建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震問題分析

鄭林朋

河南省誠建檢驗檢測技術(shù)股份有限公司 河南鄭州 450000

工程建設(shè)的過程中，不僅僅需要注意抗震理念的運用，同時也需要注意抗震設(shè)計與房屋建筑自身設(shè)計之間的關(guān)系，從而提升整體效果。合理且科學地運用不僅僅能夠提升工程質(zhì)量，同時也能夠保證人身安全，運用的過程中主要包括高度、承重量、整體布局、功能設(shè)計等等。想要強化抗震性能，就需要在諸多施工變量當中進行分析與計算，一方面優(yōu)化居住環(huán)境，一方面提升抗震性能。

1 建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的作用

1.1 提升建筑物的抗震能力

為了確保建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震能力，應(yīng)做好以下幾點：①在建筑結(jié)構(gòu)工程中，必須考慮到地基穩(wěn)定性因素，選擇適合于抗震性的地基，避免地基變形影響建筑物抗震功能；②同一個建筑結(jié)構(gòu)工程單元要選擇性質(zhì)一樣的地基，必須將地基的最大潛力包括在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，發(fā)揮地基的抗震能力；③建筑結(jié)構(gòu)工程需要規(guī)則且對稱，目的是減少由于地震活動引起的建筑物變形，并防止由于地震作用力集中而導致的建筑扭曲；④為了提高建筑結(jié)構(gòu)工程抗震性能，我們需要增加幾道抗震防線。同時，有必要明確建筑結(jié)構(gòu)工程的受力設(shè)計，防止建筑結(jié)構(gòu)工程的局部薄弱。

1.2 降低地震對建筑的影響

降低地震對建筑的影響中，一種常見的方法是在建筑基礎(chǔ)和建筑主體之間添加隔震層，這樣可以有效減少對建筑物的潛在破壞。例如，在建筑物頂部添加一個“反擺”，“反擺”使建筑物和擺在地震中產(chǎn)生方向相反的位移，從而減小加速度，減小地震對建筑的作用。相關(guān)研究分析認為，如果合理設(shè)置“反擺”，減少地震影響的概率可以達到65%，可以最大限度減少建筑物的受損程度。該方法已在國內(nèi)外得到廣泛研究，在實際施工中也得到了應(yīng)用，并取得了優(yōu)異的效果。

1.3 保證建筑剛度

增強結(jié)構(gòu)整體剛度措施：合理的建筑結(jié)構(gòu)方案選型，避免采用細長的建筑物的形狀，控制結(jié)構(gòu)高寬比，加大柱、梁、剪力墻截面尺寸，提高混凝土強度，設(shè)置加強層。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震問題分析

2.1 建筑物的結(jié)構(gòu)選擇不正確

高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)選擇需要結(jié)合當?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度決定，不能一味參照國家的抗震設(shè)計規(guī)范，要因地制宜。抗震結(jié)構(gòu)類型的選擇不僅僅是根據(jù)混凝土建筑的最大高度值決定的。例如，規(guī)范規(guī)定框架結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)防烈度7度時的最大高度不可以大于50m，但是在真正的高層混凝土建筑設(shè)計中，當框架結(jié)構(gòu)大于18m時，樓層間的最大彈性層間位移角已經(jīng)不容易滿足規(guī)范中規(guī)定的限值，并且此時梁柱的尺寸以及配筋也過大，建筑布局受限且經(jīng)濟上造價也過大。因此，高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)選擇上需要結(jié)合多個方面因素考慮[1]。

2.2 結(jié)構(gòu)規(guī)則性

大量的地質(zhì)災害現(xiàn)象表明，平立面結(jié)構(gòu)比較簡單且有著一定對稱結(jié)構(gòu)的建筑在地震來臨的時候是有著非常好的抗震性能的，其根本原因就在于采用此種結(jié)構(gòu)的建筑在實際地震中比較容易估計出地震的反應(yīng)，也比較容易采取相應(yīng)的抗震結(jié)構(gòu)措施并及時處理。而建筑在結(jié)構(gòu)上的規(guī)則性主要是指建筑物在平面和立面上的外形尺寸在抗側(cè)力方面的構(gòu)件布置、承載力的實際分布情況等多個要素的實際需求。這種結(jié)構(gòu)上的規(guī)則性要求建筑在平面上對稱且體型比較均勻和簡單，在結(jié)構(gòu)剛度上要沿著建筑物的豎向變化且均勻，與此同時要保證建筑物有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度，并最大程度上減小建筑物在豎向上的扭轉(zhuǎn)影響，且要盡量滿足建筑物在豎向上的受力程度和實際承載均勻，以最大程度地減少結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力及豎向構(gòu)件之間的變化對建筑物在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的負面影響。

3 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震措施

3.1 科學設(shè)置建筑平立面

建筑抗震性能在很大程度上受到建筑結(jié)構(gòu)的平立面布置情況的影響，因此設(shè)計人員要想確保建筑具有良好的穩(wěn)定性，提高其抗震性能，則應(yīng)當要科學設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)的布局。在實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員通過科學設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)平立面，同時采取與標準相符的建筑抗震設(shè)計規(guī)范，則必定會有效提高建筑的抗震能力。科學設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)的平立面主要指的是在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)過程中，在確保建筑使用功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)當要盡可能選用對稱與平面規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，如此一來方可確保建筑物相同樓層的剛度相同。除此之外，還應(yīng)當要盡可能避免出現(xiàn)建筑物豎向凹凸的情況，這樣才可有效確保建筑豎向剛度基本相同，且維持穩(wěn)定。通過該種方式來設(shè)置建筑平立面能夠在很大程度上提升建筑的抗震性能。不僅如此，在開展建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計過程中要求設(shè)計人員能夠?qū)碗s性較強的建筑實施抗震縫的設(shè)計，不可讓抗震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)相連，留出中間位置的目的在于防止發(fā)生地震的時候，兩側(cè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碰撞。通常都是設(shè)置抗震縫在結(jié)構(gòu)變形較為敏感的部位，如若沒能科學設(shè)置抗震縫，那么就會成為地震時最為薄弱之處，大大削弱了整體建筑的抗震能力[2]。

