抗震設(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

陳昊

吉林省輕工業(yè)設(shè)計研究院 吉林長春 130000

抗震設(shè)計在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)著重要的位置。首先，能夠完善工程結(jié)構(gòu)的抗震性能。工程人員可采取切實可行的技術(shù)手段，增強建筑工程結(jié)構(gòu)承受地震作用的能力，從而維持工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。其次，有助于提高建筑工程結(jié)構(gòu)整體剛度。在工程設(shè)計中，建筑工程結(jié)構(gòu)的剛度存在十分明顯的不足，這也是其在地震作用下產(chǎn)生變形或塌陷的主要因素?？拐鹪O(shè)計中，設(shè)計人員需根據(jù)工程實際采取多種措施增加結(jié)構(gòu)剛度，強化抗震能力。最后，建筑工程抗震設(shè)計也可減輕地震對建筑工程結(jié)構(gòu)的負面影響，以削弱地震災害對社會的不利影響。

1 對抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念的思考

1.1 設(shè)計作用

設(shè)計人員在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計過程中需要關(guān)注多種因素的影響，從整體角度思考制定提升結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的路徑，在投入更多精力基礎(chǔ)上滿足人們提出的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計需求。因為抗震設(shè)計包含的因素比較多，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應該對地震結(jié)構(gòu)進行多元分析，也要在材料性能基礎(chǔ)上提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性。這樣能提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，圍繞實際情況提出針對性的設(shè)計措施，通過對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計以提升抗震性能。以此在建筑材料科學運用的基礎(chǔ)上保障抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性，圍繞本地區(qū)的地質(zhì)災害情況與抗震性能進行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，在滿足抗震設(shè)計技術(shù)標準基礎(chǔ)上給人們帶來更加安全的居住環(huán)境[1]。

1.2 基本原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應該堅持整體性原則，設(shè)計人員需要從建筑整體出發(fā)進行抗震設(shè)計，讓建筑結(jié)構(gòu)可以滿足人們提出的安全居住需求。只有保障建筑結(jié)構(gòu)整體性能滿足人們提出的居住或者是使用需求才能保障結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，在先進理念支持下進行多樣化的抗震設(shè)計，在滿足人們對建筑設(shè)計需求基礎(chǔ)上推動建筑行業(yè)的優(yōu)化發(fā)展。同時在進行抗震設(shè)計時需要關(guān)注結(jié)構(gòu)剛度原則，立足雙向傳導提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。設(shè)計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應該思考結(jié)構(gòu)剛度，重視通過多種技術(shù)與建筑材料運用針對性控制結(jié)構(gòu)變形，也能通過保障結(jié)構(gòu)剛度提升建筑抗震設(shè)計的實際水平。這樣能在各項因素分析與資源運用基礎(chǔ)上推動抗震設(shè)計的有序落實，保障結(jié)構(gòu)剛度能與建筑抗震能力相匹配，在科學控制結(jié)構(gòu)抗震壓力基礎(chǔ)上提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性[2]。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計的基本原則

2.1 簡單化原則

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)形式越簡單，計算簡圖越明確，地震作用傳遞途徑也越直接。與復雜的建筑結(jié)構(gòu)體系相比，簡單的建筑工程結(jié)構(gòu)體系可增加力學計算的準確性，從而有效平衡項目結(jié)構(gòu)設(shè)計，最大限度地避免結(jié)構(gòu)設(shè)計過于復雜度高所引發(fā)的設(shè)計不全面問題。同時，建筑形體的規(guī)則性還可減少地震災害對建筑結(jié)構(gòu)的負面影響，弱化地震作用過程中的力學傳遞效果，優(yōu)化建筑的抗震性能。

2.2 抵抗性原則

為有效加強建筑工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的穩(wěn)定性和安全性，應在結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中全方位考慮地震作用。為此，設(shè)計人員在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，要建立相對科學和完善的抗震體系模型，確保發(fā)生地震災害時，建筑結(jié)構(gòu)依然能夠保持相對穩(wěn)定性，抵御地震災害的負面作用，也可充分展現(xiàn)模型的預防性作用和優(yōu)勢。上述工作也是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的重點內(nèi)容。為加強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，要求合理設(shè)置抗震能力，且抗震性能設(shè)置不宜過大，需保障其自身結(jié)構(gòu)體系力學的平衡性效果[3]。

2.3 合理性原則

科學合理的結(jié)構(gòu)布局可以有效抵御地震作用時造成的沖擊力，提升建筑的抗震能力。因此，在工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，設(shè)計人員要從結(jié)構(gòu)的整體特點入手，將在地震作用下可能首先發(fā)生位移或形變的建筑部位找出來，并對導致這一部位出現(xiàn)形變的原因進行分析，找出設(shè)計不合理之處，進而對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)布局進行優(yōu)化和調(diào)整。然后再次重復同一的實驗，直至整個布局受力平衡且無明顯變形或形變位置為止。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，遵循合理性原則，可對建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)、連接部位特征以及受力情況等進行綜合分析與考量，合理調(diào)整結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，科學選擇材料設(shè)備，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，降低地震災害對建筑的影響，減少坍塌問題的產(chǎn)生。

