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        建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震問題分析

        2021-11-24 06:35:23鄭林朋
        商品與質(zhì)量 2021年36期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計

        鄭林朋

        河南省誠建檢驗檢測技術(shù)股份有限公司 河南鄭州 450000

        工程建設(shè)的過程中,不僅僅需要注意抗震理念的運用,同時也需要注意抗震設(shè)計與房屋建筑自身設(shè)計之間的關(guān)系,從而提升整體效果。合理且科學(xué)地運用不僅僅能夠提升工程質(zhì)量,同時也能夠保證人身安全,運用的過程中主要包括高度、承重量、整體布局、功能設(shè)計等等。想要強化抗震性能,就需要在諸多施工變量當(dāng)中進行分析與計算,一方面優(yōu)化居住環(huán)境,一方面提升抗震性能。

        1 建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的作用

        1.1 提升建筑物的抗震能力

        為了確保建筑結(jié)構(gòu)工程的抗震能力,應(yīng)做好以下幾點:①在建筑結(jié)構(gòu)工程中,必須考慮到地基穩(wěn)定性因素,選擇適合于抗震性的地基,避免地基變形影響建筑物抗震功能;②同一個建筑結(jié)構(gòu)工程單元要選擇性質(zhì)一樣的地基,必須將地基的最大潛力包括在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,發(fā)揮地基的抗震能力;③建筑結(jié)構(gòu)工程需要規(guī)則且對稱,目的是減少由于地震活動引起的建筑物變形,并防止由于地震作用力集中而導(dǎo)致的建筑扭曲;④為了提高建筑結(jié)構(gòu)工程抗震性能,我們需要增加幾道抗震防線。同時,有必要明確建筑結(jié)構(gòu)工程的受力設(shè)計,防止建筑結(jié)構(gòu)工程的局部薄弱。

        1.2 降低地震對建筑的影響

        降低地震對建筑的影響中,一種常見的方法是在建筑基礎(chǔ)和建筑主體之間添加隔震層,這樣可以有效減少對建筑物的潛在破壞。例如,在建筑物頂部添加一個“反擺”,“反擺”使建筑物和擺在地震中產(chǎn)生方向相反的位移,從而減小加速度,減小地震對建筑的作用。相關(guān)研究分析認(rèn)為,如果合理設(shè)置“反擺”,減少地震影響的概率可以達(dá)到65%,可以最大限度減少建筑物的受損程度。該方法已在國內(nèi)外得到廣泛研究,在實際施工中也得到了應(yīng)用,并取得了優(yōu)異的效果。

        1.3 保證建筑剛度

        增強結(jié)構(gòu)整體剛度措施:合理的建筑結(jié)構(gòu)方案選型,避免采用細(xì)長的建筑物的形狀,控制結(jié)構(gòu)高寬比,加大柱、梁、剪力墻截面尺寸,提高混凝土強度,設(shè)置加強層。

        2 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震問題分析

        2.1 建筑物的結(jié)構(gòu)選擇不正確

        高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)選擇需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度決定,不能一味參照國家的抗震設(shè)計規(guī)范,要因地制宜??拐鸾Y(jié)構(gòu)類型的選擇不僅僅是根據(jù)混凝土建筑的最大高度值決定的。例如,規(guī)范規(guī)定框架結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)防烈度7度時的最大高度不可以大于50m,但是在真正的高層混凝土建筑設(shè)計中,當(dāng)框架結(jié)構(gòu)大于18m時,樓層間的最大彈性層間位移角已經(jīng)不容易滿足規(guī)范中規(guī)定的限值,并且此時梁柱的尺寸以及配筋也過大,建筑布局受限且經(jīng)濟上造價也過大。因此,高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)選擇上需要結(jié)合多個方面因素考慮[1]。

