建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的作用及其要點

引言：由于我國地處太平洋板塊和亞歐大陸板塊交接處，板塊運動較為活躍，并且在生態(tài)環(huán)境不斷惡化的背景下，地震頻率和強度等級持續(xù)提高，建筑的穩(wěn)定性和抗震性越來越重要，抗震設(shè)計的要求也越來越高。應(yīng)充分意識到抗震設(shè)計的重要性，明確抗震設(shè)計的要點，提高抗震設(shè)計的合理性、可靠性以及經(jīng)濟性，將各個方面的因素有效控制，把地震災害的影響降至最低，為人們的生命財產(chǎn)安全提供有力保障。1.建筑結(jié)構(gòu)工程中抗震設(shè)計的作用目前，我國因地震災害造成的建筑物坍塌屢見不鮮，不僅人員傷亡嚴重，經(jīng)濟損失也不可估量，所以地震災害的有效預防刻不容緩。建筑物作為人們生活、工作的重要場所，提高建筑物的抗震性能是切實可行的路徑，這就需要從優(yōu)化抗震設(shè)計入手，提高建筑物的穩(wěn)定性，為建筑工程的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)，建筑結(jié)構(gòu)工程中抗震設(shè)計的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1.1降低地震破壞性由于地震災害頻發(fā)，所以在建筑結(jié)構(gòu)工程中抗震設(shè)計越來越受重視，也能顯著降低地震的破壞性。目前，較為常見的設(shè)計方法是在建筑基礎(chǔ)和主體之間加設(shè)隔震層，也有設(shè)計人員在建筑頂端加設(shè)“反擺”來減小地震的沖擊力。“反擺”的原理是降低地震沖擊力的運動加速度，以反向位移的方式將地震的沖擊力有效減小。通過相關(guān)調(diào)查顯示，加設(shè)“反擺”可以將地震對建筑物的沖擊力降低65%左右，對建筑和人員起到了良好的防護作用。目前針對加設(shè)“反擺”的針對性研究越來越多，取得了良好的研究成果，并且在實際應(yīng)用中也起到了良好的保護作用。由此可見，良好的抗震設(shè)計能夠?qū)⒌卣馂暮Φ钠茐男杂行Ы档停瑥亩ＷC建筑物的穩(wěn)定性。1.2提高建筑物剛度建筑物的剛度應(yīng)結(jié)合具體的情況科學設(shè)計，目前，鋼筋混凝土在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，顯著提升了建筑物的剛度，但通過在建筑物中加設(shè)鋼結(jié)構(gòu)也是一種有效的加固技術(shù)，能夠進一步提升建筑物的穩(wěn)定性。建筑結(jié)構(gòu)工程加固技術(shù)的選擇應(yīng)充分考慮建筑物的實際功能，落實差異化的加固措施。其一是針對建筑物上層是鋼結(jié)構(gòu)、下層是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的情況，兩種體系結(jié)構(gòu)的形式不符合我國的抗震規(guī)范要求。其二是建筑的房蓋部分利用了鋼結(jié)構(gòu)，建筑的主體部分仍是鋼筋混凝土，這就需要按照相關(guān)要求進行規(guī)范設(shè)計[1]。1.3加強建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能為了增強建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能，在進行抗震設(shè)計時首要考慮的就是地基的穩(wěn)定性。應(yīng)盡可能選擇抗震性能良好的地基，保障在地震災害中地基的變形相對微小，從而整體性的提高建筑物穩(wěn)定性。同時，為了最大限度地開發(fā)地基的潛力，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時同一性質(zhì)的地基上只能修建相同建筑結(jié)構(gòu)單元的建筑，在建筑物的設(shè)計和修建時應(yīng)秉持規(guī)范性、對稱性原則，將地震災害中建筑物的形變量有效減小，從而避免建筑物扭曲的現(xiàn)象。為了將地震的沖擊力均衡作用在建筑物上，應(yīng)在建筑設(shè)計的過程中添加幾道抵抗線，保障建筑物結(jié)構(gòu)的各個部分受力均勻，規(guī)避受力過于集中導致的形變問題。除此之外，為了降低地震災害對建筑物產(chǎn)生的沖擊影響，應(yīng)適當減輕建筑結(jié)構(gòu)自身重量，降低地基承擔的壓力荷載。1.4確保建筑物滿足抗震標準目前我國建筑物結(jié)合功能可分為四類，其中甲、乙兩類建筑物的抗震性能最好，抗震設(shè)防烈度可以達到6-9度，并按照高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強抗震設(shè)施。