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

萬林

國海建設(shè)有限公司 江西 南昌 330200

引言

研究指出，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要關(guān)注抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，重視在分析地震災(zāi)害對居民生命安全造成危害基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，通過增強(qiáng)抗震能力有效抵御不同地質(zhì)災(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)造成的危害。基于整體建筑水平的穩(wěn)定提升，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要思考通過哪些方式提升抗震設(shè)計的科學(xué)性，當(dāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時能給居民提供較為安全的建筑防護(hù)。所以，應(yīng)該分析通過哪些方式來提升建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的水平，利于在強(qiáng)化抗震設(shè)計效果基礎(chǔ)上推動建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

1 建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要作用

1.1 強(qiáng)化建筑的內(nèi)部性能

抗震設(shè)計理念在建筑設(shè)計中的滲入，能夠提供建筑布局以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的理論指導(dǎo)，確保內(nèi)部的安全性以及穩(wěn)定性，建筑抗震設(shè)計時預(yù)留的空間使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理，在進(jìn)行抗震設(shè)計方案的優(yōu)化時，應(yīng)該嚴(yán)格參照標(biāo)準(zhǔn)的建筑設(shè)計參數(shù)規(guī)范，參考結(jié)構(gòu)中的剪力墻布置，使其分布能夠更加均勻合理，即使發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)中心位置的斷裂，也能維持良好的抗震效果。

1.2 提升結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的路徑

設(shè)計人員在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)該對地震結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xué)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以提升抗震性能。以此在建筑材料科學(xué)運用的基礎(chǔ)上，保障抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性，圍繞本地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害情況與抗震性能進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，給人們帶來更加安全的居住環(huán)境[1]。

1.3 提升建筑抗震應(yīng)用效果

長期的發(fā)展積累，使得建筑設(shè)計的理論基礎(chǔ)持續(xù)完善，積累了相對較多的實踐經(jīng)驗，通過先進(jìn)理念在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，可以強(qiáng)化抗震的效果，部分建筑物存在嚴(yán)重的凹凸不規(guī)則以及超出屋頂高塔的情況，在建筑的抗震設(shè)計中，加入建筑設(shè)計的相關(guān)理論，能夠很好地改善此類問題，提升其實際剛度。建筑設(shè)計時將電梯放置在中心位置，也是一種強(qiáng)化抗震設(shè)計效果的重要手段。

2 市政建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計的現(xiàn)狀

2.1 市場建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計理念滯后

近幾年來，市政建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)易出現(xiàn)各類問題，設(shè)計人員對于設(shè)計理念認(rèn)知力度不足，在設(shè)計過程中盲目運用傳統(tǒng)的設(shè)計理念，未能從全方位角度思考抗震性能的優(yōu)化，這一設(shè)計方式對建筑工程安全性與穩(wěn)定性的保障相對不利，如若日后區(qū)域內(nèi)發(fā)生地震，必然造成巨額經(jīng)濟(jì)損失，或者伴隨人員傷亡等，極大地影響和諧社會的構(gòu)建。不僅如此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員很多時候未能明確抗震設(shè)計的重要意義，在抗震設(shè)計的過程中沒能全面及系統(tǒng)的思考，導(dǎo)致抗震結(jié)構(gòu)不科學(xué)、抗震級別不達(dá)標(biāo)，最終的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案必然不夠理想。除此之外，設(shè)計人員在設(shè)計過程中未能考慮日后工程擴(kuò)建所帶來的安全隱患，普遍存在抗震設(shè)計計算不準(zhǔn)確、實施標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴}，且所運用的軟件未能精準(zhǔn)地計算抗震性能以及抗震結(jié)果，從而導(dǎo)致最終的設(shè)計結(jié)果與預(yù)期效果存在巨大差異，極大地影響了抗震實驗的精度與準(zhǔn)度。

2.2 脫離設(shè)計圖紙

在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，很多建筑單位為了片面的追求經(jīng)濟(jì)效益，忽視整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性要求，擅自增加建筑物的整體高度，使其高度設(shè)計和原有的設(shè)計圖紙標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重不符，降低了高層建筑整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，提高了建筑物受地震災(zāi)害的危險系數(shù)，為人們的生命財產(chǎn)安全造成非常不利的影響[2]。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計方向存在偏頗

