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

        2021-11-23 11:41:28程麗紅趙建武
        商品與質(zhì)量 2021年41期
        關(guān)鍵詞:抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體

        程麗紅 趙建武

        山東省魯商冰輪建筑設(shè)計(jì)有限公司 山東濟(jì)南 250101

        在建筑工程中,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)尤為重要,需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合工程具體建設(shè)要求,進(jìn)一步優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。積極借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的建筑工程抗震設(shè)計(jì)案例,選擇適宜的抗震結(jié)構(gòu)形式,從根本上提高抗震等級(jí),確保建筑工程能夠在保障建筑用戶人身及財(cái)產(chǎn)安全中發(fā)揮出重要作用。

        1 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作重要意義

        相較于其他自然災(zāi)害而言,地震給社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的沖擊作用極大,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)會(huì)造成直接破壞。因此為最大限度預(yù)防及減輕地震災(zāi)害帶來(lái)的毀滅性,還需要做好建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝工作。

        合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案能夠從根本上保障建筑工程的完整性,確保建筑工程能夠充分發(fā)揮出應(yīng)有使用功能[1]。在地震災(zāi)害發(fā)生的情況下,高抗震等級(jí)建筑物結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生整體倒塌或嚴(yán)重?fù)p害,可切實(shí)保障人民人身安全。

        在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作開展期間,應(yīng)當(dāng)充分了解工程所在地區(qū)的地震烈度等級(jí),選擇適宜的抗震結(jié)構(gòu)體系。現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)完成任務(wù)主要分為以下三種:

        (1)在發(fā)生小強(qiáng)度地震災(zāi)害的情況下,建筑物不會(huì)受到破壞,其正常使用功能不會(huì)受到影響。

        (2)在發(fā)生中度地震災(zāi)害的情況下,建筑物會(huì)遭受不同程度的損傷,但在基本修復(fù)后仍可以繼續(xù)使用。

        (3)在發(fā)生較大強(qiáng)度地震災(zāi)害的情況下,應(yīng)當(dāng)最大限度保障建筑物的整體性,避免建筑物出現(xiàn)倒塌情況。

        2 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

        現(xiàn)階段建筑工程抗震設(shè)計(jì)工作需滿足小震不壞、大震不倒的要求。在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)結(jié)合地區(qū)地震發(fā)生烈度,選擇適宜的抗震設(shè)計(jì)方案。建筑抗震結(jié)構(gòu)需要保持較大的彈性范圍,使結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度較小地震的情況下不會(huì)發(fā)生損害問(wèn)題,也不必進(jìn)行修補(bǔ)[2]。著重關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)受地震荷載率影響的結(jié)構(gòu)破壞模擬分析工作,制定出易破壞構(gòu)件的修補(bǔ)方案,從根本上提升結(jié)構(gòu)整體的承載力、延展性。

        在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),也需要注重考察建筑工程整體使用年限及建筑工程使用功能,最容易發(fā)生倒塌事故的建筑物,進(jìn)行重點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)。要求在地震頻發(fā)區(qū)域有抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間配合使用彈性發(fā)應(yīng)方式,做好中度及重度地震發(fā)生后的設(shè)計(jì)預(yù)防演算工作,切實(shí)保障建筑物抗震性能。

        3 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

        現(xiàn)階段國(guó)家及有關(guān)部門對(duì)建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的關(guān)注度日漸提升,針對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作頒布了細(xì)致的明文規(guī)定。為從根本上保障建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果,應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)工作開展時(shí)嚴(yán)格遵守以下原則:

        (1)整體性原則。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展期間,需要著重關(guān)注抗震結(jié)構(gòu)整體性的維護(hù)工作。從工程整體角度出發(fā),分析各類因素對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能造成的不利影響,切實(shí)提升建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件協(xié)調(diào)性,使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能得到根本上保障。要求設(shè)計(jì)工作開展時(shí),還需要注重分析建筑工程不同部件的力學(xué)特征,結(jié)合工程施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件以及周邊建筑物分布情況,選擇適宜的建筑工程抗震結(jié)構(gòu)形式,切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

        (2)簡(jiǎn)化性原則。為使建筑工程設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效益能夠得到根本上保障,抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展期間還需要遵循簡(jiǎn)化性原則。在豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累下,設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到建筑結(jié)構(gòu)形式越簡(jiǎn)單、其自身抗震性能就越強(qiáng)的特征。因此對(duì)于復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)而言,需通過(guò)簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)形式,切實(shí)提升結(jié)構(gòu)力學(xué)性能計(jì)算精準(zhǔn)度,從根本上保障結(jié)構(gòu)整體的平衡性。利用簡(jiǎn)單的建筑結(jié)構(gòu)還可以有效控制地震災(zāi)害對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞力,確保建筑工程能夠抵御較大等級(jí)地震災(zāi)害,增強(qiáng)自身抗震設(shè)計(jì)水平。

