張躍躍

（晉城合為規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

地震屬于自然災(zāi)害中的一種，事故的出現(xiàn)具有較大的不確定性，一旦突然爆發(fā)地震災(zāi)害，建筑使用功能也會(huì)隨之受到極大的影響，嚴(yán)重者甚至還會(huì)導(dǎo)致建筑物倒塌，構(gòu)成嚴(yán)重的社會(huì)安全事件，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了避免此類現(xiàn)象發(fā)生，全面做好建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的工作十分有必要。但結(jié)合當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)況來(lái)看，其抗震設(shè)計(jì)成效并不理想，導(dǎo)致建筑的抗震效果不足，一旦面對(duì)突發(fā)性地震災(zāi)害，增加建筑損失的同時(shí)，還會(huì)對(duì)國(guó)民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成影響。鑒于此，本次研究工作的意義重大。

1 抗震概念設(shè)計(jì)分析

建筑工程設(shè)計(jì)實(shí)踐期間，作為設(shè)計(jì)工程師，想要提升建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，就必須親自結(jié)合工程的實(shí)際需求去了解并掌握項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方向和設(shè)計(jì)需求[1]。此過(guò)程中，需要開(kāi)辟不同渠道，去搜集和整理建筑相關(guān)材料，并結(jié)合整理結(jié)果進(jìn)行客觀分析，才能從中摘錄出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并就設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分解處理，確保每一施工環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案更具細(xì)節(jié)化，以此確保設(shè)計(jì)方案與施工方案之間的匹配度。應(yīng)用概念設(shè)計(jì)方式進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要求設(shè)計(jì)師綜合考量地震來(lái)臨時(shí)的各種狀況，隨后開(kāi)展相應(yīng)的地震模擬試驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)M的結(jié)果，去搜索更具參考性和實(shí)用性的建筑設(shè)計(jì)可用數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)對(duì)各類數(shù)據(jù)信息做嚴(yán)格計(jì)算和處理后，就可得出建筑設(shè)計(jì)中抗震性能更強(qiáng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2 建筑抗震概念設(shè)計(jì)的原則探討

2.1 整體性原則

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵守建筑的整體性設(shè)計(jì)原則，以此提升建筑結(jié)構(gòu)的冗余度[2]。此外，在設(shè)計(jì)工作中，絕不可僅是將目光集中在眼前，而是應(yīng)該在建筑中設(shè)計(jì)多道抗震防線，避免出現(xiàn)“過(guò)分關(guān)注抗震設(shè)計(jì)而忽視其他施工設(shè)計(jì)原則”的情況，最終為建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)化提供設(shè)計(jì)支持。

2.2 合理性原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性能提升，應(yīng)該嚴(yán)格遵守“合理性”設(shè)計(jì)原則，并圍繞此站在建筑物的整體布局層面做好設(shè)計(jì)考量，實(shí)現(xiàn)建筑布局與建筑結(jié)構(gòu)雙向設(shè)計(jì)重點(diǎn)的合理性，最終為建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)拉力以及穩(wěn)定性提升起到促進(jìn)作用。

2.3 豎向規(guī)則性

經(jīng)過(guò)相關(guān)調(diào)查研究顯示，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)所需要承受的外力相對(duì)更大，一旦超出建筑物承受極限，建筑物就會(huì)出現(xiàn)不同程度地變形問(wèn)題。此類問(wèn)題的形成，很大程度上源自于建筑當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)并未遵守豎向規(guī)則的原則，致使建筑出現(xiàn)應(yīng)力變化不規(guī)律的情況[3]。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏豎向規(guī)則性的支持，建筑強(qiáng)度也會(huì)因此降低，且剛性標(biāo)準(zhǔn)會(huì)低于建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)，輕則建筑出現(xiàn)輕度扭曲變形情況，重則直接造成建筑物危險(xiǎn)系數(shù)升高。由此可見(jiàn)，抗震概念設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須遵守豎向規(guī)則性原則完成設(shè)計(jì)工作。

3 建筑抗震概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)方案選擇

建筑抗震設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑活動(dòng)中的重要構(gòu)成環(huán)節(jié)，同時(shí)結(jié)構(gòu)方案的合理性也是直接影響建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量及合理性的重要因素[4]。為此，工程設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)做好如下工作內(nèi)容。

（1）做好設(shè)計(jì)前期的準(zhǔn)備工作，并調(diào)派相關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)、地形以及氣候等條件的勘察工作，以此為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供支持，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。

（2）由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑綜合質(zhì)量具有重要影響，因此在進(jìn)行外部施工因素的把控時(shí)，必須投入必要的管理精力，并就各項(xiàng)因素做好精準(zhǔn)性辨別工作，促使其為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性提升起到一定的助推效用[5]。

（3）地震區(qū)的建筑平面應(yīng)該優(yōu)先選擇方形、圓形或是矩形，次一級(jí)可以選擇正六邊或正八邊、扇形等[6]。與上述建筑結(jié)構(gòu)形狀相比，U 形、十字形或是三角形等結(jié)構(gòu)，對(duì)于建筑的抗震結(jié)構(gòu)性能提升價(jià)值有限，因此，在進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該盡量規(guī)避。

