建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震問題探討

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摘要：現(xiàn)如今社會大眾的生產(chǎn)生活、消費(fèi)娛樂都難以脫離建筑工程構(gòu)建的空間，一旦發(fā)生地震建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平將會成為人們生命安全的最大保障。但是地震本身是具有極大隨機(jī)性的，對建筑結(jié)構(gòu)造成的影響也具有極大的復(fù)雜性和不確定性。我國部分地區(qū)處于地震頻發(fā)的地帶，研究建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力對建筑工程質(zhì)量的提升有著極大的價值，文章從抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，研究了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)于抗震能力的設(shè)計，希望能成為我國建筑行業(yè)進(jìn)步的一部分助力。

關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震問題

建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度在一定程度上代表了工程的質(zhì)量和強(qiáng)度，在設(shè)計階段應(yīng)當(dāng)從二維和三維的角度分別體現(xiàn)規(guī)則。設(shè)計復(fù)雜程度的提升可能會帶來質(zhì)量與剛度的不均衡，這種類型建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力相對更弱，在面對強(qiáng)力的震動時大概率發(fā)生斷裂或扭轉(zhuǎn)問題，導(dǎo)致建筑主體產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。建筑結(jié)構(gòu)的整體布局也是影響工程抗震能力的主要因素之一，案例顯示不規(guī)則或不對稱的建筑結(jié)構(gòu)，在面對強(qiáng)震動時，發(fā)生扭轉(zhuǎn)或斷裂的概率更高。下文對不同類型建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力及設(shè)計進(jìn)行了全面的分析。

1設(shè)計對建筑抗震能力的影響

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是影響建筑物抗震水平的主要因素，科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒃O(shè)計階段的抗震理念更好的表現(xiàn)出來。建筑物的抗震設(shè)計應(yīng)當(dāng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計密不可分，在設(shè)計階段就要強(qiáng)調(diào)抗震設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的和諧性。換句話說，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)在方案的構(gòu)思和設(shè)計階段，就要考慮到建筑工程在抗震能力方面的要求，配合結(jié)構(gòu)工程師完成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的構(gòu)架，嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的選擇建筑結(jié)構(gòu)，確保建筑結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)量的均衡性。設(shè)計階段還需要考慮到面對強(qiáng)震動時可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)形變、結(jié)構(gòu)受力情況以及變形合理方面的因素，從根源上實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震水平的有效提升。將對建筑工程抗震需求的考慮增加到方案的設(shè)計階段，隨著方案的不斷完善逐步呈現(xiàn)建筑的設(shè)計理念，為建筑工程的抗震設(shè)計起到一定的奠基和輔助作用。

2建筑工程抗震設(shè)計主要原則

2.1建筑結(jié)構(gòu)的合理

為了確保建筑結(jié)構(gòu)的功能滿足使用需求，在設(shè)計階段就需要敲定部分基礎(chǔ)內(nèi)容的設(shè)計，這樣做也是為了保證建筑工程的承載力強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)剛硬度結(jié)合的合理性。從整體布局角度出發(fā)開展的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)⒔ㄖ乃胁糠钟袡C(jī)的串聯(lián)到一起，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體建筑物抗震新能的有效提升。

2.2抗震理念與結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合

對整體建筑工程而言，建筑設(shè)計為項(xiàng)目的施工提供了主要指導(dǎo)，通常建筑設(shè)計都要在項(xiàng)目施工之前盡可能完善。實(shí)際施工過程中建筑設(shè)計方案還會受到自然環(huán)境、地質(zhì)條件等多方面因素的影響，不得不進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。為了確保建筑工程的施工能夠按照預(yù)期開展，不僅僅要保證建筑設(shè)計的科學(xué)性與實(shí)用性，還需要對可能出現(xiàn)的變化進(jìn)行預(yù)測，并留出應(yīng)對和調(diào)整的空間。也就是說想要將抗震理念在建筑設(shè)計中表達(dá)出來，就要將抗震設(shè)計與建筑本身的設(shè)計進(jìn)行融合。建筑物抗震能力的提升不能僅依賴外部固件對建筑本身的強(qiáng)化，外部強(qiáng)化的方式在面對強(qiáng)震動時效果不佳，反而可能會引起建筑物的整體倒塌。如果能夠在設(shè)計階段就將抗震理念融合到設(shè)計方案當(dāng)中，就能夠從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)對建筑物抗震能力的提升，在面對自然災(zāi)害時才能夠最大限度的為社會大眾帶來庇護(hù)。

