工民建結構設計中的抗震設計研究

郭泰寅

（蘭州新區市政設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

從科學視角來講， 一旦發生地震， 建筑很容易出現傾斜， 因此， 要努力提高建筑的抗傾斜能力， 加固建筑鋼筋混凝土結構， 嚴格把控建筑的結構內力與水平力。 另外， 要科學控制建筑的層高數量， 按照標準的比例來界定建筑的高度與寬度， 確保建筑的安全性， 切忌因盲目追求高度而忽視安全質量。

1 優化建筑抗震設計方案

優化建筑抗震設計方案， 首先要發揮鋼筋混凝土結構的作用， 改善建筑的延性。 如果建筑所處區域在地震帶上， 則必須提前做好數據收集工作， 按照標準要求設計建筑施工方案。 在鋼筋混凝土結構施工中，應注意確保鋼筋的上下保護層厚度不低于2mm， 同時， 要將砂漿材料的強度控制在 M7.5 以上， 磚的強度等級不能少于 MU10。 在網片焊接過程中， 要注意將鋼筋的直徑控制在8mm以內。 其次， 要注意保持鋼筋走向的相互垂直狀態。 在鋼筋組合墻混凝土結構上所使用的鉆土磚強度等級不得低于MU7.5。 在建筑鋼筋混凝土施工過程中， 施工技術人員必須做好砌墻作業， 然后再澆筑混凝土， 這樣方能對混凝土結構體進行有效加固。 對于磚砌體和建筑構造柱的連接部位， 設計師理應協同施工人員將其設計做馬牙狀， 沿著墻體結構來做好鋼筋的布設工作， 確保鋼筋在每邊入墻的長度不小于5m(見圖1)。 在檢測混凝土結構鋼筋保護層的厚度時， 需要對建筑結構中的梁構件、板構件和柱混凝土結構進行嚴格質檢。 鋼筋保護層關系著建筑物結構的抗震性能， 在具體檢測工作中， 需要科學選用測面， 確保表面的平整性與整潔性， 注意避開金屬預埋件。 同時， 控制好受力鋼筋的位移。

圖1 某鋼結構建筑抗震結構施工現場

在鋼筋混凝土結構澆筑中， 應注意保持澆筑工藝的連續性。 如果遇到了特殊情況， 像停電、 地震、 坍塌、 臺風等原因而導致施工長時間中止， 就無法使用之前澆搗的鋼筋混凝土。 需要提出鋼筋籠， 對模具和鋼筋籠上的混凝土進行清理， 對模具內的混凝土采取廢料處理措施， 將鋼筋籠處理干凈后就可以回收利用。 初步完成鋼筋混凝土澆筑工作后， 需要做好養護作業。 等混凝土澆筑振搗成型后， 必要時刻， 需要等靜止一段時間后采取蒸養措施。 所謂的蒸養分為三個階段: 第一， 升溫階段； 第二， 恒溫階段； 第三， 降溫階段。 在鋼筋混凝土蒸養房內， 設有三種不同的區域: 第一， 升溫區域； 第二， 恒溫區域； 第三， 降溫區域。 各區域之間設有隔門， 不同區域溫度由電腦調控。

一般情況下， 鋼筋混凝土的升溫速度平均每小時控制在10 ～5℃之間， 恒溫區的溫度控制在50 ～60℃之間， 相對濕度不低于90%， 平均每小時的降溫梯度不超過10℃。 在鋼筋混凝土的整個蒸養過程中， 必須有專業技術人員負責。 完成恒溫蒸養和降溫蒸養后，鋼筋混凝土已經達到了脫模標準條件， 此時要做好鋼筋混凝土強度的質檢工作， 確保其強度不低于20MPa。 脫模后， 要將鋼筋混凝土靜放 3 ～4h， 然后再次采取降溫處理， 做好缺陷檢查工作和局部修復工作。 不可忽視的是， 因為混凝土的表面水分會因為急劇蒸發而失散， 為了避免鋼筋混凝土的表面出現干縮和裂紋現象， 所以要保持環境的濕潤性。 如果鋼筋混凝土結構溫度和水溫的溫差低于20℃， 就要從生產車間吊出鋼筋籠放入水養池中予以養護， 養護時間不能少于一星期。 經過水養， 鋼筋混凝土的強度會得到快速增強， 經過試驗可以得出經過水養的鋼筋混凝土強度能達到90%以上的高等級， 從而有效增強建筑抗震性能。

