)模型2， 分析兩個(gè)模型的周期比、 最大層間位移角、 配筋值等指標(biāo)， 結(jié)果表明模型也能很好的滿足設(shè)計(jì)要求， 并能滿足建筑要求的內(nèi)部大空間。 建筑坡屋面空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，局部錯(cuò)層明顯， 通過(guò)有限元軟件SATWE 及PMSAP 對(duì)模型的最大層間位移角、 周期、 最大層間位移比等參數(shù)進(jìn)行校核； 采用YJK 軟件彈性時(shí)程分析對(duì)結(jié)構(gòu)的樓層地震剪力進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算； 通過(guò)彈塑性時(shí)程分析對(duì)結(jié)構(gòu)抗倒塌能力進(jìn)行驗(yàn)證，并進(jìn)行了罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估。

從以上分類(lèi)可以看出，在宗守云(2011)的文章中，對(duì)與語(yǔ)言范疇化路徑的描述更加的具體細(xì)致，跟宗守云(2007)相比而言分類(lèi)更加全面，除此之外這種分析得到的規(guī)律更加普遍而不只是針對(duì)于量詞“副”的研究，因此這對(duì)于語(yǔ)言的范疇化的基本途徑的研究更加具有參考價(jià)值。

2.1 屋面無(wú)立柱， 無(wú)下弦梁計(jì)算結(jié)果分析

取消屋面下弦梁抬柱傳統(tǒng)做法， 在模型中去掉下弦梁與梁上立柱， 橫向屋面梁采用折梁受力來(lái)計(jì)算。 正常梁上柱體系屋面模型如圖4 所示；取消下弦梁與梁上立柱模型如圖5 所示， 屋面橫向折梁跨度水平投影為10.2 m， 同時(shí)在YJK 對(duì)模型2 做出以下修改： 在前處理與計(jì)算中， 特殊梁定義中將屋面脊梁上正脊梁修改為兩端鉸接。 傳統(tǒng)做法屋面梁柱體系模型1 與取消下弦梁與梁上立柱模型2， 計(jì)算結(jié)果比較如表1 所示。

歷次大地震的經(jīng)驗(yàn)表明， 同樣或相近的建筑，建造于Ⅰ類(lèi)場(chǎng)地時(shí)震害較輕， 建造于Ⅲ、 Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地震害較重。 根據(jù)《開(kāi)元寺一期巖土工程勘察報(bào)告》 （詳勘） 可知： 擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15 g， 建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。 根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 第3.3.3 條，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.15 g 的地區(qū)， 宜按抗震設(shè)防烈度8 度（0.2 g） 抗震設(shè)防建筑的要求采取抗震構(gòu)造措施， 即建筑物的抗震構(gòu)造措施等級(jí)提高一級(jí)。

圖5 天王殿結(jié)構(gòu)橫向折梁受力模型Fig.5 Force model of transverse folded beam of Tianwang Hall

由表1 的計(jì)算結(jié)果分析可知， 兩個(gè)模型在屋架受力體系改變的時(shí)候， 整體指標(biāo)并沒(méi)有大的改變， 變化在5%以內(nèi)， 即工程精度范圍內(nèi)。 模型2的墻柱配筋變化較小， 屋面橫向折梁的配筋率控制在2.2%以內(nèi)， 且其撓度及裂縫均可滿足規(guī)范限值的要求， 這表明使用屋面橫向折梁受力體系可以滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求， 并且很好的滿足建設(shè)方提出的屋內(nèi)大空間要求， 對(duì)今后類(lèi)似跨度的傳統(tǒng)建筑做法提出了新的可能性。

2.2 不同工程軟件計(jì)算及整體指標(biāo)對(duì)比

本工程框剪結(jié)構(gòu)雙向抗側(cè)力體系受力復(fù)雜，建筑坊梁和歇山屋面梁縱橫交錯(cuò)， 形成多個(gè)短柱及錯(cuò)層， 豎向構(gòu)件存在局部轉(zhuǎn)換， 屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，參考高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［3］第5.1.12條， 應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體計(jì)算。 因此本工程采用PKPM 系列軟件中的SATWE 模塊與工程有限元軟件PMSAP 對(duì)模型進(jìn)行了多遇地震下的結(jié)構(gòu)對(duì)比計(jì)算， 周期及位移等整體控制參數(shù)如表2 所示。

表2 不同軟件的計(jì)算結(jié)果比較分析Table 2 Comparison and analysis of calculation results of different software

由表2 計(jì)算結(jié)果可知， 三種不同程序計(jì)算顯示的結(jié)構(gòu)在小震下的動(dòng)力特性基本一致， 且周期、位移等控制指標(biāo)均可滿足建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的限值要求， 即原設(shè)計(jì)模型的計(jì)算結(jié)果安全可靠。