市政建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震設(shè)計是重點內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)本著設(shè)計的科學(xué)性原則，以滿足工藝設(shè)備需求為宗旨，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性。但從現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計情況來看，該項工作的落實仍存在許多問題，主要表現(xiàn)在抗震設(shè)計側(cè)重點不夠突出，抗震性能的優(yōu)化是重中之重，直接影響了建筑工程日后的使用安全性等，但部分設(shè)計師卻更加強(qiáng)調(diào)功能設(shè)計，導(dǎo)致與工程安全相關(guān)的元素未能得到重視，通過消防安全的控制僅僅流于表面，無形中增添了安全隱患，難以保障市政建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性。

2.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案缺乏先進(jìn)性

市政建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計應(yīng)根據(jù)現(xiàn)階段建筑事業(yè)的發(fā)展趨勢，參考設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與法律條文，優(yōu)化抗震設(shè)計方案，突出設(shè)計方案的科學(xué)性與合理性。但當(dāng)下設(shè)計工作的開展過程中，部分設(shè)計人員未能根據(jù)行業(yè)發(fā)展形勢進(jìn)行系統(tǒng)化思考，導(dǎo)致抗震性的設(shè)計穩(wěn)定性嚴(yán)重缺失，未能將抗震設(shè)計落于實處，抑或是從細(xì)節(jié)層面入手予以優(yōu)化、完善等，沒能從可持續(xù)發(fā)展理念角度分析抗震設(shè)計的重要性與必要性，這樣導(dǎo)致整體的市政建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏先進(jìn)性與前瞻性，很難保障進(jìn)入工程使用的耐久性，甚至?xí)o建筑工程設(shè)計單位與施工單位的發(fā)展帶來相應(yīng)的影響。

3 基本原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)該堅持整體性原則，設(shè)計人員需要從建筑整體出發(fā)進(jìn)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(jìn)理念支持下進(jìn)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(jìn)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(dǎo)提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。設(shè)計人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)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(xué)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[3]。

2.1 各種抗震設(shè)計

抗震構(gòu)件的設(shè)計需要同時考慮許多各種因素，因此，建筑設(shè)計過程中需要同時考慮一些各種因素和最基本的抗震設(shè)計。通過分析建筑抗震的特性，并利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)做出各種工程設(shè)計，使建筑物具備了多功能的防震特性。在某些地震多發(fā)區(qū)域，單純的防震工程設(shè)計并無法進(jìn)行全面的設(shè)防，抗震效果較差。所以，在建筑設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮建筑物抗震設(shè)計的多樣性。提高了建筑的安全特性，并確保其在防震方面起到了關(guān)鍵作用。這也是人們今天在設(shè)計防震建筑物時堅持的基本準(zhǔn)則之一。

2.2 科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理分配優(yōu)缺點

建筑結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計也需要遵循一定的規(guī)范，而優(yōu)劣勢的劃分也需要以這方面的建筑相關(guān)規(guī)范為基礎(chǔ)。特殊的構(gòu)造方式和剛度分布保證了建筑結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生地動時的最大穩(wěn)定性，使之不會變形或傾倒，在建筑不同組成部分間也產(chǎn)生了依附關(guān)聯(lián)和共同支撐的關(guān)系。而且，建筑各部分的硬度和彈性都滿足了這些建筑的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，從而提高了建筑物的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 確保各部分的有效功能

在抗震建筑物的設(shè)計過程中，設(shè)計組件必須發(fā)揮其全部潛力。否則，建筑物的耐震能就將降低。所以，在建筑設(shè)計過程中，要充分考慮材料是否能夠充分發(fā)揮設(shè)計用途。比如，建筑物的承載構(gòu)件是不是能夠按照建筑設(shè)計時的承載標(biāo)準(zhǔn)完成，建筑物的局部補強(qiáng)是不是能夠增加建筑物的穩(wěn)定性等。各個區(qū)域和組成部分都是根據(jù)原設(shè)計確定的，我們必須充分考慮您是否能夠充分發(fā)揮我們的建筑設(shè)計的優(yōu)點，以緊密匹配設(shè)計的特點和功能。

在開展影響建筑結(jié)構(gòu)的抗震工程設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)積極運用最先進(jìn)的計算機(jī)以及相應(yīng)的大數(shù)據(jù)分析軟件，對影響建筑物構(gòu)造的抗震設(shè)計方案進(jìn)行建模和數(shù)據(jù)分析，以便于更加精確地建模和分析對受影響的建筑物構(gòu)造的危害。通過根據(jù)負(fù)荷變化和實際受力狀況，優(yōu)選和完善抗震構(gòu)造的設(shè)計方案，以提升抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計水平與品質(zhì)。

