建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳杰

摘要：地震是一種破壞力強(qiáng)、破壞范圍廣的自然災(zāi)害，會(huì)給建筑帶來巨大的破壞，進(jìn)而威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，如何在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中增強(qiáng)其抗震能力以及減少抗震對(duì)于建筑帶來的破壞非常重要。文章根據(jù)建筑行業(yè)的現(xiàn)有研究成果，在全面考慮整體性和適用性的原則下，分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);抗震設(shè)計(jì);抗震結(jié)構(gòu)

1.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用

首先：可以增強(qiáng)建筑物的抗震能力，在一定的震級(jí)范圍內(nèi)可以保證建筑物沒有破壞;其次，保證建筑物在破壞性較強(qiáng)的地震中經(jīng)過一定的維護(hù)和修整可以正常使用，不威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全;最后，保證建筑物在遇到罕見強(qiáng)度極大的地震中，可以維持建筑的基本框架，不至于建筑物坍塌。

2.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

考慮到建筑結(jié)構(gòu)對(duì)稱分布搭建的原則、高層建筑較多和場(chǎng)地內(nèi)建筑間的密度大小等問題，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須基于整體性和適用性這兩個(gè)原則。

2.1 整體性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性體現(xiàn)在要考慮建筑的內(nèi)部和外部、建筑的使用年限、建筑的部分及整體。

抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性原則是整體性，只有符合要求的建筑結(jié)構(gòu)的整體性設(shè)計(jì)，才能最大程度提高其抗震能力，提高建筑工程的安全性和建筑的穩(wěn)定性，為建筑應(yīng)用其他設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，并滿足人們的需求。

2.2適用性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的適用性體現(xiàn)在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案符合實(shí)際工程需求。

抗震設(shè)計(jì)的重要性原則是適用性，只有符合要求的建筑結(jié)構(gòu)的適用性設(shè)計(jì)，才能打造有效的建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作業(yè)，避免出現(xiàn)返工設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)周期延長的問題，提高效率，增強(qiáng)建筑的安全性。

3.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題

根據(jù)現(xiàn)有的建筑行業(yè)在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的成果，仍然在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概念模糊、抗震設(shè)計(jì)未進(jìn)行全面的驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)合理性有待優(yōu)化等方面有些不足。

3.1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概念模糊

現(xiàn)階段最主要的建筑材料是鋼筋混凝土，然而由于其重量大、強(qiáng)度高，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)需要其進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算與整體分析，加強(qiáng)部件間的連接，避免在地震時(shí)因結(jié)構(gòu)錯(cuò)位而開裂。

因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員在抗震的相關(guān)設(shè)計(jì)概念模糊，難以有效掌握建筑結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。此外，設(shè)計(jì)理應(yīng)減弱地震作用力，盡量減緩地震對(duì)建筑的破壞。因此，設(shè)計(jì)概念的模糊降低了建筑工程結(jié)構(gòu)性安全水平，難以提高建筑物的實(shí)際有效抗震能力。

3.2 抗震設(shè)計(jì)未進(jìn)行全面的驗(yàn)證

只有通過現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)建筑物的抗震性能進(jìn)行全面檢測(cè)和優(yōu)化，才能使建筑物的抗震結(jié)構(gòu)滿足相關(guān)要求。由于建筑結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)，只有構(gòu)造模型再進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，從而模擬現(xiàn)實(shí)的情況。在實(shí)際應(yīng)用中，該模擬是片面的，模擬軟件和程序的差異也會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不同。

3.3 結(jié)構(gòu)合理性有待優(yōu)化

由于設(shè)計(jì)難以全面驗(yàn)證，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中細(xì)節(jié)上的把控較為不足，以致結(jié)構(gòu)的合理性有待優(yōu)化。

4. 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略

基于以上存在的問題，文章將通過三個(gè)方面從整體提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高建筑物的抗震性能。