2.3 彈性時(shí)程分析及動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

本工程歇山屋面結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 斜梁水平梁交錯(cuò)，柱高各異， 為了保證多遇地震下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠， 采用YJK 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈性時(shí)程分析， 選取了7 條地震波， 包括2 條人工波（ArtWave-RH2TG055， ArtWave- RH3TG055）， 5條天然波 （Big Bear-01_ NO_ 906， Chi-Chi，Taiwan-06_ NO_ 3262， Coalinga-01_ NO_ 326，Morgan Hill_ NO_ 467， TH2TG055）， 單條地震波及多條地震波時(shí)程分析得到的結(jié)構(gòu)底部剪力均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 5.1.2 條的要求， 故計(jì)算結(jié)果可取七組時(shí)程法的平均值和陣型分解反應(yīng)譜法的較大值， 分析結(jié)果如表3 所示。

框剪結(jié)構(gòu)中， 剪力墻為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，并且是第一道抗震防線， 這與圖中各構(gòu)件的損傷比例也相符， 剪力墻在地震波作用下?lián)p傷較明顯，尤其結(jié)構(gòu)下部1／6 高度處及與上部坊梁相接處，剪力墻的損傷值達(dá)到0.9； 另一個(gè)需要注意的地方為坊梁， 傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中， 一般設(shè)計(jì)人員將坊梁按照構(gòu)造來(lái)配筋， 這樣做是有風(fēng)險(xiǎn)的， 損傷云圖中坊梁的損傷因子最大值接近0.8， 屋架梁損傷因子接近0.5， 設(shè)計(jì)中應(yīng)重視這幾個(gè)損傷比較嚴(yán)重的構(gòu)件。

由表3 計(jì)算結(jié)果可得： 全樓地震力作用放大系數(shù)建議值為1.0， 即原結(jié)構(gòu)地震力作用不需要放大。

根據(jù)建筑需求， 外圈廊柱為外截面均勻收分柱， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將柱子按照實(shí)際變截面在模型中輸入， 并在施工圖設(shè)計(jì)中將柱子箍筋全高加密， 來(lái)抵消不等高的建筑構(gòu)件對(duì)柱子的抗剪不利與柱收分導(dǎo)致的建筑‘頭重腳輕’ 的影響。

表4 彈性時(shí)程剪力與反應(yīng)譜的剪力對(duì)比Table 4 Comparison of shear force between elastic time history shear force and response spectrum

表5 彈塑性層間位移角計(jì)算結(jié)果Table 5 Calculation results of elastic-plastic displacement angle between layers

由表5 結(jié)果分析可知， 三種地震波作用下，結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的彈塑性層間位移角包絡(luò)值為1／74小于1／100， 即滿足規(guī)范對(duì)框架剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值的要求， 能夠?qū)崿F(xiàn)三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)中“大震不倒” 的目標(biāo)要求。

建筑室內(nèi)外高差達(dá)到1.8 m， 考慮室外地面對(duì)于結(jié)構(gòu)嵌固作用， 設(shè)計(jì)中將基礎(chǔ)埋深位于-3.2 m處， 既有效的利用了室外地面對(duì)結(jié)構(gòu)的嵌固作用，也滿足規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的埋深要求。

圖6 彈塑性狀態(tài)動(dòng)能、 內(nèi)能、 阻尼耗能比例分析Fig.6 Analysis of kinetic energy in elastoplastic state， internal energy， damping energy consumption ratio

2.4 動(dòng)力彈塑性下的損傷分析

“我是個(gè)黑白照片迷，我經(jīng)常觀察生活中的一些物體來(lái)構(gòu)想它們的形狀是否能組成一張黑白畫(huà)面。這張建筑照片非常清晰，讓我們仿佛置身于畫(huà)面中，并朝向最前面的出口走去?！?/p>

圖7 彈塑性狀態(tài)下受壓損傷云圖Fig.7 Compression damage nephogram in elastoplastic state

調(diào)查企業(yè)可提供應(yīng)屆外籍畢業(yè)生起薪點(diǎn)工資，如表5所示，起薪中位數(shù)所在組別為6 000-8 000元，按該組的組中值計(jì)算，起薪工資平均為7 000元，高于我國(guó)一線城市本科生的起薪平均水平(5 218元/月)。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震構(gòu)造措施

3.1 抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)提高

綜上所述，RKIP過(guò)表達(dá)能夠抑制前列腺癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，可能通過(guò)抑制PI3K/Akt/NF-kB通路激活實(shí)現(xiàn)，為前列腺癌的靶向治療提供一定的理論依據(jù)。