而丙、丁類建筑物的抗震性能則是當?shù)卣Y(jié)合地方實際情況制定，抗震設(shè)防烈度上有所差異，丙類建筑物按照地區(qū)抗震設(shè)防烈度進行設(shè)計，達到抵御罕遇地震的目標，丁類建筑物則是在地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求上可適當降低抗震措施，但當處于6度時不能進行降低。所以在進行建筑設(shè)計時應(yīng)充分考慮建筑抗震設(shè)防標準。2.建筑結(jié)構(gòu)類型與抗震性能的關(guān)聯(lián)2.1建筑框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)中荷載力承載的主要部位是柱和梁，也是關(guān)乎建筑物穩(wěn)定性的重要結(jié)構(gòu)。柱和梁的特點是自身重量較輕、容易定性，所以能夠滿足建筑穩(wěn)定性的標準，框架結(jié)構(gòu)也是目前普及率最高的結(jié)構(gòu)類型。建筑框架結(jié)構(gòu)的施工工藝簡單、空間靈活性較高且建筑材料用量較少，所以備受建筑企業(yè)的青睞。但建筑框架結(jié)構(gòu)也有著一定的劣勢，框架結(jié)構(gòu)變形形態(tài)通常以剪切型出現(xiàn)，所以容易產(chǎn)生軟弱層和薄弱層，所以在施工過程中應(yīng)密切關(guān)注控制層側(cè)向剛度和承載力比，盡可能提升框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2.2剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)工程中的優(yōu)勢是側(cè)向剛度大、整體穩(wěn)定性良好，較為適用于高層建筑，劣勢是結(jié)構(gòu)延展性較差，空間布置的靈活性不足。從目前的建筑物情況來看，剪力墻布置結(jié)構(gòu)相對規(guī)則且分布較為均勻。在進行實際的抗震設(shè)計時應(yīng)盡可能做到門窗洞口的上下交錯，針對建筑條件不允許的情況，應(yīng)做好洞口周圍的受力分析，并采取有效增強建筑強度的措施[2]。2.3建筑筒體結(jié)構(gòu)建筑筒體結(jié)構(gòu)通常在超高層建筑中較為常見，此種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)勢是受力均勻、剛度大且整體穩(wěn)定性較強。建筑筒體結(jié)構(gòu)根據(jù)外圍結(jié)構(gòu)的差異可以分為筒中筒和核心筒兩種，根據(jù)筒體數(shù)量的差異可以分為多筒、雙筒和單筒。建筑筒體結(jié)構(gòu)通過內(nèi)筒和外圍框架的作用力組成了抗震防線，顯著提升了建筑物的自身穩(wěn)定性。3.建筑結(jié)構(gòu)工程中抗震設(shè)計遵循的原則我國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市化進程不斷加快，建筑工程的規(guī)模持續(xù)擴大、數(shù)量不斷增加，并且均朝著高層和超高層的趨勢發(fā)展，如此一來人口密度大幅提升，地震災害的影響力也進一步提升。因此，建筑結(jié)構(gòu)工程中的抗震設(shè)計代表的意義越來越重大，必須要將相關(guān)的抗震問題有效解決，一方面提升建筑物對地震災害的防御能力，保障人們生命財產(chǎn)安全，另一方面則是延長建筑物使用壽命。在進行建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震設(shè)計時，應(yīng)遵循以下三個方面的原則。3.1適用性原則對于建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計而言，應(yīng)秉持因地制宜的理念，充分考慮不同地區(qū)的地質(zhì)條件、建筑物高度和類型等因素，保障經(jīng)濟性的前提下提高抗震性性能。針對地震災害頻發(fā)的地區(qū)而言，在建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計時應(yīng)盡可能多加幾道抗震防線。例如，可以有效應(yīng)用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻的優(yōu)勢在于側(cè)向剛度較強，在第一道防線中有效應(yīng)用能夠起到良好的卸力作用，從而削弱地震造成的沖擊。目前來看，建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計中核心筒結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較為普遍，大幅降低了房屋倒塌的概率，也是抗震設(shè)計的重中之重。3.2整體性原則建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計是一項整體性的工程，所以在進行抗震設(shè)計時必須立足于整體視角，對建筑物的承載性能、穩(wěn)定性、剛度、延性等綜合考慮，精確計算后按照建筑物的整體標準進行科學設(shè)計。