（4）抗震概念設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)結(jié)合建筑設(shè)計(jì)需求，去選擇配套的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，才能以此確保建筑設(shè)計(jì)成果滿足建筑抗震需求。整體來(lái)講，進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)方案的選擇時(shí)，一定要綜合多方面因素進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)分析，并為后續(xù)的建筑使用安全提供支持。

3.2 隔振設(shè)計(jì)

隔振設(shè)計(jì)時(shí)需要在建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)兩個(gè)部位中間設(shè)計(jì)隔振層，促使兩者在建筑整體結(jié)構(gòu)上呈隔離狀態(tài)，一旦發(fā)生地震，可以有效阻隔地震能量的傳播，以此促進(jìn)建筑的抗震能力提升，并將地震能量對(duì)于建筑主體結(jié)構(gòu)的傷害能量降至最低[7]。另外，在建筑隔振設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)做好隔振裝置的設(shè)計(jì)，要求其必須具備較強(qiáng)的豎向承載能力以及強(qiáng)度性能，提升其初始剛度，并以此控制地震作用力對(duì)于建筑水平位移的不良影響。地震發(fā)生時(shí)，隔振裝置應(yīng)用后，可以通過(guò)自行調(diào)節(jié)的方式，逐步與場(chǎng)地震動(dòng)周期特征趨于一致，以此將地震能量消耗或吸收，最終降低地震帶來(lái)的損害。

3.3 平面設(shè)計(jì)

應(yīng)該注重參考建筑結(jié)構(gòu)的整體部署現(xiàn)狀，以此強(qiáng)化對(duì)于結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)度的把控工作，并預(yù)防其出現(xiàn)薄弱連接類問(wèn)題，借以提升建筑抗震平面設(shè)計(jì)效果。因此設(shè)計(jì)之時(shí)，可以將結(jié)構(gòu)抗震縫布設(shè)在建筑的局部位置，促使建筑的結(jié)構(gòu)能夠隨之得到細(xì)化，由原本一整個(gè)抗震主體轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)抗震單元[8]。與此同時(shí)，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的具體平面結(jié)構(gòu)調(diào)查數(shù)據(jù)可了解到，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的施工層數(shù)越高，其所需要承擔(dān)的風(fēng)壓也會(huì)隨之加大，因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的外形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量選擇“流線型”，且對(duì)“流線型”檢測(cè)和計(jì)算之后能夠發(fā)現(xiàn)，流線中的圓面建筑，其所需要承受的風(fēng)載荷相對(duì)于方形或是三角形而言更低，且流線中的各個(gè)平面剛度參數(shù)也比較接近。同時(shí)，在進(jìn)行抗震概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該做好抗側(cè)力構(gòu)件的設(shè)計(jì)，分別布設(shè)在建筑體周邊，目的在于以此促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度增長(zhǎng)。

3.4 豎向設(shè)計(jì)

推進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要嚴(yán)格遵守建筑結(jié)構(gòu)豎向剛度均勻分布的規(guī)律。

建筑抗側(cè)力設(shè)計(jì)時(shí)，為了提升建筑結(jié)構(gòu)抗震穩(wěn)定性，應(yīng)該先行分析建筑結(jié)構(gòu)的豎向剛度分布特點(diǎn)，隨后結(jié)合節(jié)點(diǎn)需求進(jìn)行建筑豎向設(shè)計(jì)，其間需按照從上至下的原則完成建筑抗震的豎向設(shè)計(jì)。為了能夠更好地預(yù)防建筑結(jié)構(gòu)方案出現(xiàn)水平承載力突然降低的情況，設(shè)計(jì)師應(yīng)該將精力投放在建筑結(jié)構(gòu)的豎向設(shè)計(jì)方向上，以此提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震抵抗力。此過(guò)程中，可以在抗震概念設(shè)計(jì)流程中融合“剛?cè)岵?jì)”原則，目的主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是為了滿足部分建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件提升強(qiáng)度的需求，另一方面則是為了滿足建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要削弱硬度的設(shè)計(jì)需求。為提升建筑結(jié)構(gòu)豎向的抗震概念設(shè)計(jì)質(zhì)量，可以可直接利用束筒設(shè)計(jì)方案去提升建筑結(jié)構(gòu)的剛度，并以此將建筑的消能減震效果提升，參考現(xiàn)階段大部分的建筑，尤其是高層建筑，其在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)處理時(shí)，應(yīng)該積極針對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念做好創(chuàng)新，例如可借助新式斜拉索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)出穩(wěn)定且安全的空間環(huán)境[9]。由此可見(jiàn)，充分在建筑結(jié)構(gòu)豎向設(shè)計(jì)中融入概念設(shè)計(jì)理念，對(duì)于建筑的設(shè)計(jì)方案完善具有十分顯著的促進(jìn)作用，還可進(jìn)一步提高建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性。