3強(qiáng)震動可能對建筑結(jié)構(gòu)造成的影響分析

3.1建筑物的地基

建筑物的地基往往距離震源更近，受到的震動也更強(qiáng)，可能產(chǎn)生的變化有以下幾種：一種是建筑地基處于沖積土層，土壤結(jié)構(gòu)相對松軟厚實(shí)，這一類型地基對上層建筑的影響更為顯著；其次是在強(qiáng)烈的震動下地基土出現(xiàn)不均勻沉降或液化現(xiàn)象，地面建筑結(jié)構(gòu)受到顯著破壞或整體建筑傾斜；再次是本身就處于相對危險地質(zhì)條件下的建筑工程，強(qiáng)震動損壞地基帶來建筑工程的損壞。最后是建筑結(jié)構(gòu)受共振效應(yīng)的影響，出現(xiàn)強(qiáng)震動時受影響程度相對更高。

3.2建筑結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的變化

當(dāng)前國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)主要采用的結(jié)構(gòu)有兩種，一種是“填墻框架”，這種建筑結(jié)構(gòu)的主體的鋼筋混凝土，在面對強(qiáng)震動時出現(xiàn)剪切破壞的可能性較高。此種結(jié)構(gòu)外墻框架柱在強(qiáng)震動環(huán)境下會因?yàn)榇跋聣Φ南拗瞥霈F(xiàn)短柱型剪切型損壞。而使用了框架一體建筑結(jié)構(gòu)的建筑項(xiàng)目，案例顯示在強(qiáng)震動環(huán)境中受到的影響最弱。還有一種以“底框結(jié)構(gòu)”為主要建筑結(jié)構(gòu)的建筑物，這一類建筑物底層的剛度更弱，面對強(qiáng)震動環(huán)境底層首先會受到嚴(yán)重的破壞進(jìn)而影響上層建筑。與之相似的還有“填墻框架”類型建筑結(jié)構(gòu)，同樣是因?yàn)榈貙咏Y(jié)構(gòu)受影響嚴(yán)重，導(dǎo)致上層建筑也出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。

3.3建筑結(jié)構(gòu)的剛度分布

建筑結(jié)構(gòu)的不同建筑物剛度的分布也不同，主要的建筑結(jié)構(gòu)剛度分布類型有兩種，一種是常見的矩形平面，這類建筑主要不出現(xiàn)抗側(cè)立構(gòu)建布置的問題，在面對強(qiáng)震動環(huán)境時受到的影響相對較小，建筑物本體有可能保存完好。另一種建筑結(jié)構(gòu)平面呈現(xiàn)三角形或不對稱形狀，在面對強(qiáng)震動環(huán)境時極易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)重威脅建筑使用者的生命和財產(chǎn)安全。

3.4建筑物的不同構(gòu)件

建筑結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件起到的作用不同，在強(qiáng)震動環(huán)境中受到影響的情況必然不同，例如建筑框架中強(qiáng)震動因素給梁、板帶來的影響要小于柱。以鋼筋混凝土為主要材料的窗下墻出現(xiàn)交叉裂縫的可能性較高。

4提高建筑工程抗震能力具體策略研究

4.1嚴(yán)謹(jǐn)選擇建筑場地和地基類型

建筑物所處的地質(zhì)條件以及地基的質(zhì)量對建筑物本身的穩(wěn)定性和抗震能力的影響是直接且關(guān)鍵的，建筑場地和地基類型的選擇是提高建筑物抗震能力的基礎(chǔ)要素。在敲定選擇之前，首先要對所處區(qū)域的震動情況和強(qiáng)度進(jìn)行全面的了解，借助科學(xué)技術(shù)手段掌握區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況。確保信息的真實(shí)、有效且全面的基礎(chǔ)上分析目標(biāo)場地開展建筑工程的可行性。除此之外，還需要對建筑物的抗震水平有清晰明確的評估和認(rèn)知，在設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計和安排，便于建筑物抗震理念的表達(dá)。如果評估結(jié)果顯示目標(biāo)場地不適合開展建筑工程，開發(fā)單位應(yīng)當(dāng)盡可能的轉(zhuǎn)變建設(shè)地點(diǎn)，如果建設(shè)地點(diǎn)已經(jīng)無法改變，就要通過技術(shù)手段或設(shè)計方法提高建筑物的應(yīng)對能力。需要特別注意的是，高層建筑必須要建立在相對密度較高的土地上，保證建筑物的抗震能力和穩(wěn)定性，充分保障使用者的安全和權(quán)益。

