建筑工程結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)問題研究及設(shè)計施工方法

趙樹泉

【摘要】在現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展完善過程當(dāng)中，抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計是重要的構(gòu)成部分，它也會對建筑在后期使用當(dāng)中的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生重要的影響。當(dāng)前我國對結(jié)構(gòu)抗震方面的設(shè)計方案研究還處于初級的階段，在抗震結(jié)構(gòu)的總體布局、結(jié)構(gòu)選型、地基處理、基礎(chǔ)形式等多個方面都存在不完善之處。在發(fā)展的過程中，設(shè)計師們一方面需要借助于計算機(jī)和信息技術(shù)來解決這些問題，另一方面還需要對工程實踐當(dāng)中總結(jié)出來的各項抗震理念和建筑經(jīng)驗進(jìn)行應(yīng)用，這樣才能總結(jié)出更為經(jīng)濟(jì)、安全和使用的結(jié)構(gòu)抗震方案。其次，很多地震工程專家指出，當(dāng)前結(jié)構(gòu)抗震理論還并不完善，僅僅通過理論計算的方式無法使建筑物擁有較好的抗震性能，尤其是對于高層建筑來說，如果結(jié)構(gòu)抗震不合理的話會導(dǎo)致使用人員面臨著巨大的危險。而工程師們在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，無法準(zhǔn)確地判斷在未來的時間可能會出現(xiàn)和發(fā)生的地震，同時也無法對地震發(fā)生時候的烈度和地殼運(yùn)動特征進(jìn)行分析，這導(dǎo)致設(shè)計人員無法對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的計算，在抗震設(shè)計的時候就要遵循一定的原則和策略，最大限度地提高建筑的抗震性能。在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，工作人員需要使用發(fā)展的眼光看待其中的不完善之處，并通過科學(xué)選定建筑位置、有效改進(jìn)設(shè)計方案、合理控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等多種方式來對這些問題進(jìn)行完善。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;結(jié)構(gòu)抗震;設(shè)計原則;設(shè)計要求;應(yīng)用策略

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.024

緒論

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，人們對建筑穩(wěn)定性和安全性的要求也越來越高。為了對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計，工作人員需要從區(qū)域環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多個方面進(jìn)行綜合化的考慮，最大限度地提高結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方案的可行性，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的實際抗震性能。為對人們生命財產(chǎn)安全提供可靠保障，促使建筑結(jié)構(gòu)抗震性以及安全性得以全面提高，工程建設(shè)階段，務(wù)必基于結(jié)構(gòu)整體為主，進(jìn)行科學(xué)合理的抗震設(shè)計，對抗震技術(shù)加以科學(xué)應(yīng)用，從而有效避免地震產(chǎn)生的嚴(yán)重影響，使建筑工程能夠保證更加穩(wěn)定、安全。

一、建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)要求

1.確保建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則

研究發(fā)現(xiàn)，建筑物自身的抗震性能與其結(jié)構(gòu)特點具有直接的關(guān)系。尤其是對于高層建筑來說，結(jié)構(gòu)的均勻性和規(guī)則性在很大程度上會對該建筑的抗震性能產(chǎn)生影響。高層建筑本身的特點主要就是體型龐大、水平高度較高，因此它與普通低層建筑相比對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求也更高。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中，需要合理控制好建筑物的平面性狀，確保建筑物的均勻性和對稱性能夠符合要求。與此同時，設(shè)計人員還需要確保建筑的縱橫比合理，并在其中做好對建筑扭轉(zhuǎn)問題的合理控制。在這個基礎(chǔ)上，還需要通過提高建筑物剛度和質(zhì)量來使建筑能夠?qū)崿F(xiàn)對材料的均勻承載，使整個建筑物的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出對稱分布的特征。最后，在確認(rèn)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計之前，工作人員還需要充分考慮建筑場地對建筑物抗震性能所產(chǎn)生的影響，確保建筑場地、建筑設(shè)計的各個方面都能夠滿足建筑物的基礎(chǔ)形式。對于那些設(shè)置地下室的建筑物來說，如果施工區(qū)域的土質(zhì)比較特殊，比如為軟土地基，那么在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候需要通過樁基、筏板基礎(chǔ)等方式來提高地質(zhì)的承載力，同時也使地基變得更加穩(wěn)定。