3 抗震設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展速度的加快，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，建筑作為生活及工作中的重要組成部分，人們對其要求也在逐漸提升。若想切實的保障建筑工程的施工質(zhì)量，則就需要切實的做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，并在其中融入抗震設(shè)計內(nèi)容，一方面避免建筑建立在危險區(qū)域的可能，另一方面對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)整，對其性能及受力狀態(tài)進行重新設(shè)計，以提升建筑強度、承載性能，提高建筑整體的穩(wěn)定性和安全性[4]。

3.1 科學選址

建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑選址尤為關(guān)鍵，雖然突發(fā)的地震災害可能使建筑物轟然倒塌，但科學合理的地理位置也可顯著提高建筑物的抗震能力。在發(fā)生地震災害時，建筑結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生明顯的移位現(xiàn)象。不同結(jié)構(gòu)和不同性質(zhì)的土體上，位移的程度也會存在較大的差異。如建筑結(jié)構(gòu)設(shè)置于無法滿足工程建設(shè)要求的土體上，不僅不利于完善建筑結(jié)構(gòu)的性能，而且也會加大建筑物坍塌的風險。

為此，在建設(shè)項目選址的過程中，要以可有效控制地震作用影響的地區(qū)為首選，并全方位考量附近地形和地貌概況，將工程建設(shè)在平坦開闊的區(qū)域，注重建筑物周邊土體的密實度和穩(wěn)定性，進而承受不同的荷載組合。若無法避開不利地質(zhì)區(qū)域，設(shè)計人員可以發(fā)揮自身的專業(yè)優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，采取切實可行的改進措施，根據(jù)建筑的抗震能力，采取有效的地基基礎(chǔ)設(shè)計和加大上部結(jié)構(gòu)剛度的措施，最大限度地減少地震災害對建筑結(jié)構(gòu)的負面影響。

3.2 設(shè)置多道抗震防線

在建筑物抗震設(shè)計的過程中，設(shè)計人員應根據(jù)實際設(shè)置多道抗震防線，采取該設(shè)計模式可控制地震對建筑物的不利影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應在抗震體系中應用延性優(yōu)勢較為明顯的構(gòu)件，這也是建筑結(jié)構(gòu)抗震的第一道防線?；蛘咭部稍O(shè)置多種其他的建筑構(gòu)件，形成第二和第三道防線。發(fā)生地震災害時，如第一道防線受損，則可充分利用其他防線的作用和功能承受地震災害所帶來的沖擊，為人們的生命財產(chǎn)安全提供有力保障。多到抗震防線的設(shè)置也能夠消減地震作用力對建筑結(jié)構(gòu)的威脅，尤其是對高層建筑的威脅，保證建筑在地震災害中的穩(wěn)定性，降低危險系數(shù)，減少對居民及周邊環(huán)境的連帶影響。

3.3 合理布局，控制地震能量

采取減少地震作用的方法可有效減輕地震災害對建筑結(jié)構(gòu)造成的負面影響。為嚴格控制地震災害產(chǎn)生的能量，在建設(shè)土木工程結(jié)構(gòu)的過程中，還需認真分析建筑物位移動作的影響因素，且在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中注重因素的合理預測與定量分析，以期在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中減弱地震震動產(chǎn)生的能量。同樣重要的是，發(fā)生地震時，為嚴格控制建筑物可能出現(xiàn)的破損和變形問題，需認真分析和設(shè)計建筑底部位置的塑性變形，這種方法在地質(zhì)硬度較高的土木工程建設(shè)中具有十分顯著的優(yōu)勢。在設(shè)計過程中，工作人員應將結(jié)構(gòu)間的關(guān)系及力傳導方向等進行思考和分析，合理利用結(jié)構(gòu)間的協(xié)作關(guān)系，實現(xiàn)對地震能量的消減和把控，降低地震能量波集中傳導對局部建筑結(jié)構(gòu)帶來的影響和威脅，保證建筑的質(zhì)量。在力傳導分析中，要做好應力均衡劃分的思考，避免局部應力過大帶來的威脅，保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