        2.2 結(jié)構(gòu)規(guī)則性

        大量的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象表明,平立面結(jié)構(gòu)比較簡單且有著一定對稱結(jié)構(gòu)的建筑在地震來臨的時候是有著非常好的抗震性能的,其根本原因就在于采用此種結(jié)構(gòu)的建筑在實際地震中比較容易估計出地震的反應(yīng),也比較容易采取相應(yīng)的抗震結(jié)構(gòu)措施并及時處理。而建筑在結(jié)構(gòu)上的規(guī)則性主要是指建筑物在平面和立面上的外形尺寸在抗側(cè)力方面的構(gòu)件布置、承載力的實際分布情況等多個要素的實際需求。這種結(jié)構(gòu)上的規(guī)則性要求建筑在平面上對稱且體型比較均勻和簡單,在結(jié)構(gòu)剛度上要沿著建筑物的豎向變化且均勻,與此同時要保證建筑物有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度,并最大程度上減小建筑物在豎向上的扭轉(zhuǎn)影響,且要盡量滿足建筑物在豎向上的受力程度和實際承載均勻,以最大程度地減少結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力及豎向構(gòu)件之間的變化對建筑物在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的負(fù)面影響。

        3 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震措施

        3.1 科學(xué)設(shè)置建筑平立面

        建筑抗震性能在很大程度上受到建筑結(jié)構(gòu)的平立面布置情況的影響,因此設(shè)計人員要想確保建筑具有良好的穩(wěn)定性,提高其抗震性能,則應(yīng)當(dāng)要科學(xué)設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)的布局。在實際設(shè)計過程中,設(shè)計人員通過科學(xué)設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)平立面,同時采取與標(biāo)準(zhǔn)相符的建筑抗震設(shè)計規(guī)范,則必定會有效提高建筑的抗震能力??茖W(xué)設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)的平立面主要指的是在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)過程中,在確保建筑使用功能的基礎(chǔ)上,應(yīng)當(dāng)要盡可能選用對稱與平面規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu),如此一來方可確保建筑物相同樓層的剛度相同。除此之外,還應(yīng)當(dāng)要盡可能避免出現(xiàn)建筑物豎向凹凸的情況,這樣才可有效確保建筑豎向剛度基本相同,且維持穩(wěn)定。通過該種方式來設(shè)置建筑平立面能夠在很大程度上提升建筑的抗震性能。不僅如此,在開展建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計過程中要求設(shè)計人員能夠?qū)?fù)雜性較強的建筑實施抗震縫的設(shè)計,不可讓抗震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)相連,留出中間位置的目的在于防止發(fā)生地震的時候,兩側(cè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碰撞。通常都是設(shè)置抗震縫在結(jié)構(gòu)變形較為敏感的部位,如若沒能科學(xué)設(shè)置抗震縫,那么就會成為地震時最為薄弱之處,大大削弱了整體建筑的抗震能力[2]。

        3.2 科學(xué)選擇建筑結(jié)構(gòu)體系

        進行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一個重要目的在于將整體建筑抗震能力提高,在具體設(shè)計環(huán)節(jié)能否正確選擇建筑結(jié)構(gòu)體系將會對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計有著較大影響。所以在選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時需要對如下幾點內(nèi)容予以注意:第一,在具體設(shè)計環(huán)節(jié),設(shè)計人員需要一直維持一種建筑物整體思考的方法,也就是某些結(jié)構(gòu)體系不影響整體建筑的抗震性能。即便發(fā)生地震建筑物部分受損,但也不會過多地影響到整體建筑的穩(wěn)定性。第二,在開展抗震設(shè)計過程中,需要正確掌握地震荷作用的傳遞路徑。通常都屬于水平荷載作用,所以在實際設(shè)計過程中需要確保建筑水平方向能夠均勻傳力。如若存在轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),那么在設(shè)計時需要確保對應(yīng)的荷載能夠于轉(zhuǎn)換層內(nèi)發(fā)生1至2次轉(zhuǎn)換。第三,在實際設(shè)計時,設(shè)計人員需要確保各個建筑結(jié)構(gòu)部件的剛度和強度均在規(guī)定數(shù)值之內(nèi)。并且一個關(guān)鍵內(nèi)容就是建筑構(gòu)件能夠均勻受力,盡量防止有應(yīng)力分布不均或是過于集中的情況。