        (3)抵抗性原則。為使建筑結(jié)構(gòu)在受地震作用力的影響下依然能夠保持完整度,還需要進(jìn)一步增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抵抗性設(shè)計(jì)質(zhì)量。要求在設(shè)計(jì)時(shí)配合使用先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件模擬出理想結(jié)構(gòu)抗震效果,分析建筑工程不同結(jié)構(gòu)抗震性的要求,確保建筑工程在遭受地震災(zāi)害的影響下依然結(jié)構(gòu)完整。通過(guò)選擇適宜的結(jié)構(gòu),提升建筑工程整體地震抵抗力,保障建筑結(jié)構(gòu)受力平衡[3]。

        4 建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念主要內(nèi)容

        建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作對(duì)切實(shí)保障結(jié)構(gòu)延性、承載力、穩(wěn)定性意義重大。為從根本上提升抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平,需要樹立起合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念,明確建筑工程抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)及任務(wù),確??拐鹪O(shè)計(jì)方案中的結(jié)構(gòu)受力傳輸路徑清晰合理,使建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)剛度相協(xié)調(diào)。

        4.1 整體設(shè)計(jì)理念

        建筑工程結(jié)構(gòu)的整體性可直接影響到其實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間的抗震性能,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要選擇整體性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,確保此鞋結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮出收集力、傳遞力的積極作用,使建筑工程垂直結(jié)構(gòu)可在不同等級(jí)地震的作用下依然能夠保持完整。在整體性抗震設(shè)計(jì)工作開展時(shí),需要通過(guò)選擇適宜的材料與結(jié)構(gòu)構(gòu)件,保障結(jié)構(gòu)整體抗震性能。

        4.2 結(jié)構(gòu)清晰理念

        在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間,應(yīng)當(dāng)確保建筑結(jié)構(gòu)受力傳力路徑的清晰性,地震發(fā)生后建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移情況的建模分析工作,精準(zhǔn)計(jì)算出建筑物結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié),并以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行切實(shí)優(yōu)化,從根本上提高建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

        4.3 協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)理念

        要求在建筑結(jié)構(gòu)中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展過(guò)程中,還應(yīng)當(dāng)樹立起結(jié)構(gòu)抗震性能與設(shè)計(jì)剛度相互協(xié)調(diào)的理念[4]。要求在抗震設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮地震作用下結(jié)構(gòu)剛度及變形力,計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)的平衡度與變形量,最大限度減少建筑結(jié)構(gòu)地震作用影響,增強(qiáng)建筑工程結(jié)構(gòu)整體抗震水平。

        4.4 均勻規(guī)則結(jié)構(gòu)理念

        均勻規(guī)則結(jié)構(gòu)理念也是建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要理念之一,對(duì)從根本上保障工程整體控制水平具有積極作用。設(shè)計(jì)人員在使用均勻規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式時(shí),需著重關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)布局的合理性,確保建筑工程結(jié)構(gòu)抗側(cè)高度基本相同,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性與抗震性能。

        5 建筑結(jié)構(gòu)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        5.1 建筑結(jié)構(gòu)體系選擇

        如建筑工程以混凝土材質(zhì)為主,工程結(jié)構(gòu)不僅為受力體系,也為荷載傳遞體系,與建筑工程實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間的安全性及可靠性關(guān)聯(lián)密切。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展時(shí),還需要著重分析建筑物施工材料性能、建筑整體功能、建筑施工場(chǎng)地及環(huán)境要素。由于建筑工程抗震性能會(huì)受各類因素影響,因此需要在設(shè)計(jì)工作開展期間選擇適宜的建筑結(jié)構(gòu)體系。

        就目前來(lái)看,建筑工程結(jié)構(gòu)體系種類較多,不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)顯著。如在建筑工程中使用剪力墻結(jié)構(gòu),能夠從根本上提升工程整體承載力及側(cè)向剛度,但由于其體積較大,無(wú)法適應(yīng)大空間布置要求[5]??蚣芙Y(jié)構(gòu)布置靈活性較強(qiáng),但在應(yīng)用在剪切變形的柔性建筑結(jié)構(gòu)中,抗震效果無(wú)法達(dá)到理想目標(biāo)。因此現(xiàn)階段建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作多采用剪力墻與框架相結(jié)合的方式,通過(guò)充分發(fā)揮出此兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),穩(wěn)定提升工程整體抗震水平。

        框架-剪力墻建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用時(shí),由于框架及剪力墻結(jié)構(gòu)自身的高度差異性較大,導(dǎo)致建筑工程在地震作用影響下的結(jié)構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)出不同大小的位移,因此需要在設(shè)計(jì)期間著重關(guān)注兩結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)性。

        在建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選擇期間,需要保障結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)單、實(shí)用,能夠充分承受來(lái)自地震荷載的變形力與沖擊度,使各構(gòu)件相互協(xié)調(diào)配合,保障整體結(jié)構(gòu)共同支撐水平。

        著重加固處理建筑工程薄弱之處,提升建筑工程布局合理性。舉例而言,在建筑工程為高層的情況下,可使用純剪力墻結(jié)構(gòu),最大限度增強(qiáng)建筑工程抗震水平。在建筑工程為綜合體的情況下,可使用簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu),滿足工程整體使用性能。