3.2 室內(nèi)外高差處加強(qiáng)措施

罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)被源源不斷的輸入能量，其中動(dòng)能和彈性應(yīng)變能在結(jié)構(gòu)中保存一部分， 而剩下的能力主要由結(jié)構(gòu)的阻尼和構(gòu)件本身的塑性變形內(nèi)能消耗（滯回耗能）， 當(dāng)阻尼耗能和滯回耗能之和與總的輸入能相平衡， 結(jié)構(gòu)就不會(huì)因?yàn)榈卣鹱饔枚l(fā)生倒塌［4］。 本工程的動(dòng)能耗能、 內(nèi)能耗能和阻尼耗能所占地震動(dòng)總輸入能量的比例見(jiàn)圖6。 由圖6 可以看出， 結(jié)構(gòu)在彈塑性狀態(tài)下吸收的地震能量主要由阻尼耗能消散， 約占地震動(dòng)總輸入能量的65%， 其次是結(jié)構(gòu)的內(nèi)能（變形能），約占地震動(dòng)總輸入能量的30%， 且結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性后應(yīng)變能和動(dòng)能在能量耗散過(guò)程中比例逐漸減小。上述能量分析可以表明阻尼耗能和內(nèi)能耗能占比較大， 說(shuō)明結(jié)構(gòu)材料選擇及結(jié)構(gòu)布置合理有效，在大震情況下?lián)碛休^好的延性和耗能能力。

3.3 屋面節(jié)點(diǎn)構(gòu)造加強(qiáng)措施

考慮到地震中屋架位置的枋梁與柱相連接的地方容易破壞， 設(shè)計(jì)中利用構(gòu)造鋼筋將柱頂部梁底斗拱造型構(gòu)造節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)大節(jié)點(diǎn)， 起到了較好的強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件作用。 枋梁交柱的配筋做法詳見(jiàn)圖8、 圖9 所示。

本工程為典型的單層中部開(kāi)大洞， 屋頂為歇山形式的框剪結(jié)構(gòu)， 以往設(shè)計(jì)中， 屋面梁下柱的設(shè)計(jì)是我們關(guān)注的重點(diǎn)。 本文利用有限元軟件進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析， 模型為拉伸顯示模型， 取三條地震波的包絡(luò)值， 受壓損傷云圖如圖7 所示。

圖8 不同標(biāo)高、 位置枋梁配筋做法立面圖Fig.8 Elevation drawing of beam reinforcement at different elevation and position

圖9 不同標(biāo)高、 位置枋梁配筋做法剖面圖Fig.9 Cross section of beam reinforcement at different elevation and position

3.4 外廊柱收分加強(qiáng)措施

為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的防倒塌能力，采用YJK 優(yōu)選3 組地震波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析， 包含1 條人工波（ArtWave- RH2TG065），2 條天然波（Chi-Chi， Taiwan- 06_ NO_ 3268、Morgan Hill_ NO_ 472）。 地震波的選取滿足規(guī)范要求， 對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。 三組地震波作用下的結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角結(jié)果見(jiàn)表5。

培養(yǎng)基配方藥品 北京奧博星生物科技有限公司；可溶性淀粉 成都市科隆化工試劑廠；蔗糖、乳糖、麥芽糖、葡萄糖、乳酸石碳酸棉藍(lán)染液、酪蛋白、酪氨酸、結(jié)晶紫 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；過(guò)氧化氫、95%乙醇 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。所有分離用有機(jī)溶劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

4 結(jié)論

（1） 本結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中考慮了建筑對(duì)于室內(nèi)大空間的要求， 去掉下弦梁， 采用橫向折梁承受屋面荷載的受力方式， 并與傳統(tǒng)屋架模型進(jìn)行了對(duì)比， 利用橫向折梁受力體系能夠滿足受力要求，盡可能的利用屋面三角形空間， 為今后類(lèi)似的仿古設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依據(jù)， 為建筑設(shè)計(jì)提供了更加開(kāi)闊的想象空間。

（2） 通過(guò)分析結(jié)構(gòu)在彈塑性狀態(tài)下的層間位移角以及動(dòng)能、 內(nèi)能、 阻尼耗能比例特點(diǎn)， 驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)在大震情況下?lián)碛辛己玫难有院秃哪苣芰涂沟顾芰Α?/p>

（3） 通過(guò)有限元?jiǎng)恿椝苄苑治觯?對(duì)結(jié)構(gòu)的受壓損傷云圖進(jìn)行了分析， 提出設(shè)計(jì)中容易忽視的損傷因子較大的部位， 找到設(shè)計(jì)易忽視的薄弱點(diǎn)， 為結(jié)構(gòu)安全性提供了保障。

(3) 地鐵車(chē)站與城市橋梁合建時(shí)，采取“先橋后站”法施工，即車(chē)站施工前橋已建成通車(chē)，車(chē)站采取蓋挖順作法施工，施工過(guò)程中將逐步暴露承臺(tái)及承臺(tái)下樁基，并利用頂板穩(wěn)定承臺(tái)及樁基上部。如成都地鐵中醫(yī)學(xué)院站等。

（4） 通過(guò)提高抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)、 加強(qiáng)室內(nèi)外高差較大的部位、 加強(qiáng)屋面梁柱節(jié)點(diǎn)以及外廊柱箍筋等措施有效提高結(jié)構(gòu)實(shí)際的抗震性能。 為今后類(lèi)似的中國(guó)傳統(tǒng)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。