例如，針對強柱弱梁、強節(jié)點弱構(gòu)件的連接處應(yīng)做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而提升整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。除此之外，由于不同建筑物類型的差異性較強，所以抗震設(shè)計不能過于固化，而是要基于建筑物特點、施工要求進行科學設(shè)計。3.3彈性適中原則建筑結(jié)構(gòu)工程進行抗震設(shè)計時，應(yīng)合理把握建筑彈性。建筑彈性不達標會導致建筑物承受沖擊的能力較差，容易在地震災害中出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，而建筑彈性超標，也會容易導致建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細微形變，長此以往會影響建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而影響建筑物的安全使用。建筑彈性是抗震設(shè)計中不可忽視的重要因素，必須要確保彈性處在合理的范圍內(nèi)，保障建筑自身質(zhì)量的前提下盡可能減少外力作用的影響[3]。4.建筑結(jié)構(gòu)工程中抗震設(shè)計的要點地震災害的破壞性較強，一旦發(fā)生會對建筑物產(chǎn)生較強的沖擊力，同時建筑物的使用功能正處于不斷完善的階段，所以建筑物的抗震性能要求也發(fā)生了較大的變化。在進行建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮建筑物相關(guān)的一系列因素，如建筑場地、抗震防線設(shè)計等，使抗震設(shè)計最大限度地滿足建筑物的使用要求，并且抗震設(shè)計也要具備一定的前瞻性，結(jié)合建筑物未來的使用功能變化選擇相對應(yīng)的抗震性能強化方式，如隔震加固法等，以抗震方法的科學使用提高建筑物的抗震性能，切實滿足建筑物的使用需求。4.1提升抗震設(shè)計等級根據(jù)對我國地震災害的調(diào)研可知，結(jié)合地震烈度和地震動參數(shù)可以劃分為多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震三種類型，按照50年為期限，多遇地震烈度超越概率為63%，設(shè)防地震烈度超越概率為10%，罕遇地震烈度超越概率為2%—3%，按照重現(xiàn)期可劃分為50年、475年以及1600-2400年的地震。我國建筑物的抗震等級應(yīng)根據(jù)地區(qū)情況差異進行針對性設(shè)定，部分建筑工程抗震設(shè)計專家表示，應(yīng)適當提高建筑物的抗震等級，并做好抗震設(shè)計的嚴格檢查，保障抗震設(shè)計在實際的建筑工程中充分落實，提升建筑物的整體抗震性能，為人們營造安全穩(wěn)定的生活環(huán)境[4]。4.2科學選擇建筑材料針對地震頻發(fā)地區(qū)而言，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)建筑材料，確保建筑材料具備良好的剛度、強度以及延展性，從而有效對抗地震災害。根據(jù)建筑抗震效果的相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，磚瓦類型的建筑物抗震性能較差，箱體式結(jié)構(gòu)抗震性能良好，所以磚瓦結(jié)構(gòu)的建筑物不斷減少，箱體式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍逐漸擴大。對于建筑材料的選擇來說，一方面要考慮好適用性和經(jīng)濟學，滿足建筑工程的功能需求，另一方面則是滿足建筑抗震的標準要求。在建筑物的抗震設(shè)計時，可以通過在建筑物底部鋪設(shè)黏土、砂石的方式來吸收地震災害的沖擊力。也可以對建筑物的地基進行改造，合理應(yīng)用瀝青材料，提高建筑物的自身穩(wěn)定性。此外，在建筑材料的選擇時應(yīng)盡可能選擇質(zhì)量輕的材料，減少建筑物本身承受的荷載力，從而保證抗震性能。4.3以力承載，延性基點針對建筑物的抗震設(shè)計而言，提升建筑物剛度是設(shè)計的關(guān)鍵所在，通過合理設(shè)計柱、梁、墻，并選擇性能良好的建筑材料，如此才能利用支撐性結(jié)構(gòu)有效消耗地震能量，提高建筑物的抗震性能。在進行建筑物的抗震設(shè)計時，應(yīng)確保建筑物在地震災害中處于非彈性狀態(tài)，充分結(jié)合建筑物的抗震設(shè)防能力，將承載力和建筑物結(jié)構(gòu)作為媒介，科學設(shè)計建筑物結(jié)構(gòu)，將建筑物中可能發(fā)生非彈性反應(yīng)的位置進行合理預測，隨后對這些結(jié)構(gòu)進行針對性強化。最后，還應(yīng)該對建筑物的整體結(jié)構(gòu)進一步完善，通過對建筑物剛度的準確計算，確保其抗震性能良好[5]。4.4對薄弱部位重點設(shè)防建筑物結(jié)構(gòu)中不可避免的存在薄弱部位，而地震災害中薄弱部位也常常是引起建筑物變形、倒塌的關(guān)鍵所在，所以應(yīng)對薄弱部位重點設(shè)防。