        3.3 強化建筑底層的抗震能力

        根據(jù)與地震有關(guān)的數(shù)據(jù),不難驗證大部分建筑物倒塌是由于抗震性差所致。通過對底層建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計中存在問題分析和討論,可以集中在兩個方面:第一,底層框架可能無法滿足國家的抗震設(shè)計要求,而是擴充空間以滿足投資者的利益,通過中空設(shè)計增加銷售空間和收益,減少了底層設(shè)計中柱的應(yīng)用數(shù)量,降低了整個建筑物的抗震等級。第二,建筑物臨街問題。一些建筑物經(jīng)常建設(shè)在街道旁邊。臨街部分主要旨在提高商業(yè)街使用的整體效率,大多數(shù)只有承重柱,沒有承重墻,因此建筑物承重能力大大下降。發(fā)生強烈地震,建筑物可能會因為支撐應(yīng)力過大導(dǎo)致斷裂,使建筑物向臨街方向傾斜或倒塌,發(fā)生較大事故。為了解決上述問題,最佳解決方案是加固環(huán)建筑粱圈以及構(gòu)造柱的方式,以提高建筑抗震性能。

        3.4 提升結(jié)構(gòu)的整體性

        ①選用鋼結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)是建筑行業(yè)中的一項新技術(shù),但已在許多項目中使用。如貴州鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中心樓,占地26,000平方米,高24層,建筑樓承板將采用鋼筋桁架工藝,可以改善建筑物的完整性。高層建筑主要采用鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng),對建筑框架結(jié)構(gòu)的側(cè)面剛度產(chǎn)生積極的影響,可以提高整個高層建筑的強度,提高水平荷載。與純框架結(jié)構(gòu)相比,鋼結(jié)構(gòu)支撐體系的穩(wěn)定性極佳,適合結(jié)構(gòu)支撐要求。使用環(huán)向密封同一平面,可以增加側(cè)向剛度,尤其是在地震負(fù)荷較高的地方效果更好。②抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。如果建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)形式,則可以使用鋼結(jié)構(gòu)來支撐建筑物的豎向負(fù)載和部分橫向負(fù)載。如果建筑物的結(jié)構(gòu)是多種框架結(jié)構(gòu)的形式,可以通過交錯桁架結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)上下樓層,從而提供單元設(shè)置靈活性。該結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)的平面中,梁柱的彎矩較小,側(cè)向位移較小[3]。

        3.5 設(shè)置多道抗震防線

        ①科學(xué)選擇抵御地震的第一道防線。嚴(yán)格來說,優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向支撐,或者選用軸壓比值較小的抗震墻、實墻筒體之類構(gòu)件,作為第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件。一般情況下,不宜采用軸壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。但是,根據(jù)施工的約束,只能使用單一的框架系統(tǒng),該框架的支柱是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)抗側(cè)力的主要因素,因此應(yīng)選擇“強柱弱梁”設(shè)計。②通過安裝冗余組件可以形成多條抗震防線。建筑物通常使用雙重抗側(cè)力體系:框架-抗震墻、框架-核心筒、筒中筒、框架-支撐。根據(jù)水平地震側(cè)力,可以依靠支撐或墻體等框架為主要抗震防線。

        4 結(jié)語

        總的來講,建筑類型不同,其所具備的性能也有所不同。國家對于建筑業(yè)的發(fā)展極為重視,確保建筑安全是當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展的重要保障。在開展建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中強化抗震設(shè)計是確保建筑安全的重要基礎(chǔ)。因地震災(zāi)害會嚴(yán)重威脅人們的生命和財產(chǎn)安全,對社會具有極強的破壞性,所以必須強化抗震設(shè)計以確保建筑物能更好地保障人民生命和財產(chǎn)安全。

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