2.借助剛度設(shè)計來增強(qiáng)高層建筑的抗震性能

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中，剛度是一個重要的元素。因此對于高層建筑來說，多個方面的沖擊力和破壞力都會對建筑本身的主軸產(chǎn)生重要的影響。因此，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中，需要采取合理的措施來增強(qiáng)建筑的剛度，使其更好地應(yīng)對地震所帶來的破壞力。尤其是要對建筑結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)剛度問題進(jìn)行嚴(yán)格考量，這樣可以有效避免地震作用力對建筑物產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊、建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生變形而倒塌或者對人員造成傷害的問題。與此同時，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中，剛度設(shè)計是最重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計人員需要從建筑構(gòu)建的剛度、建筑結(jié)構(gòu)的整體性等方面進(jìn)行考慮，確保各個部件和結(jié)構(gòu)都能夠遵從整體性的原則，滿足建筑實際剛度需求，從而有效提升其抗震性能。

3.運(yùn)用計算機(jī)設(shè)計建筑力學(xué)模型

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)有越來越多的智能化設(shè)計被用于建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中來。在抗震設(shè)計的過程中，也可以應(yīng)用這些信息化的技術(shù)來輔助施工。比如可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的精準(zhǔn)計算功能來對建筑結(jié)構(gòu)的各項抗震數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，以此來確保建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的提升，使建筑物的穩(wěn)定性保持在較高的水平，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果能夠滿足建筑項目的實際需求。與此同時，利用計算機(jī)技術(shù)還可以對建筑結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下所出現(xiàn)的性能變化進(jìn)行分析，以各項精確的數(shù)據(jù)作為依據(jù)來進(jìn)行研究，以此來繪制出建筑結(jié)構(gòu)圖紙，并建立起建筑施工的具體模型，通過結(jié)構(gòu)模擬的方式來了解成型之后建筑物的具體抗震能力。當(dāng)前，很多建筑企業(yè)已經(jīng)充分意識到了計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的必要性，無論是在數(shù)據(jù)分析還是在建模工作當(dāng)中都充分運(yùn)用了多種信息技術(shù)。在這個過程中，設(shè)計人員也可以利用這些技術(shù)來提高結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的準(zhǔn)確性。比如在其中可以利用BIM技術(shù)來模擬建筑模型，使各個部門當(dāng)前搜集的信息都輸入到系統(tǒng)當(dāng)中完成BIM模型的建立，通過對模型的分析來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計前期和后期施工環(huán)節(jié)的有效對接。與此同時，BIM技術(shù)還具有較強(qiáng)的可視化特點，它可以對后期的整個結(jié)構(gòu)抗震施工過程進(jìn)行模擬，在其中通過施工人員、技術(shù)人員以及管理人員的有效溝通來對實際施工過程中可能遇到的各種問題進(jìn)行分析，進(jìn)而有效提高設(shè)計和施工方案的可行性。

4.選擇延展性好和強(qiáng)度高的材料

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中，材料是最重要的元素，它會對最終的設(shè)計和施工質(zhì)量產(chǎn)生明顯的影響。因此，設(shè)計人員需要結(jié)合抗震設(shè)計的實際要求來合理選擇材料，確保建筑材料的延展性和強(qiáng)度都能夠滿足實際的抗震需求。具體來說，首先要確保各種材料都是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的。對于建筑結(jié)構(gòu)抗震能力提升來說，一方面還加強(qiáng)對剛度的設(shè)計，另一方面就是要合理選擇建筑材料。因此，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中，一方面，要做好建筑物設(shè)防水平、建筑基礎(chǔ)以及建筑高度等問題的協(xié)調(diào)，另一方面還需要選擇高質(zhì)量的建筑材料，尤其是要從材料的強(qiáng)度和延展性這兩個方面進(jìn)行考慮和選擇。對于不同部位的建筑結(jié)構(gòu)部件，材料的性能和要求都有所差異，在選擇的時候需要結(jié)合具體的要求，同時確保構(gòu)建的連續(xù)性。在完成材料的選擇之后，相關(guān)人員還要對整個建筑物的抗震性能進(jìn)行反向檢驗，同時從企業(yè)成本節(jié)約的角度進(jìn)行考慮，盡量選擇那些物美價廉的施工材料。

