建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震問題分析

李英

摘 ?要：現(xiàn)如今社會(huì)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(huì)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(duì)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(duì)建筑工程質(zhì)量的提升有著極大的價(jià)值，文章從抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，研究了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)于抗震能力的設(shè)計(jì)，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(jì);抗震問題

中圖分類號(hào)：TU352.11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）31-0073-02

Abstract： Nowadays， the work， life， consumption and entertainment of the public have difficulty breaking away from the space built by construction projects. In the event of an earthquake， the anti-seismic level of the building structure will become the greatest guarantee for people's life safety. However， the earthquake itself is extremely random， and the impact on the building structure also has great complexity and uncertainty. Some areas of our country are in the zone where earthquakes occur frequently， so it is of great value to study the anti-seismic capacity of building structure to improve the quality of building engineering. From the point of view of anti-seismic structure design， this paper studies the design of anti-seismic capacity in building engineering structure design， in the hope offacilitating the progress of China's construction industry.

Keywords： building engineering; structure design; anti-seismic problem

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(jì)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(jì)復(fù)雜程度的提升可能會(huì)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(duì)更弱，在面對(duì)強(qiáng)力的震動(dòng)時(shí)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(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)，在面對(duì)強(qiáng)震動(dòng)時(shí)，發(fā)生扭轉(zhuǎn)或斷裂的概率更高。下文對(duì)不同類型建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力及設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的分析。

1 設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震能力的影響

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)階段的抗震理念更好的表現(xiàn)出來。建筑物的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密不可分，在設(shè)計(jì)階段就要強(qiáng)調(diào)抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的和諧性。換句話說，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在方案的構(gòu)思和設(shè)計(jì)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(jì)階段還需要考慮到面對(duì)強(qiáng)震動(dòng)時(shí)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(duì)建筑工程抗震需求的考慮增加到方案的設(shè)計(jì)階段，隨著方案的不斷完善逐步呈現(xiàn)建筑的設(shè)計(jì)理念，為建筑工程的抗震設(shè)計(jì)起到一定的奠基和輔助作用。

2 建筑工程抗震設(shè)計(jì)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(jì)階段就需要敲定部分基礎(chǔ)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，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(jì)，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(jì)結(jié)合

對(duì)整體建筑工程而言，建筑設(shè)計(jì)為項(xiàng)目的施工提供了主要指導(dǎo)，通常建筑設(shè)計(jì)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(jì)方案還會(huì)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(jì)的科學(xué)性與實(shí)用性，還需要對(duì)可能出現(xiàn)的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，并留出應(yīng)對(duì)和調(diào)整的空間。也就是說想要將抗震理念在建筑設(shè)計(jì)中表達(dá)出來，就要將抗震設(shè)計(jì)與建筑本身的設(shè)計(jì)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(duì)建筑本身的強(qiáng)化，外部強(qiáng)化的方式在面對(duì)強(qiáng)震動(dòng)時(shí)效果不佳，反而可能會(huì)引起建筑物的整體倒塌。如果能夠在設(shè)計(jì)階段就將抗震理念融合到設(shè)計(jì)方案當(dāng)中，就能夠從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物抗震能力的提升，在面對(duì)自然災(zāi)害時(shí)才能夠最大限度的為社會(huì)大眾帶來庇護(hù)。

3 強(qiáng)震動(dòng)可能對(duì)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(dòng)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(duì)松軟厚實(shí)，這一類型地基對(duì)上層建筑的影響更為顯著;其次是在強(qiáng)烈的震動(dòng)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(duì)危險(xiǎn)地質(zhì)條件下的建筑工程，強(qiáng)震動(dòng)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(dòng)時(shí)受影響程度相對(duì)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(duì)強(qiáng)震動(dòng)時(shí)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(dòng)環(huán)境下會(huì)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(dòng)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(duì)強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境底層首先會(huì)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(duì)強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境時(shí)受到的影響相對(duì)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(duì)稱形狀，在面對(duì)強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境時(shí)極易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)重威脅建筑使用者的生命和財(cái)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(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(duì)所處區(qū)域的震動(dòng)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(chǎng)地開展建筑工程的可行性。除此之外，還需要對(duì)建筑物的抗震水平有清晰明確的評(píng)估和認(rèn)知，在設(shè)計(jì)階段對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和安排，便于建筑物抗震理念的表達(dá)。如果評(píng)估結(jié)果顯示目標(biāo)場(chǎng)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(jì)方法提高建筑物的應(yīng)對(duì)能力。需要特別注意的是，高層建筑必須要建立在相對(duì)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(duì)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(jì)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(duì)建筑結(jié)構(gòu)的平面進(jìn)行設(shè)計(jì)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(duì)強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境時(shí)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(duì)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(jì)，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(dòng)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(jià)。如何在保證建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的基礎(chǔ)上，找到性價(jià)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(duì)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(dòng)給建筑本體帶來的影響。建筑結(jié)構(gòu)、高度的不同都會(huì)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(jì)階段就充分的考慮并表現(xiàn)在設(shè)計(jì)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(dòng)環(huán)境下受到的破壞，整體建筑結(jié)構(gòu)也不會(huì)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(huì)被有效的降低。改進(jìn)建筑物的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，在面對(duì)強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境時(shí)建筑物的穩(wěn)定性就強(qiáng)，能夠承受的震動(dòng)幅度就大。

4.6 額外增添加固設(shè)計(jì)

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(gè)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(duì)性的對(duì)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(dòng)環(huán)境或地震災(zāi)害的面前更好的保護(hù)社會(huì)大眾的生命和財(cái)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(duì)于社會(huì)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(jì)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(jì)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(dòng)我國建筑行業(yè)的發(fā)展更上一層樓。

參考文獻(xiàn)：

[1]辛桂芹.建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)抗震問題的分析[J].綠色環(huán)保建材，2018（04）：102.

[2]蘇渙珉，馬倩.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何提高建筑的安全性[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（03）：27.

[3]王利民.關(guān)于對(duì)如何在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高建筑的安全性的思考[J].居舍，2019（12）：110.