4 探討優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方案

4.1 從整體上優(yōu)化方案設(shè)計

推動建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的整體水平和質(zhì)量，需要有關(guān)單位首先對建筑方案展開科學的優(yōu)化設(shè)計。具體來講，可以從以下幾方面著手。第一，要科學分析統(tǒng)籌各項因素，全方位定位，要建立在整體的視角上，科學統(tǒng)籌各項資源和各類技術(shù)，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法能夠符合規(guī)范標準要求。第二，要做好原材料質(zhì)量控制。要確保各個部件、各個材料質(zhì)量合格，確保各個部件的功能符合標準要求，能夠正常、充分發(fā)揮。第三，要充分的分析和考量外部因素。有關(guān)單位要做好對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計外部影響因素的有效控制，做好對人力、物力等方面消極因素的有效控制，嚴格排查出影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的風險和隱患問題[3]。第四，要進一步簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于房屋建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)很繁雜，在開展設(shè)計工作時很容易出現(xiàn)計算誤差的問題，造成房屋建筑建設(shè)成本增加，不利于開展成本控制工作。為此，有關(guān)單位需要合理控制影響因素，簡化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。簡化建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)容，需要按照建筑設(shè)計規(guī)范標準實施。以房屋抗震設(shè)計工作為例，設(shè)計人員要首先明確結(jié)構(gòu)框架設(shè)計標準，按照力學原理，進一步提升結(jié)構(gòu)的平衡性和穩(wěn)定性，要有效簡化抗震設(shè)計的相關(guān)因素，減輕建筑物的抗震負載力，從整體上促進結(jié)構(gòu)抗震性能的提升，并制定符合抗震設(shè)計要求的質(zhì)量標準，在保證建筑結(jié)構(gòu)承載力的同時，簡化建筑結(jié)構(gòu)。

4.2 地基的優(yōu)化設(shè)計

地基設(shè)計是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)性內(nèi)容。在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要把地基的優(yōu)化設(shè)計作為設(shè)計工作的關(guān)鍵。在開展設(shè)計工作之前，設(shè)計人員需要詳細、全面的考量地基的實際情況，做好科學的地質(zhì)勘測，科學分析和計算地質(zhì)承受力，還要堅持安全性原則，有序、安全、高效的落實好項目安全實施。項目負責人要肩負好自身的職責，全面、細致的分析地基結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素，并以此為依據(jù)做出科學預案，綜合考慮各方面影響地基設(shè)計的風險隱患，清晰、明確的梳理安全問題。在施工現(xiàn)場還要安裝防護設(shè)備。

4.3 優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了進一步提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度和抗震性能，有關(guān)單位需要高度重視剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，高效、廣泛的應用剪力墻。良好的剪力墻結(jié)構(gòu)，能夠大大提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少事故問題產(chǎn)生的可能，提升建筑結(jié)構(gòu)應對自然災害的能力，為人們創(chuàng)造更加安全的居住環(huán)境和生活環(huán)境。科學設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計人員做好剪力墻重量的均勻分布，要確保建筑平面的剛度和房屋建筑各層的結(jié)構(gòu)重點能夠保持一致。設(shè)計人員需要關(guān)注剪力墻的承重，關(guān)注剪力墻水平方向的相關(guān)問題，綜合考慮剪力墻的角度平衡的問題。在進行施工建設(shè)的過程中，設(shè)計人員還要結(jié)合項目建設(shè)的實際情況，綜合分析剪力墻的承受能力，科學計算相關(guān)數(shù)據(jù)，明確工程項目的實際需要，盡可能的提升剪力墻結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性。

4.4 優(yōu)化排水系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計人員在進行排水系統(tǒng)設(shè)計時，應當以強度、荷載力為依據(jù)，科學、有序的配置機械設(shè)備。特別要對地下室結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，要科學計算管道預留尺寸和深度，做好對建筑樓板鉆孔位置的管理，做好加固。設(shè)計人員還要提升對水平方向管線的關(guān)注度，盡可能的避免貫穿梁體的情況。如果一定要穿過承重墻，有關(guān)人員需要按照規(guī)范要求，細致、科學的進行加固處理，切實提升排水管網(wǎng)設(shè)計的科學性。

4.5 做好室內(nèi)裝修設(shè)計

做好室內(nèi)裝修設(shè)計，包括空間尺寸設(shè)計、建筑內(nèi)家具尺寸設(shè)計、室內(nèi)色彩設(shè)計、室內(nèi)活動區(qū)域設(shè)置、休閑區(qū)域和游戲區(qū)域的設(shè)置。設(shè)計時，設(shè)計人員要充分考慮到用戶的實際需求，還要滿足人體工學要求，按照人站立、坐臥等的尺度科學展開之內(nèi)裝修設(shè)計。設(shè)計人員還要善于利用自然能源，結(jié)合溫度、濕度等開展裝修設(shè)計，進一步節(jié)省能源消耗。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國的地震災害發(fā)生頻率顯著上升，為有效減輕地震災害對人們?nèi)粘Ｉ畹呢撁嬗绊?，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，務必高度重視結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，分析和總結(jié)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的過往經(jīng)驗，將總結(jié)的經(jīng)驗教訓應用于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，且做好建筑的防震縫設(shè)計、抗震墻體設(shè)計以及構(gòu)件設(shè)計，以此提升建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平，優(yōu)化房屋抗震性能，加快現(xiàn)代建筑行業(yè)的前進腳步。