5.確保建筑設(shè)計的規(guī)律性和一致性

在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計的時候，需要重視每一個設(shè)計階段的成果，從細(xì)節(jié)出發(fā)有效杜絕各種不合理的設(shè)計，這樣避免不合理設(shè)計對建筑抗震性能所產(chǎn)生的不良影響。在這個過程中，設(shè)計人員需要嚴(yán)格遵守抗震設(shè)計的原則，積極融入多種先進(jìn)的抗震設(shè)計理念，以此來提高建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)律性和一致性，使設(shè)計的結(jié)果具有較強(qiáng)的可靠性。與此同時，在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，還需要重視建筑物的對稱性和均勻性，做好對建筑物扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的有效控制。

二、結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)實際應(yīng)用策略

1.科學(xué)選定建筑的位置

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計之前，工作人員需要對地震災(zāi)害發(fā)生的特點進(jìn)行分析，做到對建筑位置的合理選定。尤其是對于高層的混凝土建筑來說，建設(shè)的位置對整個建筑物的抗震性能具有直接的影響。因此，在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計和建筑之前，首先要選定好位置。具體來說，在位置選擇的過程中，工作人員需要對周圍的地質(zhì)條件、地形地貌做好充分勘查，然后結(jié)合實際情況來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。在這個過程中要堅持以下兩個原則。第一是要確保建筑的建設(shè)位置遠(yuǎn)離石油儲存場所、變電站、火電廠等，這樣可以有效避免在設(shè)計和施工過程當(dāng)中出現(xiàn)的一些不安全的因素。第二是建筑的建設(shè)位置要避免在山坡、丘陵等地質(zhì)條件下，否則可能會因為地質(zhì)本身的原因而導(dǎo)致建筑物的抗震性能下降。

2.有效改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案

首先，建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方案要符合國家和地區(qū)建筑工程抗震力的要求和規(guī)范，確保建筑的主體結(jié)構(gòu)能夠在空間變形上得到調(diào)整，即使面對強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)延伸力也能夠自動恢復(fù)到原來的形態(tài)。只有在這樣的情況下，才能有效消除混凝土建筑結(jié)構(gòu)在地震情況下由于主體變形而造成的不利影響，使整個混凝土結(jié)構(gòu)都處于牢固、穩(wěn)定和安全的狀態(tài)下。其次，在對地震作用力對混凝土結(jié)構(gòu)所造成的影響程度進(jìn)行評估的時候，相關(guān)人員需要合理地進(jìn)行建筑構(gòu)建的布局，使建筑結(jié)構(gòu)各個部分的受力能夠得到最大程度的協(xié)調(diào)和控制，以此來提高整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。再次，在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案進(jìn)行改進(jìn)的時候，還要對建筑豎向結(jié)構(gòu)受力的情況進(jìn)行重點考慮，確保其受力均勻、平衡，這樣才能達(dá)到混凝土建筑的剛度設(shè)計要求，同時確保建筑結(jié)構(gòu)在面對地震的時候不發(fā)生交錯、不出現(xiàn)紊亂，能夠有層次、有條理地將地震的作用力消化和吸收。最后，在方案設(shè)計的過程中，還需要結(jié)合建筑施工的位置及其周邊的地質(zhì)狀況來進(jìn)行，尤其是在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候要加入相應(yīng)的防震措施，尤其是要對高層混凝土建筑的關(guān)鍵位置和重點部位進(jìn)行嚴(yán)格處理。并在這個過程中利用重力變化的規(guī)律，改變高層混凝土的不規(guī)則豎向和水平作用力，以此來提高整個混凝土建筑的抗震性能。

