建筑物結構性能一直是建筑物設計的重點,建筑物的結構設計不當,會直接影響建筑物的使用壽命,而且建筑物的抗震效能也無法保證。本文在分析影響建筑物抗震效果的基礎上探討建筑物抗震設計的方法。
一、建筑結構抗震設計遵循的原則。
我國是一個地震多發的國家,而地震對人民以及國家的財產安全都有著極為嚴重的破壞性。在地震中,建筑工程的倒塌是造成災害的最主要原因,建筑結構的抗震倒塌能力決定了地震的嚴重程度。因此,建筑結構的抗震能力是社會抗震救災系統的第一道防線。當前,我國對建筑結構的抗震設計主要依照《高層建筑混凝土結構技術規程》來完成,《規程》中明確規定了我國建筑結構設計中需要嚴格遵循的幾大內容:首先,在設計相對比較復雜的建筑物時,需要對建筑物薄弱層的塑彈性的變形采取合理科學的方法計算,計算方法主要有動力分析法和精力計算方法。其次,在建筑物結構設計中,采用彈性時程分析法計算作為補充計算。再次,建筑結構中還有重要的計算內容就是建筑物的整體內力位移,整體內力位移必須高度準確,在計算內力位移時需要多種計算方法同時進行,確保計算結果的精確性。最后,在連體建筑物設計過程中,應該注意連體建筑物并不是只計算單個建筑物的振型數,而是將多個建筑的振型數一起計算,振型數至少應該是樓梯數量九倍。
隨著經濟社會的不斷發展,高層建筑的數量不斷增加,因此高層建筑在結構設計時,需要確保高層建筑之間的剛度、體型等等參數都保持一致。不同的高層建筑之間一般都建有連體結構,但是不同樓層的高層建筑之間的連體結構的剛度要求不一致,會影響到高層建筑的抗震效果,所以在高層建筑的連體結構設計過程中,需要對其進行動力分析以及精力分析,實現高層建筑統一的抗震效果。
連體結構在建筑設計中雖不居于主要地位,但是連體結構在一定程度上決定了建筑的牢固性。在連體結構的設計中,需要確保連接點之間的安全穩定,一般在設計過程中主要遵循強節點、弱桿件的設計思路。
隨著5.12大地震的發生,建筑物的抗震性能與建筑物結構之間的關系日益被大眾所關注,在震中明顯的現象就是,造成巨大損失的不是地震帶來的危害,而是建筑物倒塌造成的大量生命財產損失。同時這些建筑物在建筑初期,其抗震標準并不低,在深層次分析其原因,不難發現,建筑物在設計初期符合抗震要求,但是隨著時間的推移,建筑物的抗震性能發生了巨大的變化,導致在地震發生之時,沒有實現其應有的抗震效能,因此需要優化建筑物抗震設計的思路模式。目前國內對建筑物的抗震要求主要遵循12字,即小震不壞、中震可修、大震不倒。
二、建筑結構抗震設計的主要內容。
地震的發生具有很大的不確定性,在何時何地發生幾級的地震,這些都是不能夠準確被預測的。而且建筑物的在使用過程中,會因為各種原因導致建筑物的抗震能力發生一定的變化,即使依照目前國內最先進的計算方法計算出的設計結果,在地震發生時,其達到的效果與預期的效果之間還是存在很大的差距。在面對建筑物的抗震設計不能單靠計算的情況下,如何實現建筑物穩固的抗震性能,這就需要結合多方面的實際經驗來完成這項復雜的工作。
1.場地的選擇。
建筑物的施工場地會在很大程度上影響建筑物的抗震效能,在挑選場地時,要提前做好考察工作,對于周邊的地貌環境以及地質狀況都要進行深入研究。例如開闊平坦、均勻密實的硬土層地段的建筑物的穩固性明顯強于液化土、軟土層以及邊坡邊緣的建筑物。因此,如果建筑物的施工場地位于土層狀態、成因等明顯不占優勢的地段,而且在地基性質不同的土層,只能使用天然地基,而非人工地基時,必須對加強地基的整體剛度,確保地基在施工過程中的整體穩定性。所以在設計建筑物結構之前,必須對建筑場地進行考察,分析場地的優劣,整合相關的資料,在總結傳統施工經驗的基礎上,合理設計,確保設計的可行性。
2.平立面的確定。
除了場地的影響,建筑物的結構平面布局也是影響建筑物抗震效能的一大重要因素,在建造建筑物過程中,如果建筑物的結構布局合理而且建筑物的結構布置符合抗震的要求,那么此建筑物勢必會具備優秀的抗震能力。所謂的建筑結構布局合理指的就是在規劃建筑物結構過程中首先需要保持結構對稱,而且建筑物內在結構在剛度變化上保持穩定,避免同一樓層之間剛度不穩的現象。在設計建筑物結構過程中,對于結構復雜的建筑物而言,良好的變形縫的設計事關重要,變形縫在整體建筑結構設計中處于薄弱環節,薄弱環節在地震發生時就會變成致命環節,需要嚴格控制。