2 做好建筑施工測量作業

施工測量工作是建筑結構抗震設計的基礎， 在建筑施工測量工作中， 應正確采用內控測量方法， 組建平面控制網。 在具體組建過程中， 需要從地面第一層逐漸向上建立， 沿著第一層的主軸線往里面平移1m的位置做建筑混凝土結構的測量控制線。 將主軸線的各交點銜接組成超高層建筑的內控網， 與此同時， 在核心筒里的每一層樓板上預留精準的放線孔， 放線孔一般是六個， 面積是15 ×15 cm， 用于向上傳遞激光垂準儀， 起到了光線通道的作用。 在建立高程控制網的過程中， 首先要遵循布設原則， 將高程控制網布設在超高層建筑施工范圍中的穩固區域， 這樣方能為提升建筑混凝土結構施工測量精度提供基礎保障， 也便于開展定期復測。 工作人員應嚴格依據已給定的測量高程點， 在建筑施工區域的周邊穩固地點布設高程控制點。 在復測過程中， 應謹遵四等閉合的標準實施測量， 校測結果達標之后， 需要對建筑施工區域周圍所布設的高程控制點實施銜接， 使其能夠組成一條閉合水準的路線， 以此加強對高程測量精度的有效控制，在后期工作中， 高程控制點可充當建筑結構的沉降觀測基準點。

其次， 要重視科學控制高程控制網的等級。 在當代建筑測量工作中， 高程控制網的等級控制均與四等閉合水準的測量要求相符。 工作人員在對水準點進行校核后， 會將其向墻體上予以引測， 使之成為超高層建筑工程的±0.000 m點。 然后， 用水準儀對高程實施引測， 將其調整到建筑墻體結構+1.000 m的位置，并使用紅色油漆將其標注為三角形， 以此充當該超高層建筑混凝土結構測量工作的高程標準依據。 與此同時， 為了提升測量精度管控效果， 在超高層建筑的高程引測環節， 應堅守 “前后視等長” 理念， 在引測標高時不僅要做好建筑本身的閉合管理工作， 而且要針對同一層結構的不同時間里所測量的引測標高實施精準校驗， 將測量數據偏差控制在±3 mm以內。

再次， 要做好標高傳遞工作。 在該項工作中， 理應先對±0.000 m的標高點實施精準地校對。 緊接著，對±0.000 m的標高點實施引測， 將其引測進高層建筑的電梯井以內， 然后， 借助墨斗進行彈出， 必須將閉合差的控制范圍界定在±3 mm以內。 測量工作人員需要使用標準的50 m鋼尺從±0.000 m的標高點沿著電梯井以及核心筒結構底板上的預留洞開展直接測量工作， 從而為整座建筑各層距的結構板面+1 000 mm線設置統一的精準化高程點。 一般情況下， 當三點高程被傳遞到了同一個測量施工面時， 工作人員就需要用水準儀做好這三個高程點的閉合校對工作， 然后， 將這三個高程點所傳遞的平均值視作基準， 為高層建筑的各層高程提高精確的測量管控依據。 必須注意的是， 高層建筑樓層的基準點以及標高點需要借助全站儀在首層結構面的每50 m區域進行一次引測，同時， 要借助精準的鋼卷尺對50 m之間的各樓層標高沿著核心筒的外墻面開展向上測量工作。 在具體測量過程中， 使用全站儀開展高層建筑結構標高基準點的引測方法有以下四種。

第一， 將全站儀架設在±0.000 m層的高層建筑混凝土的樓面上， 運用氣壓計測量大氣壓強， 同時，用溫度計對溫度實施測量， 根據測量結果做好全站儀的氣象參數值校正工作。

第二， 用全站儀對高層建筑核心筒的墻面上+1.000 m處的標高基準線進行后視， 精確測量出全站儀的高度值。 與此同時， 要給全站儀內設置標準的Z向坐標數值， 控制好反射片的精準參數。