        5.2 建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)

        在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間,結(jié)構(gòu)布局的科學(xué)性與合理性也可直接影響到建筑整體抗震性能,如建筑結(jié)構(gòu)布局平面,豎直面規(guī)則度、剛性等設(shè)置水平會(huì)使建筑工程整體抗震性發(fā)生變化。為從根本上保障建筑工程抗震結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)效果,需要著重關(guān)注以下要點(diǎn):

        (1)建筑結(jié)構(gòu)布局中的各構(gòu)件分布應(yīng)當(dāng)保障規(guī)則且對(duì)稱,要求建筑中心及剛度中心始終處于重合狀態(tài)。

        (2)豎直建筑結(jié)構(gòu)布局需采用合理方式降低建筑重點(diǎn),避免建筑工程出現(xiàn)錯(cuò)落問(wèn)題,對(duì)工程后續(xù)抗震性能造成嚴(yán)重不利影響。

        (3)建筑結(jié)構(gòu)墻體、支撐柱等強(qiáng)度及剛度需要滿足實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),確保此些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)符合現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范。

        (4)做好抗震等級(jí)設(shè)定工作,確保建筑工程能夠在不同地震情況下就能夠保障完整安全。與地質(zhì)勘查部門進(jìn)行密切溝通,結(jié)合地區(qū)歷史地震發(fā)生資料,確定建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)。

        5.3 設(shè)置多道抗震防線

        建筑工程體系為多種延性分體系,不同分體系需要使用有效的延性連接方式,以從根本上保障結(jié)構(gòu)整體抗震效果。以建筑工程中的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)為例,該結(jié)構(gòu)主要就是將框架與剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。在地震等級(jí)較大的情況下,如單一分體系受到破壞,其他分體系依然可以保障建筑結(jié)構(gòu)整體完整性,形成多道抗震防線。

        建筑結(jié)構(gòu)可借助設(shè)置多道抗震防線來(lái)抵御地震破壞力,避免建筑在較強(qiáng)地震作用下出現(xiàn)倒塌問(wèn)題。通過(guò)將多個(gè)分體系連接在一起,如使用剪力墻連梁結(jié)構(gòu),降低地震破壞作用下的建筑物整體塑性變形度,從根本上保障建筑主體結(jié)構(gòu)的完整性。

        5.4 結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計(jì)算

        在建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作實(shí)施過(guò)程中,還需要做好結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計(jì)算工作。具體而言,建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)與建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性密切相關(guān),并可直接影響到建筑工程整體抗震性能。因此在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要配合使用先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件,精準(zhǔn)計(jì)算出建筑體所需承受的地震作用力、在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)建筑物應(yīng)當(dāng)具備的荷載作用力。構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)三維模型,模擬不同地震等級(jí)下建筑結(jié)構(gòu)反應(yīng),使設(shè)計(jì)出的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)可行,能夠在保障建筑工程運(yùn)營(yíng)全壽命周期中發(fā)揮出重要作用。

        在建筑結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計(jì)算過(guò)程中,還需要計(jì)算出結(jié)構(gòu)變形率以及低循環(huán)疲勞效應(yīng),明確建筑工程損傷性能參數(shù)以及受力彈性范圍。依據(jù)建筑工程允許最大損傷值,對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,增強(qiáng)建筑工程整體抗震等級(jí)。

        5.5 加固抗震構(gòu)件

        在建筑結(jié)構(gòu)中,部分構(gòu)件極易受到地震作用破壞,需要設(shè)計(jì)師重點(diǎn)關(guān)注此類構(gòu)件的加固工作,從根本上提高構(gòu)件抗震等級(jí)。具體而言,建筑工程中的突出屋面縱向天窗架、具有支撐主體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的支撐壓屈、互撞墻,硬山墻與窗間墻等均容易受到地震作用影響,需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用粘貼鋼板、纖維等技術(shù)方式,保障工程整體建設(shè)水平。

        要求使用延性較強(qiáng)的建筑材料,確保建筑構(gòu)件具備良好的抗震效果??拐饦?gòu)件材料的選擇工作還需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)高度、地基情況等要素,根據(jù)材料質(zhì)量情況檢驗(yàn)建筑工程結(jié)構(gòu)整體抗震性能,使建筑工程抗震效果與設(shè)計(jì)要求相符。

        6 結(jié)語(yǔ)

        總而言之,為從根本上保障建筑工程設(shè)計(jì)水平,需要著重關(guān)注結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。要求設(shè)計(jì)人員認(rèn)識(shí)到抗震設(shè)計(jì)的重要意義,選擇適宜的抗震結(jié)構(gòu)形式。結(jié)合建筑工程具體建設(shè)要求,不斷完善建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,確保建筑工程抗震等級(jí)能夠滿足現(xiàn)行國(guó)家規(guī)定,為保障建筑工程高質(zhì)高效建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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