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(jì)是重要的構(gòu)成部分，它也會(huì)對(duì)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(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震方面的設(shè)計(jì)方案研究還處于初級(jí)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(gè)方面都存在不完善之處。在發(fā)展的過程中，設(shè)計(jì)師們一方面需要借助于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)來解決這些問題，另一方面還需要對(duì)工程實(shí)踐當(dāng)中總結(jié)出來的各項(xiàng)抗震理念和建筑經(jīng)驗(yàn)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(jì)算的方式無法使建筑物擁有較好的抗震性能，尤其是對(duì)于高層建筑來說，如果結(jié)構(gòu)抗震不合理的話會(huì)導(dǎo)致使用人員面臨著巨大的危險(xiǎn)。而工程師們?cè)趯?duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，無法準(zhǔn)確地判斷在未來的時(shí)間可能會(huì)出現(xiàn)和發(fā)生的地震，同時(shí)也無法對(duì)地震發(fā)生時(shí)候的烈度和地殼運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析，這導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員無法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的計(jì)算，在抗震設(shè)計(jì)的時(shí)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(jì)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(jì)方案、合理控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等多種方式來對(duì)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(jì)原則;設(shè)計(jì)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(duì)建筑穩(wěn)定性和安全性的要求也越來越高。為了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，工作人員需要從區(qū)域環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多個(gè)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(jì)方案的可行性，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震性能。為對(duì)人們生命財(cái)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(jì)，對(duì)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(diǎn)具有直接的關(guān)系。尤其是對(duì)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(huì)對(duì)該建筑的抗震性能產(chǎn)生影響。高層建筑本身的特點(diǎn)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(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求也更高。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(duì)稱性能夠符合要求。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要確保建筑的縱橫比合理，并在其中做好對(duì)建筑扭轉(zhuǎn)問題的合理控制。在這個(gè)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(duì)材料的均勻承載，使整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出對(duì)稱分布的特征。最后，在確認(rèn)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)之前，工作人員還需要充分考慮建筑場(chǎng)地對(duì)建筑物抗震性能所產(chǎn)生的影響，確保建筑場(chǎng)地、建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)方面都能夠滿足建筑物的基礎(chǔ)形式。對(duì)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(jì)的時(shí)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(shí)也使地基變得更加穩(wěn)定。

2.借助剛度設(shè)計(jì)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(jì)的過程中，剛度是一個(gè)重要的元素。因此對(duì)于高層建筑來說，多個(gè)方面的沖擊力和破壞力都會(huì)對(duì)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(jì)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(duì)地震所帶來的破壞力。尤其是要對(duì)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(duì)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(duì)人員造成傷害的問題。與此同時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的過程中，剛度設(shè)計(jì)是最重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)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(gè)部件和結(jié)構(gòu)都能夠遵從整體性的原則，滿足建筑實(shí)際剛度需求，從而有效提升其抗震性能。

3.運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)被用于建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中來。在抗震設(shè)計(jì)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(jì)算功能來對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)抗震數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(jì)的效果能夠滿足建筑項(xiàng)目的實(shí)際需求。與此同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)還可以對(duì)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(xiàng)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(shí)到了計(jì)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(gè)過程中，設(shè)計(jì)人員也可以利用這些技術(shù)來提高結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)模型的分析來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)前期和后期施工環(huán)節(jié)的有效對(duì)接。與此同時(shí)，BIM技術(shù)還具有較強(qiáng)的可視化特點(diǎn)，它可以對(duì)后期的整個(gè)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(duì)實(shí)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(jì)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(jì)的過程中，材料是最重要的元素，它會(huì)對(duì)最終的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量產(chǎn)生明顯的影響。因此，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合抗震設(shè)計(jì)的實(shí)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(shí)際的抗震需求。具體來說，首先要確保各種材料都是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)抗震能力提升來說，一方面還加強(qiáng)對(duì)剛度的設(shè)計(jì)，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(jì)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(gè)方面進(jìn)行考慮和選擇。對(duì)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(shí)候需要結(jié)合具體的要求，同時(shí)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(duì)整個(gè)建筑物的抗震性能進(jìn)行反向檢驗(yàn)，同時(shí)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(jià)廉的施工材料。