4.1 科學(xué)選址

不對(duì)稱的高層建筑易坍塌，安全度較低，中低層建筑需要考慮周圍的建筑物分布，因此，所有建筑都需要提前科學(xué)選址。

在建筑設(shè)計(jì)之前，線上調(diào)研相關(guān)情況后還需要設(shè)計(jì)人員走進(jìn)欲施工地區(qū)，實(shí)地考察周邊的地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地理環(huán)境等因素，選擇最佳的施工范圍和建筑物朝向。因?yàn)榈卣鹗堑刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，會(huì)導(dǎo)致地層的錯(cuò)動(dòng)。如果建筑物土質(zhì)松軟或者地下水含量較高，地震不僅會(huì)讓建筑物下沉，導(dǎo)致地下水溢出，影響周邊居民的生命安全和建筑物的安全性。因此，建筑物選址工是工地施工的前提。

4.2 構(gòu)建多道抗震防線

優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的平面圖和立體布置。在設(shè)計(jì)時(shí)要著重分析結(jié)構(gòu)承載力、結(jié)構(gòu)對(duì)稱度，有效降低地震對(duì)建筑的影響。

全面分析建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件布置。承載這些水平力的構(gòu)件即抗側(cè)力構(gòu)件是建筑結(jié)構(gòu)抗震性能中必不可少的環(huán)節(jié)。因此，設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，要充分結(jié)合不同結(jié)構(gòu)區(qū)的需求，有效連續(xù)布置各個(gè)區(qū)域，來提升建筑結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)力性能。剪力墻構(gòu)件作為最重要的抗側(cè)力構(gòu)件，在設(shè)計(jì)時(shí)如果工程采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，就需要設(shè)計(jì)師在初始設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)布設(shè)構(gòu)件位置，合理規(guī)劃剪力墻構(gòu)件的間隔距離。

科學(xué)合理設(shè)計(jì)樓蓋結(jié)構(gòu)。樓蓋結(jié)構(gòu)能夠極大程度上影響到建筑物水平作用力的傳播。因此，如何保證樓蓋結(jié)構(gòu)與豎向構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)性，以便使樓蓋結(jié)構(gòu)在面對(duì)地震作用力時(shí)形成更好的傳遞效果，降低地震對(duì)建筑物的影響，進(jìn)而有效提高建筑物的整體抗震能力非常重要。

4.3 優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)性能

地震災(zāi)害性能的具體分析和建筑工程的抗震模擬是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始的主要方面。

加強(qiáng)分析地震災(zāi)害具體表現(xiàn)形式，增強(qiáng)對(duì)地震發(fā)生能量輸入的研究，進(jìn)而通過優(yōu)化和調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)，減少地震能量輸入，有效減少地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞。通過基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行定量分析，并研究在基底地震力作用下建筑各構(gòu)件可能發(fā)生的變形。進(jìn)一步了解結(jié)構(gòu)所能承載的地震能量，減小儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)的位移。

采用BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，并對(duì)地震施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境和完成的設(shè)計(jì)方案，利用BIM技術(shù)確定相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)模型，然后利用軟件模擬地震能量輸入，觀察其對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型的影響，分析地震能量運(yùn)行期間主要構(gòu)件的側(cè)向拉力，并在其超過荷載范圍時(shí)對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。考慮到整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中明確具體內(nèi)容，以確保實(shí)際施工能按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，減小施工總抗震性能與設(shè)計(jì)的差異，使建筑施工達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完全滿足相應(yīng)抗震等級(jí)的要求。

5. 結(jié)束語

由于地震災(zāi)害具有破壞力強(qiáng)、突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)，此外地震發(fā)生后很有可能產(chǎn)生嚴(yán)重次生災(zāi)害帶來嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是避免地震的重要環(huán)節(jié)，需要做到科學(xué)選址、構(gòu)建多道抗震防線和優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)性能，以此才能有效提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

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