3.合理控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

在地震的作用下，建筑物會產(chǎn)生一定程度的扭轉(zhuǎn)作用、豎向作用以及水平作用。這些作用力會以一種綜合影響的方式表現(xiàn)出來，會對建筑物產(chǎn)生巨大的破壞力，從而導(dǎo)致房屋建筑物出現(xiàn)倒塌或者地裂的問題，對使用者的安全造成威脅。與此同時，在地震發(fā)生的過程中還會面臨多種不確定的因素，這些因素具有較強(qiáng)的隨機(jī)性。因此，在對建筑結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行設(shè)計的時候，除了要考慮地震所帶來的豎向和水平作用力之外，還需要對扭轉(zhuǎn)作用力進(jìn)行有效分析，對地震結(jié)構(gòu)的位置標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效設(shè)置。在這個過程中，工作人員需要對地震發(fā)生時建筑模型所發(fā)生的最大位移和最小位移結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行測定，以此來確保房屋建筑的整體結(jié)構(gòu)具有一致性的位移，使建筑物抗震結(jié)構(gòu)的每個部分都能夠達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。最后，工作人員還需要對房屋建筑的整體性能進(jìn)行可行性研究，在研究的過程中對施工時可能會出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測和分析，以此來及時發(fā)現(xiàn)問題，并對研究的方向進(jìn)行有效調(diào)整，在這個基礎(chǔ)上最大程度地增強(qiáng)建筑的抗震能力。

4.合理設(shè)置混凝土結(jié)構(gòu)參數(shù)

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候，通過建筑模型的方式可以對混凝土建筑在地震發(fā)生時各處的受力情況進(jìn)行分析，并以此作為依據(jù)來實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理設(shè)置，并對各個結(jié)構(gòu)部分的受力情況進(jìn)行計算和分析，比如對建筑柱梁變形情況、墻體承載能力等進(jìn)行計算。與此同時，在對建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和規(guī)劃的時候，還需要做好對建筑的質(zhì)量檢測，了解建筑的施工工藝、施工材料，同時對建筑所在地的地形條件和建設(shè)位置等要素進(jìn)行分析，把握建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，實現(xiàn)對抗震設(shè)計框架的優(yōu)化和改進(jìn)。同時，還要在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵位置對這些參數(shù)做出詳細(xì)的說明，這樣可以為順利施工奠定良好的條件。除此之外，工作人員還需要對建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完善，這樣可以為設(shè)計師查找資料和尋找案例提供便利，使他們可以更加深入地對混凝土建筑結(jié)構(gòu)的綜合受力情況進(jìn)行研究，并在這個基礎(chǔ)上建立起科學(xué)合理的力學(xué)模型，利用主拉盈利和剪摩理論來對混凝土建筑的抗震性能進(jìn)行科學(xué)判斷。最后，工作人員還需要對建筑結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)進(jìn)行多次協(xié)商和反復(fù)研究，尤其是建筑整體結(jié)構(gòu)的剛度比例、扭轉(zhuǎn)比例、振動周期等重要的參數(shù)，這樣可以為結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定提供理論依據(jù)。

結(jié)論：

本文主要對結(jié)構(gòu)抗震的熱點進(jìn)行了研究，同時對其中常見的問題進(jìn)行了分析，最終得出了以下三個結(jié)論。第一是在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候，需要堅持整體性、結(jié)構(gòu)清晰、結(jié)構(gòu)規(guī)則、結(jié)構(gòu)剛度與抗震能力相適應(yīng)的四個原則。第二是在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候，需要確保建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，要選擇延展性和強(qiáng)度都比較好的材料，可以借助剛度設(shè)計的方式來增強(qiáng)高層建筑的抗震性能，還可以借助于計算機(jī)來對建筑力學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計。第三是在結(jié)構(gòu)抗震理論實際應(yīng)用的時候，需要做到科學(xué)選址、有效改進(jìn)方案、合理控制扭效應(yīng)并合理設(shè)置混凝土結(jié)構(gòu)參數(shù)。

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