4 提高建筑抗震性能設(shè)計的途徑

4.1 保障結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性

在對高層混凝土抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，要對具體的建筑位置、環(huán)境、地形等進(jìn)行科學(xué)合理的勘察和測量，掌握精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，從而保障高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的精準(zhǔn)性和全面性，保障抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和可行性。高層建筑不同樓層在發(fā)生地震時出現(xiàn)的位移限值容易受到建材規(guī)格、結(jié)構(gòu)體系等因素影響。因此，在具體設(shè)計時，要綜合利用計算機(jī)軟件，在測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立完善的設(shè)計模型，保障設(shè)計參數(shù)的合理性和準(zhǔn)確性，為提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，強(qiáng)化其抗震性能提供堅實的依據(jù)。

4.2 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑的柱體結(jié)構(gòu)與圈梁砌筑墻體部分會因為受到水平地震荷載與豎直地震荷載的作用下而出現(xiàn)裂縫，將墻體劃分為多個塊體。在水平地震荷載的作用下，建筑結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生水平方向的位移，逐漸向外移動，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫的開裂程度越來越大，破壞墻體的整體性，使墻體承壓面積逐漸減小。當(dāng)其承載力無法達(dá)到設(shè)計承載要求時，就會出現(xiàn)坍塌，墻體承載能力也逐漸消失?；谶@種情況，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)柱和圈梁的設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)的彈性，從而消耗一部分地震作用力，避免建筑墻體的剛度快速衰退從而發(fā)生坍塌現(xiàn)象，或者延緩這種問題的發(fā)生，使建筑即使在中震與大震情況下，也不會出現(xiàn)快速坍塌。

4.3 完善結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

要保障建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性設(shè)計，對其抗震構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)化處理，強(qiáng)化豎向結(jié)構(gòu)受力均勻性，綜合應(yīng)用平面、立面結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，設(shè)計多層抗震防線，最大限度降低地震對建筑物的位移破壞；強(qiáng)化對建筑主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，提升其抗震性能，促進(jìn)其使用周期，保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；要對筒體、懸掛、剪力墻等抗震結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，保障混凝土抗震結(jié)構(gòu)剛度，促進(jìn)其抗震性能的提升[4]。

4.4 建筑材料的科學(xué)選擇

對于任何的建筑結(jié)構(gòu)而言，其主要的承重原料都是建筑材料，而建筑材料自身的塑性和剛度會在整個建筑工程結(jié)構(gòu)抗震性能中起到很大的影響作用?；诖?，在對市政建筑工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計的過程中，設(shè)計工作者應(yīng)該充分考慮建筑材料的合理選擇。具體選擇中，應(yīng)該對市政建筑工程所在地實際的地質(zhì)特征、地形地貌、板塊運動等的各種條件進(jìn)行全面了解，并以此為依據(jù)來選擇抗震性能符合實際工程需求的建筑材料，這樣才可以讓整體市政建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能得到良好保障。一般情況下，在市政建筑結(jié)構(gòu)的材料選擇中，通常以輕質(zhì)量、高強(qiáng)度的建筑材料為主，同時應(yīng)保障其整體性和延展性足夠好。對于板塊比較穩(wěn)定的施工區(qū)域，市政建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以科學(xué)利用裝配式混凝土，這種材料更加輕便，且施工操作也較為簡單。但是，如果市政建筑工程所在地為地震頻發(fā)區(qū)域，現(xiàn)澆筑混凝土結(jié)構(gòu)就很容易產(chǎn)生裂縫問題，其安全性也難以得到有效保障。

4.5 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(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)造成的負(fù)面影響。為嚴(yán)格控制地震災(zāi)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(rèn)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(yù)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(yán)格控制建筑物可能出現(xiàn)的破損和變形問題，需認(rèn)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(yīng)將結(jié)構(gòu)間的關(guān)系及力傳導(dǎo)方向等進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)分析中，要做好應(yīng)力均衡劃分的思考，避免局部應(yīng)力過大帶來的威脅，保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量[5]。

5 結(jié)束語

綜上所述，因為現(xiàn)代建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性、承載力、熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度參數(shù)都有高度的要求，所以，設(shè)計師首先要建立防震結(jié)構(gòu)的先進(jìn)建筑設(shè)計理念，從防震設(shè)計中完成工程設(shè)計。結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計，建筑物構(gòu)件的傳力路線一定要清晰合理，而建筑物構(gòu)件的抗震特性設(shè)計一定要與整體設(shè)計強(qiáng)度相互協(xié)調(diào)。另外，為增強(qiáng)建筑的抗震特性設(shè)計，在選用建筑的主要構(gòu)件型式時，也應(yīng)當(dāng)盡量選擇均勻、規(guī)則布置的概念。