第三， 將全站儀望遠鏡調整為垂直向上的方向，在距離測量過程中， 工作人員應精準地沿著測量預留洞口的豎直向上位置。 與此同時， 要將上部的反射片牢固地安裝在鋼平臺與各施工樓層上， 這樣方便各樓層測量使用。 此外， 要對全站儀望遠鏡頭進行向下對準處理。

第四， 應經過精密的計算來獲取反射片所處位置的標高、 后視測點的標高以及儀器的高度參數， 將反射片的標高精準移到超高層建筑核心筒墻面距離所測樓層高度+1.000 m處的地方， 用彈墨線做標示。

3 做好建筑鋼結構設計工作

優化建筑抗震性能， 做好建筑鋼結構設計至關重要。 通常， 在建筑鋼結構設計中， 需要在鋼管構件安裝的定位測量工作之前， 充分利用BIM技術所搭建的三維模型精確校對鋼管柱、 鋼管梁、 鋼管支撐等重要結構尺寸和中線位置。 然后， 按照施工工序的劃分和鋼管柱的吊裝工作順序， 按照鋼管原來的沖眼位置，在要進行吊裝的鋼管柱上面標注軸線和中心線， 用紅色三角進行標記， 這樣能夠為校測工作提供便利。 在安裝之前， 應認真校測鋼管柱的長度和截面幾何尺寸。 在定位復測工作中， 需要在建筑基礎混凝土的面層上做好第一節鋼管柱的安裝工作， 在正式安裝前，必須認真檢查并科學調整鋼管柱地腳螺栓位置， 將誤差控制在±1 mm范圍內。 在澆搗混凝土的過程中，需要在地腳螺栓的反射片中心位置坐標設貼全站儀測， 這樣方便采取全方位動態監測工作， 準確獲取反射片的中心位置坐標數值， 及時了解偏差問題， 將誤差控制在標準范圍內。 對于鋼管柱的垂直度校正工作， 需要把兩臺全站儀分別穩固安置在相互垂直的軸線控制網之上， 做好精確的整平對中處理工作。 等到鋼柱校準之后， 測量人員就要通知焊接技術人員開展鋼管柱焊接工作。 在焊接時， 要結合鋼管材料， 選用最佳焊接技術， 可以運用試焊技術、 硬釬焊和軟釬焊技術、 填充層焊接技術和打底層焊接技術等， 不同技術使用工藝不同。 舉例而言， 在運用試焊技術的過程中， 應堅持 “中間起弧、 右側熄弧” 理念， 將時間間隔控制在1.5 s左右。 完成焊接后， 利用發揮管件轉動的功能， 對焊接位置進行科學調整， 以此優化焊接效果。 其次， 在壓力管道焊接工作中， 應注意促進坡口兩端的充分熔合， 在對焊接進行定位時運用電弧將定位焊點熔穿， 與此同時， 要注意科學調整焊條的角度， 維持壓力管道打底層與填充層以及蓋面層焊條角度的一致性。 在開展填充層焊接工作之前， 必須對打底層的焊渣進行徹底清除， 在實施填充層焊接的工作時， 理應按照 “兩側速度慢、 中間速度快” 的準則，這樣方能維護填充層焊接的平整度。

4 做好建筑剪力墻設計工作

建筑剪力墻結構的穩固性對抗震性能的影響至關重要， 在建筑剪力墻的結構設計中， 要計算更多的振型， 并把握好質量系數， 保證能超過初始設定值， 從而保證建筑結構抗震設計方案的合理性。 模態數的選擇應根據建筑類型確定， 如高層建筑多在15 層以上。其次， 要對墻體垂直分布的配筋率進行精確計算。 一般情況下， 配筋率將實際配筋率作為基準， 以此確保整體計算結果的準確性， 減少偏差。 如果沒有按照實際配筋率進行計算， 就很容易導致抗彎配筋的數值出現變化。 最終， 要科學計算和界定最小地震剪切系數。 縱觀建筑剪力墻結構設計工作， 不難看出確定建筑結構計算參數與最小地震剪力系數至關重要， 建筑在后期產生的地震效應多用于衡量抗壓性和穩定性。一般來說， 在低烈度地區和較高建筑物的底部， 最小地震剪力系數通常小于設計要求。