3.結構選型的確定。
建筑物結構的選型一般受到經濟因素與技術因素的影響,建筑物的選型一般在結合建筑物場地等基礎條件要素的情況下,再結合經濟與技術因素綜合考慮確定建筑物的選型。在建筑物選型中需要實現以下幾點要求:第一,建筑物的強度比一定要大;第二,建筑物的質性勻稱;第三,建筑物的巖性系數足夠大;第四,建筑物連體結構的連續性能好,最大程度上發揮建筑材料的強度。結合上述建筑物平立面的確定,建筑物結構確定中需要做到,建筑物設計中遵循對稱原則,因為對稱形狀的建筑物在受力上都比較均勻一致,對稱性的建筑物在很長時間內能夠保持穩定;建筑物的垂直結構設計中,需要做到每一樓層之間的剛度變化均勻一致,避免強弱不一致的現象,設計過程中,合理布局建筑物的重心。
4.多層抗震防線的設置。
抗震防線指的是在建筑物結構內部人為地采取一定的措施進行加固,提高建筑物整體的性能,設置的關鍵環節在于建筑物結構中的薄弱環節,在強烈地震發生時,建筑物的薄弱環節不再工作,建筑物的自身振動與對地震的振動區分,避免共振的發生,在一定程度上緩和地震給建筑物帶來的破壞。一般而言,建筑物的第一道抗震防線主要布局于以下位置:軸壓相對較小的石墻筒體;不承擔重力的填充墻等等。
三、強化建筑結構抗震性能的設計思路。
近些年來,地震災害時有發生,時刻影響著人民群眾的生命安全以及財產安全,而建筑結構的抗震設計也面臨著巨大的挑戰。建筑物抗震設計中需要結合多項外部條件,綜合設計。一般在設計抗震結構中,需要盡可能地滿足建筑物抗震的設計要求,抗震設計思路主要是對建筑物內部結構進行合理設計,對建筑物的薄弱環節采取適當的方式進行加固。加固的主要方法有以下幾類:
1.外加構件設計方法。
外加構件顧名思義,指的就是在建筑物自身構件設計之外增加額外的構件,在不破壞建筑物原有構件性能的基礎上提升建筑物的抗震效果。新增加構件或多或少都會對建筑物造成一定的影響,其設計原則就是最大限度地提升建筑物的抗震效能。一般比較常見的設計方法有門窗堅固、增設支托加固、增設墻體加固以及增設支撐加固等方法。
2.隔震加固法。
連體結構會在一定程度上影響建筑物之間的抗震效能,因為連體結構的目的在于延長建筑物的結構周期,但是結構周期的延長會直接導致建筑物剛度的下降,建筑物剛度與建筑物的抗震效果成正比。針對此類問題最有效的方法就是隔震加固法,這種加固法最大的優點就是在地震發生時,最大限度地吸收地震產生的能量,將傳遞給建筑物的能量阻斷,減少地震對建筑物的破壞,提升建筑物的性能,實現抗震效果。
3.減震加固法。
減震加固法實質上將建筑物內部的地震作用不斷的阻斷,增加建筑物的阻尼值。增加建筑物阻尼值可以采取在建筑物結構變化較大的位置增加加固材料,在地震中依靠加固材料消減地震威力,同時在建筑物結構內部設置阻尼器,控制在地震中建筑結構的變形力度,減少建筑物的損壞。
4.薄弱環節加固法。
建筑物內部結構在抗震設計中,很容易出現樓體受力不均的現象,當地震發生時,樓體的薄弱環節很容易出現斷裂,從而影響整體樓層的質量。在設計建筑物中適當地對薄弱環節進行加固,在現代施工中一般采用鋼筋混凝土材料,對連體結構之間的柱體進行澆筑,控制柱體內的軸壓,將連體內的鋼梁與樓體的剪力墻相連,與剪力墻相連的目的是為了防止在地震發生時,連體出現脫落。除了將連體與剪力墻相連之外,還需要對兩者之間的抗彎設計進行加固。在對建筑物薄弱層內部的材料都應選取加硬加粗的型號,對于連體墻體內部的混凝土可以不做特殊要求。
如果在設計過程中,連體沒有與剪力墻相連,那么連體必須與樓體內部的柱體相聯系,穩固連體結構。
四、結語。
隨著高層建筑物的不斷增多,隨之而來的是建筑物的抗震安全性能,地震對于建筑物的破壞是顯而易見的,因此在設計建筑物結構時,需要不斷優化抗震設計思路。首先結合影響建筑物抗震效果的各類外部因素,在分析總結外部因素的基礎上,合理設計建筑物。其次,在設計建筑物的前提下,根據建筑物的抗震要求標準對建筑物內部容易在地震中出現損壞的部位進行加固,加固方法依照建筑物內部結構的不同選取適當的方法,最終達到實現建筑物安全性能的要求。