4.2強(qiáng)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則

建筑結(jié)構(gòu)是建筑物的主要受力對象，科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)是確保建筑均衡承載的關(guān)鍵。因此在設(shè)計階段和建筑物施工的過程中，都必須要強(qiáng)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，尤其是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布局的合理性。對建筑結(jié)構(gòu)的平面進(jìn)行設(shè)計師，最好采用規(guī)則的形狀，為建筑物承載的均衡性提供一定的保障。盡量不要選擇不規(guī)則的建筑平面，這類建筑結(jié)構(gòu)的承載力難以控制在均衡狀態(tài)，在面對強(qiáng)震動環(huán)境時出現(xiàn)的損壞也更為嚴(yán)重。

4.3結(jié)構(gòu)材料的選擇和質(zhì)量控制

材料始終是建筑工程質(zhì)量的關(guān)鍵，材料的選擇對于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震能力有著決定性的作用。尤其是高層建筑工程的抗震設(shè)計，要整合不同建筑構(gòu)件的延性，通過協(xié)調(diào)不同構(gòu)件的延性實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震水平的有效提升。應(yīng)當(dāng)特別注意鋼筋的選擇，鋼筋的韌性越強(qiáng)，建筑結(jié)構(gòu)能夠抵抗的震動也就越強(qiáng)。建筑材料的質(zhì)量需要嚴(yán)格把控的，包括材料選擇、采購、管理等全部環(huán)節(jié)都要有專業(yè)且嚴(yán)格的監(jiān)管。出于經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，建筑單位必然要控制工程的造價。如何在保證建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的基礎(chǔ)上，找到性價比最合適的建筑材料，是建筑單位采購部門需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

4.4增加消能減震

隨著人均土地資源的緊張，高層建筑的數(shù)量不斷增加，對建筑物抗震能力的需求也在不斷上升。相比于其他類型建筑物，高層建筑物還需要附加隔振和消能的能力。想要實(shí)現(xiàn)這一方面的目標(biāo)，就要從地基方面入手，通過地基目的和質(zhì)量的提升緩沖震動給建筑本體帶來的影響。建筑結(jié)構(gòu)、高度的不同都會給建筑的隔振系數(shù)帶來影響，這些內(nèi)容應(yīng)當(dāng)在設(shè)計階段就充分的考慮并表現(xiàn)在設(shè)計方案當(dāng)中。

4.5建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

大多數(shù)建筑工程的剛性要高于柔性，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能夠降低建筑物在強(qiáng)震動環(huán)境下受到的破壞，整體建筑結(jié)構(gòu)也不會產(chǎn)生太嚴(yán)重的形變。受到結(jié)構(gòu)的保護(hù)，部分非結(jié)構(gòu)部件的損壞也會被有效的降低。改進(jìn)建筑物的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，在面對強(qiáng)震動環(huán)境時建筑物的穩(wěn)定性就強(qiáng)，能夠承受的震動幅度就大。

4.6額外增添加固設(shè)計

除了上述方法提升建筑物的抗震能力之外，還需要技術(shù)人員從建筑工程的實(shí)際情況出發(fā)，為建筑物額外增加一些加固措施。具體加固措施的選定應(yīng)當(dāng)依據(jù)以下幾個方面：首先是建筑工程本身存在結(jié)構(gòu)缺陷，技術(shù)人員有針對性的對構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)提升建筑物穩(wěn)定性和抗震水平的目的。也可以采用具有更好抗震能力的構(gòu)建進(jìn)行替換，從材料角度提升抗震能力。如果建筑物的承載力、結(jié)構(gòu)剛度還需要進(jìn)一步提升，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)采用擴(kuò)大原有界面、增加套箍、增加構(gòu)件等方式達(dá)到提升抗震能力的目標(biāo)。

5結(jié)束語

綜上所述，提高建筑物的抗震能力能夠在強(qiáng)震動環(huán)境或地震災(zāi)害的面前更好的保護(hù)社會大眾的生命和財產(chǎn)安全。尤其是在土地資源日益緊張，高層建筑數(shù)量不斷增加的當(dāng)下，研究建筑工程抗震能力的提升對于社會的建設(shè)和發(fā)展有著積極的意義。想要實(shí)現(xiàn)建筑物抗震能力的有效提升，應(yīng)當(dāng)從抗震理念在建筑設(shè)計中的表達(dá)、建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性的強(qiáng)調(diào)、建筑材料的篩選、建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及附加加固設(shè)計等方面入手。通過上述措施的靈活應(yīng)用，在保證建筑工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，有效的提升建筑物的抗震能力和穩(wěn)定性，推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展更上一層樓。

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作者：李英 單位：濱州建筑工程施工圖審查中心