3.2 科學選擇建筑結(jié)構(gòu)體系

進行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一個重要目的在于將整體建筑抗震能力提高，在具體設(shè)計環(huán)節(jié)能否正確選擇建筑結(jié)構(gòu)體系將會對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計有著較大影響。所以在選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時需要對如下幾點內(nèi)容予以注意：第一，在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員需要一直維持一種建筑物整體思考的方法，也就是某些結(jié)構(gòu)體系不影響整體建筑的抗震性能。即便發(fā)生地震建筑物部分受損，但也不會過多地影響到整體建筑的穩(wěn)定性。第二，在開展抗震設(shè)計過程中，需要正確掌握地震荷作用的傳遞路徑。通常都屬于水平荷載作用，所以在實際設(shè)計過程中需要確保建筑水平方向能夠均勻傳力。如若存在轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，那么在設(shè)計時需要確保對應(yīng)的荷載能夠于轉(zhuǎn)換層內(nèi)發(fā)生1至2次轉(zhuǎn)換。第三，在實際設(shè)計時，設(shè)計人員需要確保各個建筑結(jié)構(gòu)部件的剛度和強度均在規(guī)定數(shù)值之內(nèi)。并且一個關(guān)鍵內(nèi)容就是建筑構(gòu)件能夠均勻受力，盡量防止有應(yīng)力分布不均或是過于集中的情況。

3.3 強化建筑底層的抗震能力

根據(jù)與地震有關(guān)的數(shù)據(jù)，不難驗證大部分建筑物倒塌是由于抗震性差所致。通過對底層建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計中存在問題分析和討論，可以集中在兩個方面：第一，底層框架可能無法滿足國家的抗震設(shè)計要求，而是擴充空間以滿足投資者的利益，通過中空設(shè)計增加銷售空間和收益，減少了底層設(shè)計中柱的應(yīng)用數(shù)量，降低了整個建筑物的抗震等級。第二，建筑物臨街問題。一些建筑物經(jīng)常建設(shè)在街道旁邊。臨街部分主要旨在提高商業(yè)街使用的整體效率，大多數(shù)只有承重柱，沒有承重墻，因此建筑物承重能力大大下降。發(fā)生強烈地震，建筑物可能會因為支撐應(yīng)力過大導致斷裂，使建筑物向臨街方向傾斜或倒塌，發(fā)生較大事故。為了解決上述問題，最佳解決方案是加固環(huán)建筑粱圈以及構(gòu)造柱的方式，以提高建筑抗震性能。

3.4 提升結(jié)構(gòu)的整體性

①選用鋼結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)是建筑行業(yè)中的一項新技術(shù)，但已在許多項目中使用。如貴州鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中心樓，占地26,000平方米，高24層，建筑樓承板將采用鋼筋桁架工藝，可以改善建筑物的完整性。高層建筑主要采用鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，對建筑框架結(jié)構(gòu)的側(cè)面剛度產(chǎn)生積極的影響，可以提高整個高層建筑的強度，提高水平荷載。與純框架結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)支撐體系的穩(wěn)定性極佳，適合結(jié)構(gòu)支撐要求。使用環(huán)向密封同一平面，可以增加側(cè)向剛度，尤其是在地震負荷較高的地方效果更好。②抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。如果建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)形式，則可以使用鋼結(jié)構(gòu)來支撐建筑物的豎向負載和部分橫向負載。如果建筑物的結(jié)構(gòu)是多種框架結(jié)構(gòu)的形式，可以通過交錯桁架結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)上下樓層，從而提供單元設(shè)置靈活性。該結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)的平面中，梁柱的彎矩較小，側(cè)向位移較小[3]。

3.5 設(shè)置多道抗震防線

①科學選擇抵御地震的第一道防線。嚴格來說，優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐，或者選用軸壓比值較小的抗震墻、實墻筒體之類構(gòu)件，作為第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件。一般情況下，不宜采用軸壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。但是，根據(jù)施工的約束，只能使用單一的框架系統(tǒng)，該框架的支柱是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)抗側(cè)力的主要因素，因此應(yīng)選擇“強柱弱梁”設(shè)計。②通過安裝冗余組件可以形成多條抗震防線。建筑物通常使用雙重抗側(cè)力體系：框架-抗震墻、框架-核心筒、筒中筒、框架-支撐。根據(jù)水平地震側(cè)力，可以依靠支撐或墻體等框架為主要抗震防線。

4 結(jié)語

總的來講，建筑類型不同，其所具備的性能也有所不同。國家對于建筑業(yè)的發(fā)展極為重視，確保建筑安全是當前建筑業(yè)發(fā)展的重要保障。在開展建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中強化抗震設(shè)計是確保建筑安全的重要基礎(chǔ)。因地震災害會嚴重威脅人們的生命和財產(chǎn)安全，對社會具有極強的破壞性，所以必須強化抗震設(shè)計以確保建筑物能更好地保障人民生命和財產(chǎn)安全。