建筑物本身具備一定的變形能力，一旦發(fā)生地震災害，薄弱部位容易發(fā)生位移，從而影響建筑物的穩(wěn)定性。所以，在進行建筑物的抗震設(shè)計時，應(yīng)明確好建筑物的各個薄弱部位，并通過科學的抗震設(shè)計提高薄弱部位的抗震性能。此外，隨著時間的推移，建筑物整體抗震能力逐漸下降，這就要求在建筑物抗震設(shè)計時充分考慮建筑物的優(yōu)勢點和劣勢點，通過各項數(shù)據(jù)的收集與分析，明確具體的荷載情況，針對薄弱部位的問題及時解決，避免建筑物抗震性能受到影響。4.5合理設(shè)計建筑軸壓比和短柱在進行建筑物的抗震設(shè)計時，應(yīng)盡可能提升支柱的橫截面積，從而減小支柱的軸壓比，使支柱的受力面積大幅提升，避免鋼筋因縱向受力過大而出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，保持建筑物的抗震性能。建筑物中的支柱結(jié)構(gòu)有著強度高、剛度高的特點，而這也整體性降低了建筑的延展性，一旦地震災害發(fā)生，建筑吸收和消耗的能量都極為有限，這就加大了建筑結(jié)構(gòu)破壞的可能性。因此，為了降低地震災害中建筑結(jié)構(gòu)的損壞程度，可以在建筑結(jié)構(gòu)中增加弱梁，與支柱形成良好的協(xié)調(diào)作用，彌補延展性不足的缺陷，并且通過適當增大支柱的軸壓比，即可有效分散地震災害中的承載力。具體來說，高層建筑的底層支柱長細比應(yīng)控制在4以內(nèi)，短柱的剪跨比也應(yīng)控制在2以內(nèi)。4.6建立完善抗震設(shè)計標準我國的各個地區(qū)地震頻率、強度均有著不同程度的差異，所以抗震設(shè)計標準應(yīng)結(jié)合地區(qū)實際情況合理設(shè)定，針對地震頻發(fā)地區(qū)，適當提高抗震標準，針對地震罕見發(fā)生的地區(qū)，則是要秉持小震不壞、中震可修、大震不倒的原則設(shè)定合理抗震標準。此外，不同的建筑結(jié)構(gòu)也應(yīng)結(jié)合針對性的要求設(shè)計差異化的抗震標準，例如框架結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)應(yīng)采取差異化的抗震標準，如此才能確保建筑抗震性能良好。針對地震頻發(fā)地區(qū)，可將消震法和隔震法有機結(jié)合，從而達到滿足相應(yīng)的抗震要求。5.建筑結(jié)構(gòu)工程中抗震設(shè)計的優(yōu)化策略5.1建筑物造型抗震設(shè)計優(yōu)化進行建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計時，建筑物的整體布局和整體造型也是設(shè)計的重點內(nèi)容。因此，在進行建筑物的設(shè)計時，應(yīng)避免過度追求美觀性的設(shè)計，而是要盡可能設(shè)計出規(guī)范、標準的形狀，如方形、矩形等，消除因形狀因素導致的受力不均，以對稱、規(guī)則的圖形設(shè)計方案保障建筑物內(nèi)部受力平衡，切實有效地增強建筑物的抗震性能。5.2建筑物平面抗震設(shè)計優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)受力均勻、承載力良好是建筑物投入使用的先決條件。因此在進行建筑物的抗震設(shè)計時，應(yīng)體現(xiàn)出建筑物的功能性，完善平面抗震設(shè)計。如果建筑物的設(shè)計不平衡，一旦發(fā)生地震災害會導致建筑物各個部位受力情況不同，損壞程度也存在一定差異，而這也嚴重破壞了建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，影響了建筑物的抗震性能。因此，在進行建筑物的平面設(shè)計時，應(yīng)將所有內(nèi)容充分考慮進來，通過精確化的數(shù)據(jù)計算，保障建筑物的各個房間、門窗位置等與建筑圖紙精確匹配，即便出現(xiàn)問題也能及時解決。在進行建筑平面設(shè)計的優(yōu)化時，可以將各個空間有機融合，將豎向建筑轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫嬖O(shè)計，有效提高建筑物的整體剛度和抗震性能。5.3建筑物重要組成部分抗震設(shè)計優(yōu)化地震災害是對建筑物整體結(jié)構(gòu)的沖擊，所以應(yīng)提高各個重要組成部分的抗震性能。如建筑物的樓梯間，發(fā)揮著重要的通行作用，在地震災害中承擔著疏散人群的重要任務(wù)，所以樓梯間的穩(wěn)定性至關(guān)重要，在進行樓梯間設(shè)計時應(yīng)盡可能將其設(shè)計在建筑物的中間位置，保障其固有功能的充分發(fā)揮，為人群疏散提供十足的便利。同時，樓梯間是豎向結(jié)構(gòu)，通過合理的抗震設(shè)計提高樓梯間的穩(wěn)定性，能夠整體性地提升建筑物抗震性能。在