對于整個墻體結構來說， 構件連接節點的設計是最為重要的作業。 確保整體工程施工設計質量， 必須著重優化結構節點設計方案。 在設計節點的過程中，設計師應著重參考連接節點結構的安全指標， 謹遵相關標準， 努力提升節點結構的穩定性， 確保傳力效率。 同時， 要準確計算節點處的實際受力， 全面改善建筑結構整體抗震功能， 針對節點， 科學采取定位防火措施與防水處理措施以提升安全質量。 再次， 要對邊緣構件進行約束。 采用科學的約束措施有助于高效把控剪力墻的承載力和抗震能力。 據調查統計， 使用比例高達40% 以上的約束力， 就可以有效增強剪力墻結構的承載能力； 采用比例為20%的約束力， 則可以改善建筑的抗震性能。 在具體設計工作中， 設計師應注意合理選擇邊緣構件。 在設計剪力墻邊緣構件的過程中， 應遵循三項基本原則: 第一， 如果用底部加強部位設計的軸壓比， 而并未達到相關標準要求， 就需要增設構造邊緣構件。 如果超出了規范標準要求，則需要采用增設約束邊緣構件的方式予以處理； 第二， 落實強度設計與性能優化設計方案。 謹遵建筑剪力墻結構標準設計方案做好設計工作， 確保配筋率符合標準要求。 在具體設計工作中， 與建筑抗震作用相結合， 對剪力墻邊緣構件的數量進行合理控制， 從而充分確保建筑整體的性能； 第三， 做好延性處理作業。 在建筑延性設計工作中， 應科學使用均衡布置方案， 采取對稱設計方法， 對剪力墻的支撐能力予以增強， 確保結構性能。 另外， 要重視實現建筑剪力墻結構設計、 構件生產與安裝一體化， 在墻體構件的實際研究過程中， 推動標準模塊化產品的應用， 實現無限澆連接處理， 充分提高剪力墻的抗震能力。

5 加強支模力度

模板支撐施工屬于建筑抗震結構的重要組成部分， 根據模板類型可以將其分為兩種不同形式的模板， 分別是底模與柱模， 模板支撐施工的具體操作程序大概分為三步: 第一， 做好模板建立工作。 在該項工作中， 要將腳手架架設在房屋建筑施工以上的標準設計高度， 這樣發囊為建筑工程的施工安全質量提供基本保障； 第二， 在立模過程中， 施工技術人員應充分考慮模板工程的安全性與穩定性， 努力確保立模的安全性與可靠性， 對腳手架的搭設工作進行全面監督與控制， 盡力擴大其負荷承重力， 同時， 正確采用強夯技術對其進行夯實處理， 以此加強模板支撐的穩固性； 第三， 完成所有底模和立模施工作業之后， 則需要科學建立一個側模， 完畢后， 對側模進行全面加固， 并做好模板的穩定性與平整性審查工作， 審查結果達標方能繼續開展后續施工作業， 避免出現跑模問題， 這樣方能為確保房屋建筑整體施工質量奠定良好的基礎。

6 結語

綜上所述， 優化建筑抗震設計方案， 首先要發揮鋼筋混凝土結構的作用， 改善建筑的延性。 同時， 要做好建筑施工測量工作， 根據建筑施工場地設計合理的施工方案。 其次， 要重視加固建筑鋼結構， 在鋼管構件安裝的定位測量工作之前， 充分利用BIM技術所搭建的三維模型精確校對鋼管柱、 鋼管梁、 鋼管支撐等重要結構尺寸和中線位置。 再次， 在建筑剪力墻的結構設計中， 要計算更多的振型， 并把握好質量系數， 保證能超過初始設定值， 從而保證建筑結構抗震設計方案的合理性， 科學使用均衡布置方案， 采取對稱設計方法， 對剪力墻的支撐能力予以增強， 充分確保結構性能。 另外， 要加強建筑模板支撐力度， 做好所有底模和立模施工作業之后， 要科學建立側模， 并對其進行全面加固， 避免出現跑模問題。