5.確保建筑設(shè)計(jì)的規(guī)律性和一致性

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重視每一個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)，這樣避免不合理設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震性能所產(chǎn)生的不良影響。在這個(gè)過程中，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格遵守抗震設(shè)計(jì)的原則，積極融入多種先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)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(jì)的結(jié)果具有較強(qiáng)的可靠性。與此同時(shí)，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，還需要重視建筑物的對(duì)稱性和均勻性，做好對(duì)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(shí)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(jì)之前，工作人員需要對(duì)地震災(zāi)害發(fā)生的特點(diǎn)進(jìn)行分析，做到對(duì)建筑位置的合理選定。尤其是對(duì)于高層的混凝土建筑來說，建設(shè)的位置對(duì)整個(gè)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(jì)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(duì)周圍的地質(zhì)條件、地形地貌做好充分勘查，然后結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中要堅(jiān)持以下兩個(gè)原則。第一是要確保建筑的建設(shè)位置遠(yuǎn)離石油儲(chǔ)存場(chǎng)所、變電站、火電廠等，這樣可以有效避免在設(shè)計(jì)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(huì)因?yàn)榈刭|(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(jì)的方案

首先，建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方案要符合國(guó)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(duì)強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)延伸力也能夠自動(dòng)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(gè)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(duì)地震作用力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)所造成的影響程度進(jìn)行評(píng)估的時(shí)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(gè)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(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。再次，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行改進(jìn)的時(shí)候，還要對(duì)建筑豎向結(jié)構(gòu)受力的情況進(jìn)行重點(diǎn)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(jì)要求，同時(shí)確保建筑結(jié)構(gòu)在面對(duì)地震的時(shí)候不發(fā)生交錯(cuò)、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(jì)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(jì)的時(shí)候要加入相應(yīng)的防震措施，尤其是要對(duì)高層混凝土建筑的關(guān)鍵位置和重點(diǎn)部位進(jìn)行嚴(yán)格處理。并在這個(gè)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(gè)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(huì)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(huì)以一種綜合影響的方式表現(xiàn)出來，會(huì)對(duì)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(duì)使用者的安全造成威脅。與此同時(shí)，在地震發(fā)生的過程中還會(huì)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(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)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(duì)扭轉(zhuǎn)作用力進(jìn)行有效分析，對(duì)地震結(jié)構(gòu)的位置標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效設(shè)置。在這個(gè)過程中，工作人員需要對(duì)地震發(fā)生時(shí)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(cè)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(gè)部分都能夠達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。最后，工作人員還需要對(duì)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(duì)施工時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，以此來及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并對(duì)研究的方向進(jìn)行有效調(diào)整，在這個(gè)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(jì)的時(shí)候，通過建筑模型的方式可以對(duì)混凝土建筑在地震發(fā)生時(shí)各處的受力情況進(jìn)行分析，并以此作為依據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理設(shè)置，并對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部分的受力情況進(jìn)行計(jì)算和分析，比如對(duì)建筑柱梁變形情況、墻體承載能力等進(jìn)行計(jì)算。與此同時(shí)，在對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃的時(shí)候，還需要做好對(duì)建筑的質(zhì)量檢測(cè)，了解建筑的施工工藝、施工材料，同時(shí)對(duì)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(jì)的要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗震設(shè)計(jì)框架的優(yōu)化和改進(jìn)。同時(shí)，還要在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵位置對(duì)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(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完善，這樣可以為設(shè)計(jì)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(duì)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(gè)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(duì)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(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)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(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)抗震的熱點(diǎn)進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)其中常見的問題進(jìn)行了分析，最終得出了以下三個(gè)結(jié)論。第一是在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要堅(jiān)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(gè)原則。第二是在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)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(jì)的方式來增強(qiáng)高層建筑的抗震性能，還可以借助于計(jì)算機(jī)來對(duì)建筑力學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三是在結(jié)構(gòu)抗震理論實(shí)際應(yīng)用的時(shí)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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