3.5 設(shè)置多道抗震防線

對(duì)于建筑物來(lái)講，如果其單一結(jié)構(gòu)體系僅設(shè)計(jì)一道防線，一旦遭遇地震災(zāi)害，很容易導(dǎo)致建筑物形成倒塌類破壞，如果地震期間建筑的自身周期與地震卓越周期不斷接近，將會(huì)在一定程度上加快建筑的倒塌速度，加大地震對(duì)于建筑的危害。為了避免此類問(wèn)題出現(xiàn)，建筑概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師可以為建筑設(shè)計(jì)多道抗震防線，將多道防線作為建筑抗側(cè)力提升的物理支持。其中，首道防線受地震影響損壞后，后續(xù)的二、三道防線抗側(cè)力構(gòu)件會(huì)按次序生效，用以抵抗由地震災(zāi)害所帶來(lái)的地震動(dòng)沖擊，以此確保建筑物在最低限度內(nèi)的抗震能力，提升建筑地震階段的安全性能，避免出現(xiàn)倒塌類問(wèn)題。一般而言，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的基本周期與地震卓越周期越趨于一致時(shí)，那么抗震設(shè)計(jì)時(shí)所配置的多道防線有效性則越突出，原理是當(dāng)建筑的自身周期與地震卓越周期接近時(shí)，多道抗震防線的設(shè)計(jì)可以短時(shí)間內(nèi)調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期出現(xiàn)大幅度變化，從而將建筑與地震的卓越周期錯(cuò)位安排開(kāi)，避免出現(xiàn)建筑共振情況，最終降低建筑的破壞。

例如，某建筑的地理位置處于地震區(qū)，該建筑的地面樓層共計(jì)24 層，建筑高為89m，設(shè)計(jì)方案中顯示，建筑選用了鋼筋混凝土芯筒作為主要材料，以此提升建筑的抗風(fēng)性能和抗震性能。在芯筒之中，分別設(shè)置了4 個(gè)小芯筒，24 層樓的每一層樓板位置，主要以鋼筋混凝土作為4 個(gè)小芯筒的連系梁，借助超出常規(guī)截面的設(shè)計(jì)方案，確保4 個(gè)小芯筒為一個(gè)完成的建筑大筒，提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，具體如圖1 所示。

3.6 建筑點(diǎn)選擇

進(jìn)行建筑場(chǎng)地的確認(rèn)時(shí)，想要提升抗震性能，首先需要做好的工作，就是勘察建筑場(chǎng)地條件，選擇最有利于結(jié)構(gòu)抗震的地理施工點(diǎn)，并在設(shè)計(jì)中主動(dòng)遠(yuǎn)離不利于建筑抗震設(shè)計(jì)的地段。一般而言，不利于抗震性能提升的地段，主要集中在易發(fā)生崩塌、地裂、泥石流等地段，包括場(chǎng)地內(nèi)存在溶洞、地下煤礦采空區(qū)等，對(duì)于部分已經(jīng)測(cè)出Ⅷ級(jí)烈度的震中烈度數(shù)據(jù)的位置，其也不利于建筑結(jié)構(gòu)抗震，因此也不宜選擇此地段建造建筑。

應(yīng)用抗震概念設(shè)計(jì)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該做好建筑場(chǎng)地的調(diào)查工作，盡量選擇具備高密實(shí)度、高硬度特征的場(chǎng)地條件開(kāi)展相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)是存在軟弱土或是斷層破碎帶明顯的土地場(chǎng)所，則應(yīng)該盡量避免作為建筑主體結(jié)構(gòu)施工點(diǎn)，以此預(yù)防建筑結(jié)構(gòu)因地震出現(xiàn)坍塌等危險(xiǎn)。

例如，某地現(xiàn)場(chǎng)的地表土為沖填土，且經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地表下存在較多的淤泥或淤泥質(zhì)土，地下水的水位相對(duì)較高。建設(shè)于此地的住宅樓，在地震來(lái)臨前已經(jīng)出現(xiàn)了沉降問(wèn)題，沉降數(shù)據(jù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)已達(dá)到200mm，地震發(fā)生后沉降量突然加大至350mm。雖然該住宅樓的建筑點(diǎn)距離地震災(zāi)害區(qū)域較遠(yuǎn)，但受地震影響也出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的房屋傾斜問(wèn)題，且伴隨著房屋四周地面隆起的建筑使用安全問(wèn)題，具體如圖2 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開(kāi)展中，抗震概念設(shè)計(jì)工作的展開(kāi)，能夠在極大程度上為建筑使用安全性能提升起到促進(jìn)作用。一方面，抗震概念設(shè)計(jì)中需要做好結(jié)構(gòu)方案的選擇工作，隨后就建筑平面以及豎向做好相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，且有時(shí)在隔振設(shè)計(jì)方面也需要投放一定的抗震概念設(shè)計(jì)精力，如此才能真正為建筑抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量?jī)?yōu)化提供支持，為建筑使用安全提升奠定基礎(chǔ)。